مرحل غاز المحولات

• الاسم القياسي: مرحل الغاز (ترحيل الغاز، المعروف دوليًا باسم ترحيل بوخهولز.

• الوظائف الأساسية:: كحماية أولية فريدة من نوعها ضد الأعطال الداخلية في محولات الطاقة المغمورة بالزيت، تُستخدم للكشف عن الغازات الناتجة عن تحلل المواد العازلة بسبب التفريغ الكهربائي أو ارتفاع درجة الحرارة الموضعي، وكذلك صدمات تدفق الزيت الناتجة عن أعطال الدائرة القصيرة الشديدة.

• -نطاق الحماية:: يغطي مجموعة واسعة من الأعطال داخل خزان المحولات، وهو حساس بشكل خاص للأعطال الكامنة الأولية مثل دوائر قصر اللف من دوران إلى دوران، والتأريض متعدد النقاط الأساسية، وضعف تلامس مبادل الصنبور.

• مبدأ العمل:: المرحلات الميكانيكية القائمة على الظواهر الفيزيائية. تستخدم المبدأ القائل بأن الغاز الناتج عن العطل أقل كثافة من الزيت ويرتفع ليتجمع (إشارات الغاز الخفيف) ومبدأ الطاقة الحركية لتأثير تدفق الزيت في حالة حدوث عطل شديد (تعثر الغاز الثقيل).

• موضع التركيب:: يتم تركيبه أفقيًا في خط التوصيل بين جسم خزان المحول وحافظة الزيت، مما يضمن مرور جميع الغازات المتولدة من الخزان عبر المرحل في الطريق إلى الأعلى.

• القيمة المطبقةإنه أبسط مكونات نظام حماية المحولات وأكثرها موثوقية ولا غنى عنه في نظام حماية المحولات، وهو قادر على إعطاء إشارات إنذار مبكر في مرحلة مبكرة جدًا من حدوث عطل، أو إزالة المحول بسرعة في حالة حدوث عطل خطير، مما يمنع بشكل فعال توسع العطل أو حتى حدوث انفجار في الخزان.

أولاً - مبدأ العمل والهيكل

المرحل الغازي هو مرحل وقائي غير كهربائي الكمية لا يعتمد عمله على المعلمات الكهربائية مثل التيار والجهد، ولكنه يستجيب للظواهر الفيزيائية الناتجة عن الأعطال داخل المحول. يحتوي هيكله الداخلي عادةً على عنصرين أساسيين للعمل، يتوافقان مع منطقين مختلفين للحماية.

1 - إنذار الغاز الخفيف

• آلية العمل:: عندما تكون هناك أعطال بسيطة أو أولية داخل المحول، مثل الدوائر القصيرة البسيطة بين لفات اللفات، والتيارات الدوامة المفرطة بسبب تلف العزل بين صفائح السيليكون الفولاذية في القلب الحديدي، والشرر الكهربائي بسبب سوء التلامس مع مغير الصنبور، وما إلى ذلك، فإن نقاط العطل هذه تتسبب في تحلل الزيت العازل المحيط والورق العازل حرارياً، مما ينتج عنه مجموعة متنوعة من الغازات، مثل الهيدروجين والميثان والإيثيلين وما إلى ذلك. تكون كثافة هذه الغازات أصغر بكثير من زيت الحافة المطلقة، وستكون على شكل فقاعات من نقطة العطل للهروب والارتفاع. نظرًا لأن مرحل الغاز مثبت في مسار تدفق الزيت، ستتجمع هذه الغازات في نهاية المطاف في المساحة العلوية للمرحل.

• البنية والحركة:: والجزء العلوي من المرحل مزود بعوامة على شكل كوب أو عوامة مجوفة ذات فتحة لأسفل، يتصل بها مفتاح قصب أو ملامس زئبقي بواسطة آلية ذراع. وعندما يتجمع الغاز في الجزء العلوي، ينخفض مستوى الزيت في هذه المنطقة وتغرق العوامة بسبب فقدان الطفو مما يؤدي إلى إغلاق التلامس وإعطاء إشارة إنذار "غاز خفيف".

• الأهمية:: إشارات الغاز الخفيفة هيإشارة تحذيريوحي لموظفي التشغيل والصيانة أنه قد تكون هناك أعطال كامنة داخل المحول، وأنه يجب ترتيب إجراء اختبارات مثل تحليل الغاز المذاب (DGA) للزيت في أقرب وقت ممكن لتشخيص طبيعة الأعطال والتعامل معها في الوقت المناسب لتجنب تطور الأعطال.

2- رحلة الغاز الثقيل

• آلية العمل:: عند حدوث عطل خطير في دائرة قصر خطيرة داخل المحول، مثل دائرة قصر من طور إلى طور أو دائرة قصر خطيرة من دورة إلى أخرى، فإن التوليد اللحظي لطاقة قوس كهربائي ضخمة سوف يتسبب في تغويز الزيت العازل المحيط بشكل كبير، مما يشكل موجة ضغط قوية وتدفق زيت عالي السرعة، يتدفق من جسم الخزان إلى خزانة تخزين الزيت.

• البنية والحركة:: يحتوي مسار تدفق الزيت داخل المرحل على حاجز أو سدادة موصولة بمفتاح قصب مستقل آخر أو بمفتاح قصب مستقل أو ملامس زئبقي. وفي الظروف العادية، تكون سرعة تدفق الزيت منخفضة بما يكفي لدفع اللوحة. ومع ذلك، في حالة حدوث عطل داخلي خطير، فإن ارتطام الزيت عالي السرعة سيدفع اللوحة، مما يؤدي إلى انحرافها بما يكفي لتشغيل إغلاق التلامس وإصدار أمر رحلة "الغاز الثقيل". يعمل هذا الأمر مباشرةً على قواطع الدائرة الكهربائية على كل جانب من جوانب المحول، مما يؤدي إلى فصل المحول عن الشبكة على الفور.

• الأهمية:: الحماية من الغازات الثقيلةإجراء تعثر الحماية الرئيسيةوهي مصممة لعزل المحول بأسرع ما يمكن بعد حدوث عطل، لمنع استمرار إدخال طاقة العطل، ولتقليل تلف المعدات إلى أدنى حد ممكن، ولمنع توسع الحادث (مثل حريق الخزان، الانفجار).

ثانيا - متطلبات التركيب والتشغيل

• متطلبات التثبيت:

  • يجب تركيبه أفقيًا على خط التوصيل بين قمة الخزان وكابينة الخزان.

  • يجب أن يكون للخط ميل لأعلى بمقدار 2%-4% لضمان تدفق الغاز بسلاسة نحو الخزان وإلى المرحل.

  • يجب أن يشير اتجاه السهم الموجود على المرحل نحو خزان الزيت.

  • يجب ملء الجزء الداخلي من المرحل بالزيت العازل وعدم وجود هواء متبقي.

• الاحتياطات أثناء التشغيل:

  • قد يكون في المحولات التي تم تشغيلها حديثًا أو التي تم إصلاحها حديثًا هواء عالق في مادة العزل يتسرب في البداية، مما قد يتسبب في إنذار كاذب للغاز الخفيف.

  • قد تحدث التقلبات في تدفق الزيت أثناء عمليات مثل إعادة التزود بالوقود أو تصفية الزيت أو تبديل مبرد المحول، وغالبًا ما يكون من الضروري تحويل دائرة رحلة الغاز الثقيل مؤقتًا إلى وضع الإشارة أو الخروج منها لفترة قصيرة من الزمن من أجل منع تنشيط حماية الغاز الثقيل دون قصد.

  • يمكن أن تتسبب الهزات الأرضية أو الاهتزازات الميكانيكية القوية في تعطل المرحلات أيضًا، لذا فإن المرحلات الحديثة مصممة بمستوى معين من الأداء الزلزالي.

ثالثًا: مزايا وعيوب حماية مرحل الغاز

الإيجابيات.

• حساسية عالية:: الحساسية لأنواع مختلفة من الأعطال الداخلية، وخاصة الأعطال الأولية مثل الدوائر القصيرة من دورة إلى أخرى، أعلى بكثير من الحماية بالكمية الكهربائية.

• موثوقية عالية:: بنية بسيطة، تستند إلى مبادئ فيزيائية بحتة للعمل، مع تأثير ضئيل من تشغيل النظام الكهربائي الخارجي، ومستويات تيار الدائرة القصيرة، وتشبع الأشعة المقطعية وعوامل أخرى.

• -المبدأ واضح.:: تتوافق إنذارات الغاز الخفيف ورحلات الغاز الثقيل مع الأعطال ذات الخطورة المختلفة، مما يسهل الحكم على الأعطال.

العيوب.

• غير انتقائية:: من غير الممكن التمييز بين ما إذا كان العطل في اللف أو العطل الأساسي، ويحتاج إلى مزيد من التحليل بالاقتران مع أدوات التشخيص الأخرى (مثل DGA).

• المنطقة الميتة موجودة:: بالنسبة للأعطال في الجزء السفلي من الخزان، حيث قد تكون صدمة الزيت الناتجة قد اضمحلت قبل وصولها إلى المرحل، وبالنسبة للأعطال داخل الغلاف الرئيسي، قد لا يتمكن مرحل الغاز من الحماية بفعالية.

• سوء سلوك محتمل:: هناك احتمال حدوث تنشيط كاذب في ظل ظروف غير الأعطال مثل إعادة التزود بالوقود، والزلازل، والتقلبات في مستوى الزيت بسبب اجتياز الأعطال، وما إلى ذلك.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

1- كيف يمكنك تحديد نوع الغاز الموجود عند تنشيط مرحل الغاز؟
عند حدوث إنذار بالغاز الخفيف، يجب على موظفي التشغيل والصيانة تجميع الغاز على الفور من خلال صمام السحب الموجود أعلى المرحل. يمكن تحديد قابلية اشتعال الغاز الذي تم تجميعه عن طريق اختبار ميداني بسيط (يحظر تمامًا استخدام اللهب المكشوف وينبغي استخدام أدوات متخصصة). عادةً ما تكون الغازات عديمة اللون والرائحة وغير القابلة للاشتعال هي الهواء؛ أما الغازات القابلة للاشتعال فهي تدل على غازات العطل الناتجة عن تحلل مواد العزل. يتطلب التحليل التركيبي الدقيق تحليلاً لونيًا دقيقًا في المختبر.

2- لماذا يتم تحديد قيمة تشغيل حماية الغاز الثقيل وفقًا لمعدل تدفق الزيت؟
نظرًا لأن الخاصية الأساسية للفشل الداخلي الحاد هي الانطلاق السريع للطاقة، فإن هذا يؤدي حتمًا إلى تمدد وتدفق سريع للزيت. وترتبط سرعة تدفق الزيت ارتباطًا مباشرًا بحجم طاقة العطل. لذلك، فإن تحديد عتبة عمل الحماية من الغاز الثقيل على سرعة تدفق زيت محددة (على سبيل المثال، 0.6 م/ثانية، 1.0 م/ثانية، إلخ) يميز بشكل فعال بين دوران الزيت العادي وتأثيرات تدفق الزيت الخاطئ الخطير، مما يضمن عدم تعطل الحماية بشكل فوري إلا في حالة حدوث عطل داخلي شديد حقًا.

3 - كيف تعمل "الحماية من الغاز" و "الحماية التفاضلية" معًا للحماية من أعطال المحولات الداخلية؟
وهما يكملان بعضهما البعض ويشكلان الحمايتين الرئيسيتين الأكثر أهمية للأعطال داخل المحول.

• الحماية من الغازاتبالنسبة للدوائر القصيرة من دورة إلى أخرى، والأعطال القلبية، والسخونة الزائدة وإنتاج الغاز، إلخ.لا يوجد تغيير كبير في الكميات الكهربائيةتكون الأعطال الأولية أو غير المعدنية حساسة بشكل خاص.

• الحماية التفاضليةمعدنيدائرة كهربائية قصيرة من طور إلى طورالاستجابة الأسرع والأكثر موثوقية لأعطال التيار العالي مثل.
  أي من الإجراءين كافٍ لإزالة المحول. هذا التكوين التكراري يحسن إلى حد كبير من الموثوقية الكلية لحماية المحول.