صيانة محطات  التحويل الكهربي

 

يعتبر  تلف واستهلاك  المعدات الكهربائية شيئا طبيعيا حيث تبدأ  هذه العملية بمجرد الانتهاء  من عمليات  التركيب والتشغيل وإذا لم تجر  بعض  الاختبارات ضد التلف فإنه قد ينتج عن ذلك  عدم  التشغيل  الصحيح اضافة إلي الانهيارات  للمعدات والالات الكهربائية

أ.د احمد يوسف المر

تأتي أهمية برامج الاختبارات والصيانة الوقائية بهدف الاكتشاف المبكر لعوامل التلف في المعدات والآلات الكهربائية ومعالجة أسبابها تجنبا للمخاطر التي قد تؤدي إلى الانهيارات أو فصل الخدمة الكهربائية ومن أهم المكاسب لبرامج الاختبارات والصيانة ما يلي : –

1 – مكاسب مباشرة : وتتلخص في الآتي :

• تقليل الحوادث الطارئة غير المتوقعة.
• تقليل عدد مرات فصل الخدمة وإطالة الفترة الزمنية بين الأخطاء.
• انخفاض تكاليف الإصلاح .
• انخفاض زمن التعطل للآلات والمعدات.
• تحسن عوامل الأمان للأفراد والممتلكات .

2 – مكاسب غير مباشرة : ( وتتعلق هذه المكاسب بمعنويات العاملين وتتلخص في الآتي :

• وجود عمالة جيدة .
• زيادة الإنتاجية للعاملين .
• اكتشاف العيوب والأخطاء في المنظومات سواء في التصميمات الأصلية أو التي تنتج لاحقا نتيجة التغيرات التي تطرأ على هذه المنظومات .

وفي هذا المقال سوف نتناول وظائف محطات التحويل الفرعية وها وأنواعها وأهم الطرق المتبعة لصيانة واختبار عناصر و هذه المحطات المختلفة وأنواع الصيانات التي تجرى عليها.

وظائف محطات التحويل الفرعية

Function Of Substations

يمكن تلخيص الوظائف الرئيسية لمحطات التحويل الفرعية أو محطات التوزيع كما يلي:

1 – استقبال القدرة الكهربائية المتولدة في محطات التوليد أو القدرة الكهربائية المنقولة على منظومة النقل ورفع أو خفض الجهد على حسب نوع المحطة.

2 – تأمين ضرويات الفصل والتوصيل. (switching and closing).

3 – تامين أجهزة الحماية لفصل المعدات أو عزلها في حالة حدوث الأخطاء (devices protection).

4 – تنظيم الجهد في منظومة القوى الكهربائية (voltage regulation) .

طبقا لهذه الوظائف يتضح أن ال الرئيسية لمحطات التحويل أو التوزيع هي:

• محولات قدرة لرفع أو خفض الجهد step-up or step-down trans fromers
• قواطع آلية للتيار ومرحلات حماية civcuit breaders & relays
• محولات قياس للجهد والتيار voltage and current trans fromers
• قضبان ربط وتوزيع bus-bars
• أجهزة فصل وتوصيل وعوازل للدوائر SWITCHIN EQUIPMENT & INSULATORS

أنواع محطات التحويل الفرعية

TYPES OF SUBSTATIONS

يمكن تقسيم محطات التحويل الفرعية إلى نوعين رئيسيين كما يلي:

1 – محطات النقل والتحويل الفرعية

Transamission substation

2 – محطات التوزيع الفرعية distribution substation

وتنشأ محطات النقل الفرعية بالقرب من محطات التوليد في بداية خطوط نقل الطاقة أو عند نقاط الفصل في منظومات النقل ووظيفة هذه المحطات هي تأمين ربط مولدات المحطات المختلفة بالشبكة ورفع الجهود الكهربائية من مستويات التوليد إلى المستويات العالية أو الفائقة المناسبة لمنظومة نقل الطاقة لمسافات طويلة حيث توجد مراكز الأحمال شكل رقم (1) يبين نموذجا لمثل هذه المحطات.

أما محطات التوزيع الفرعية فتنشأ في مركز الحمل الكهربائي أو بالقرب من المستهلكين حيث تعمل على خفض الجهود الكهربائية من مستويات النقل العالية إلى مستويات تناسب استهلاك الأحمال المحلية وتوجد بعض هذه المحطات في أماكن مفتوحة ومعرضة للأجواء الخارجية وبعضها مغلق داخل أماكن معدة خصيصا وتحتل جزء من العمارات السكنية أو المصانع على حسب الموقع.

خطوات صيانة لمحطات التحويل الفرعية

Step of maintenance for substation

تضمن برامج الصيانة خطوات ثلاث يجب تنفيذها للوصول إلى تشغيل المحطات بكفاءة عالية وهي:

• الصيانة الوقائية والاختبارات.
• الإصلاح الكهربائي.
• تحليل الانهيارات.

1 – الصيانة الوقائية والاختبارات.

وتتضمن هذه العملية خطوات فحص تنظيف، ضبط اختبار المعدات الموجودة بالمحطة للتأكد من عملها بدون أي مشاكل حتى الموعد التالي للفحص والاختبار ويساعد ذلك على الاكتشاف المبكر للأجزاء التي قد يحدث لها انهيار لعمل خطة لاستبدالها دون حدوث أي مضاعفات غير مرغوب فيها.

2 – الإصلاحات الكهربائية

يعتبر إصلاح المعدات والآلات الكهربائية التي يعتمد عليها إنتاج المحطة من المهام الأساسية لأي برنامج صيانة جيد، ويجب أن تجري الصيانة بطريقة اقتصادية كما يجب أن يكون الهدف من برنامج الصيانة تفادي الانهيارات غير المتوقعة لمعدات المحطة وإذا حدثت مثل هذه الانهيارات فإن قطع الغيار يجب أن تكون متوفرة وحاضرة لإجراء الإصلاحات اللازمة في أقصر وقت ممكن.

3 – تحليل الانهيارات

يجب تحليل الانهيارات التي تحدث لمعدات المحطة للوقوف على أسبابها وتحديد الخطوات اللازم توافرها لعدم تكرار مثل هذه الانهيارات وإذا كان السبب غير منطقي فإنه يجب مراجعة مواصفات ونوعية المعدات المستخدمة بالمحطة وتجرى الاختبارات على معدات المحطات عادة  أثناء التشغيل on field tests بعد تركيبها ودخولها الخدمة وذلك للتأكد من:

• أن المعدات التي أدخلت الخدمة حديثاً لم يحدث لها أي تدمير جزئي أثناء التركيب.
• لتقرير ما إذا كانت هناك ضرورة لصيانة تصحيحية أو إستبدال لهذه المعدات.
• لبيان ما إذا كانت هذه المعدات قادرة على أداء المهام المصممة عليها بدقة وأمان.
• لتسجيل معدل الإستهلاك لهذه المعدات على طول مدة خدمتها.

وفي ضوء هذه الخطوات التي تجرى على المعدات الكهربائية بالمحطات يمكن تقسيم الاختبارات إلى نوعين رئيسيين هما:

1- اختبار قبول acceptance tests وتعرف هذه الاختبارات بأنها إختبارات إثبات وتجرى على المعدات الجديدة عادة بعد إتمام عمليات التركيب والتجهيز قبل دخولها الخدمة وتجرى عند مستوى جهد يصل إلى 80% من الجهد المقنن أو المحدد من قبل المصنع.

2- اختبارات الصيانة الدورية routine maintenance tests: وتجرى هذه الاختبارات على فترات زمنية دورية على طول العمر الإفتراضي للمعدات كما أنها تجرى بالتزامن مع إختبارات الصيانة الوقائية عند 60% من الجهد المحدد من المصنع ويجب تسجيل معلومات الإختبارات كما وجدت وتسجيل الحالة التي تركت عليها المعدات بعد الإختيار.

صيانة محولات القدرة الكهربائية

maintenance oif electric power transformers

يعتمد نجاح تشغيل أي محول على عدة عوامل منها: التركيب الجيد. التحميل. الصيانة، إضافة إلى التصميم والتصنيع وكما في حالة جميع المعدات الكهربائية فإن إهمال إحتياجات أساسية معينة قد يؤدي إلى مشاكل خطيرة إذا لم يؤدي إلى دمار وفقدان المحول وطبقاً لنوع دائرة التبريد في المحولات يمكن تقسيمها إلى نوعين أساسيين هما:

المحولات الجافة: وهي المحولات التي تبرد بالهواء أو أي غاز آخر عازل وغير قابل للإشتعال.

المحولات المغمورة في الزيت: وهي المحولات التي تبرد بالزيوت المعدنية العازلة.

صيانة محولات القدرة الجافة

Maimtemamce of dry-type power transformers

1– تركيب المحول: من أهم العوامل التي يجب أت يؤخذ في الاعتبار عند تركيب محولات القدرة الجافة هي كيفية الوصول إليها accessibility.

التهوية ventialtion والظروف الجوية المحيطة بالمحول atmospheric conditions.

وتصمم هذه المحولات عادة للعمل في الأماكن المغلقة الجافة أو حيثما توجد نسبة رطوبة عالية مع الإحتياط في حالة فصل هذه المحولات عن الخدمة مدة طويلة كما يجب أن توضع هذه المحولات بعيداً عن التسربات المائية مع وجود حماية مناسبة لمنع دخول المياه إلى تانك المحول.

وتعتبر التهوية من ضروريات التبريد الجيد للمحول حيث يجب أن يستخدم هواء نظيف وجاف في عملية التبريد وفي بعض الأماكن يجب تنقية الهواء لتقليل عمليات الصيانة كما يجب أن توضع مثل هذه المحولات في أماكن خالية من الأتربة أو مسبباتها أو أي كيميائية كما يؤخذ بعين الاعتبار المسافات الفاصلة بين هذه المحولات والحوائط أو أي شيء يعوق وصول الهواء إلى داخل المحولات أو حولها إضافة إلى المسافات الفاصلة بين المحولات المتجاورة على حسب قدرة هذه المحولات.

2- فحص المحول: بالنسبة للمحولات الجديدة فإنها يجب أن تفحص فحصاً ظاهرياً عند ورودها أثناء تواجدها على السيارات أو الحاملات التي تنقلها للتأكد من خلوها من أي إصابات خارجية وبعد ذلك يتم إزالة الأغطية واللوحات وتفحص هذه المحولات داخلياً للتأكد من عدم تحرك الأجزاء وال من الوصلات المكسورة والعوازل غير السليمة وعند تخزين هذه المحولات يجب أن تعاد هذه الفحوصات مرة ثانية عند التركيب. بعد إتمام جميع التوصيلات الإبتدائية والثانوية يجب أن يفحص المحول فحصاً كلياً.

كما يجب إختبار مراوح التشغيل ومحركاتها والمرحلات الحرارية وجميع الأجزاء المساعدة قبل دخول المحول إلى الخدمة كما يجب أيضاً تأريض كل من قلب المحول والهيكل الخارجي للحاوية tr.case تأريضاً جيداً.

3- إختبارات القبول للمحول: بعد إتمام عملية التركيب والفحص للمحول تجرى عليه إختبارات القبول التالية:

أ- اختبار مقاومة العزل يعتبر هذا الاختبار ذا أهمية كبيرة حيث يقيد في تحديد مدى صلاحية المحول لدخول الخدمة أو للتعرض الاختبار الجهد العالي ويجب إجراء هذا الاختبار طبقاً للمواصفات وفي درجات الحرارة المحددة من قبل الشركة المصنعة للمحول إذا كانت مقاومة العزل للمحول عند درجة حرارة 20 مئوية تقل عن 1000 ميجا أوم أو على الأقل نصف القيم المحددة من الشركة المنتجة يعتبر المحول غير آمن لدخول الخدمة وجب أن يجفف بإحدى الطرق المتبعة في تجفيف المحولات.

ب- اختبار نسبة التحويل للمحول: ويجرى هذا الاختبار بهدف تحديد نسبة عدد اللفات بين كل من الملف الإبتدائي والملف الثانوي وتكون هذه النسبة غير مقبولة إذا زادت بمقدار 0.5% عن القيمة المحسوبة.

4- إجراءات الصيانة للمحول: تحتاج هذه المحولات إلى الصيانة من وقت لآخر للوصول إلى التشغيل الأمثل لها وعلى ذلك يجب أن تفحص هذه المحولات دورياً على فترات زمنية محددة تعتمد في تكرارها على حالة تشغيل المحول حيث تجرى سنوياً في حالة المحولات الموضوعة في أماكن نظيفة وجافة بينما تتكرر مرة كل ثلاثة أشهر أو ستة أشهر في حال المحولات الموضوعة في أماكن ملوثة بالأتربة أو المواد الكيميائية وغالباً تتحدد هذه الفترات الزمنية بعد إجراء الفحوصات في المرات الأولى من تشغيل المحول ويوضع الجدول الزمني للفحص بناء على حالة التشغيل الفعلية.

عند فصل المحول من الخدمة فإنه يجب أن يفتح ويفحص من الداخل للتأكد من عدم تراكم الأتربة والأجسام الغريبة التي قد تعيق الهواء من السريان داخل الممرات المخصصة له اتبريد الأجزاء المختلفة للمحول، كذلك للتأكد من جودة التوصيل لأطراف المحول وفحص مغير النقاط للمحول tap changers كما يجب فحص المحول من الخارج للتأكد من عدم وجود صدأ أو تأكل في الهيكل الخارجي لحاوية المحول وتسجيل المشاهدات حول آثار إرتفاع درجة حرارة المحول أو حدوث شرر كهربي على سطح العوازل للمحول أو تكون كربون عليها. في حالة ملاحظة تراكم الأتربة على ملفات المحول أو على العوازل فإنه يجب أن تنظف للسماح للهواء بالمرور ولتفادي حدوث إنهيار للعوازل ويمكن إجراء ذلك باستخدام آلات الشفط الهوائية أو الهواء الجاف المضغوط بينما تنظف أسطح العوازل ولوحات الأطراف ومغيرات نقاط التوصيل بالمسح بقماش جاف ولا يفضل استخدام المنظفات السائلة نظراً لتأثيرها الضار على العوازل.

وفيما يلي الاختبارات التي تجرى على المحولات الجافة عند إجراء الصيانة الدورية.

• اختبار مقاومة العزل بين ملفات المحول وبين الملفات والأرض وهذا الاختبار مشابه لاختبار مقاومة العزل الذي يجرى ضمن اختبارات قبول المحول.
• اختبار نسبة التحويل للمحول وهو أيضاً مشابه لاختبار نسبة التحويل الذي يجري ضمن اختبارات قبول المحول.
• اختبار زيادة الجهد المتردد حيث يجب أن يجري على ملفات كل من الجهد العالي والجهد المنخفض ويعتبر إجراء هذا الاختبار اختيارياً في حالات الصيانة الدورية.
• اختبار معامل القدرة للعازل حيث يجب أن يجري بين كل ملف والأرض وكذلك بين كل ملفين والنسبة المقبولة يجب أن تقل عن 3%.

5- طرق التجفيف للمحول: تحتاج هذه المحولات إلى التجفيف عند بداية التركيب أو بعد التشغيل والخدمة لفترة زمنية خاصة إذا كان هناك رطوبة عالية ويمكن تجفيف المحولات بإحدى الطرق التالية:-

• التجفيف باستخدام الحرارة الخارجية: ويتم ذلك باستخدام تيار هوائي ساخن من أسفل هيكل المحول أو وضع المحول في فرن جيد التهوية أو وضع لمبات حرارية داخل هيكل المحول.
• التجفيف باستخدام الحرارة الداخلية: ويفضل عدم استخدام هذه الطريقة في حالة توفر إحدى الطرق المستخدمة في التجفيف بالحرارة الخارجية وتعتمد طريقة التجفيف بالحرارة الداخلية على تمرير تيار هوائي داخل المحول من أسفل إلى أعلى بينما يقصر أحد الملفات (circuilted short) ويسلط جهد مناسب على الملف الآخر بحيث يمر تيار في المحول يعادل تيار الحمل الكامل ولا تزيد درجة حرارة الملفات على 100 مئوية تقاس بواسطة مقاومة أو ترمومتر موضوع في ممرات الهواء بين الملفات.
• التجفيف باستخدام الحرارة الخارجية والداخلية: وهي عبارة عن دمج للطريقتين السابق شرحهما مع فرق في قيم التيار الذي يمر في المحول حيث يكون أقل في هذه الحالة نظراً لوجود تيار هوائي ساخن من الخارج.

6- طرق تخزين المحولات الجافة: يجب أن تخزن مثل هذه المحولات في أماكن جافة ودافئة نوعاً ما مع توزيع منتظم لدرجات الحرارة كما يجب تغطية فتحات التهوية للمحول منعاً لدخول الأتربة منها.

وعند تخزين هذه المحولات في أماكن مفتوحة فإنه يراعي حمايتها من الرطوبة ومن دخول الأجسام الغريبة إليها.

صيانة محولات القدرة المغمورة في الزيت

maintenance 1-filled power transformers

1- تركيب المحول: من أهم العوامل التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تركيب محولات القدرة

المغمورة في الزيت هي: التهوية noitalitnev حيث يجب أن تكون الغرف الموضوع فيها المحولات ذات درجة جيدة من التهوية كما يجب أن توضع هذه المحولات بعيداً عن التسربات المائية مع وجود حماية مناسبة لمنع دخول المياة إلى هيكل المحول وأيضاً كما في حالة المحولات الجافة يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار المسافات الفاصلة بين هذه المحولات والحوائط لضمان مرور الهواء حولها. إضافة إلى المسافات الفاصلة بين المحولات المتجاورة على حسب قدرة هذه المحولات.

2- فحص المحول: بالنسبة للمحولات الجديدة فإنها يجب أن تفحص فحصاً ظاهرياً عند ورودها أثناء تواجدها على السيارات أو الحاملات التي تفصلها للتأكد من خلوها من أي إصابات خارجية وبعد ذلك يتم إزالة الأغطية واللوحات وتفحص هذه المحولات داخلياً للتأكد من عدم تحرك الأجزاء وال من الوصلات المكسورة والعوازل غير السليمة والاقذار أو المواد الغريبة وإذا كان زيت التبريد قد تمت تعبئته في مقر تصنيع المحول فإنه يجب فحص المحول الجوي إذا كانت نسبة الرطوبة أعلى من 65% منعاً لتلوثه بها كما يجب أن يتضمن فحص المحول فحص الصمامات والمرحلات وجميع الأجزاء المساعدة قبل دخول المحول إلى الخدمة كما يجب أيضاً تأريض كل من قلب المحول والهيكل الخارجي للحاوية (transformer case) تلأريضاً جيداً.

3- اختبارات القبول: بعد إتمام عملية التركيب والفحص للمحول تجرى عليه اختبارات القبول التالية:

أ- اختبار مقاومة العزل: يعتبر هذا الاختبار ذا أهمية كبيرة حيث يفيد في تحديد مدى صلاحية المحول لدخول الخدمة أو للتعرض لاختبار الجهد العالي ويجب إجراء هذا الاختبار طبقاً للمواصفات وفي درجات الحرارة المحددة من قبل الشركة المصنعة للمحول إذا كانت مقاومة للعزل للمحول عند درجة حرارة 20 مئوية تقل عن 1000 ميجا أوم أو على الأقل نصف القيم المحددة من الشركة المنتجة سواء كانت الملفات مغمورة أو غير مغمورة في الزيت يعتبر المحول غير آمن لدخول الخدمة ويجب أن يجفف بإحدى الطرق المتبعة في تجفيف المحولات.

ب- اختبار نسبة التحويل للمحول ويجرى هذا الاختبار بهدف تحديد نسبة عدد اللفات بين كل من الملف الإبتدائي والملف الثانوي وتكون هذه النسبة غير مقبولة إذا زادت بمقدار 0.5% عن القيمة المحسوبة ويجب إجراء هذا الاختبار عند كل نقطة من نقاط تغيير الجهد للمحول بالنسبة للمحولات المزودة بنقاط تغيير للجهد (changing points tap).

ت- اختبار عزل زيت التبريد: حيث تختبر المتانة الكهربائية لزيت العزل والتبريد بحيث تكون مطابقة للمواصفات مع مراعاة التغير في درجات الحرارة المصمم عليها المحول ويجري هذ الاختبار للتأكد من أن مواصفات الزيت لن تتغير عند تغير ظروف تشغيل المحول أثناء الخدمة كما يراعى أيضاً أن تؤخذ عينات زيت الاختبار من قاع هيكل المحول.

4- إجراءات الصيانة للمحول: كباقي المحولات والمعدات الكهربائية المختلفة تحتاج المحولات المغمورة في الزيت إلى الصيانة من وقت لآخر للوصول إلى التشغيل الأمثل لها وعلى ذلك يجب أن تفحص هذه المحولات دورياً على فترات ومنية محددة تعتمد في تكرارها على حالة تشغيل المحول وغالباً تتحدد الفترات الزمنية لفحص أجزاء المحول المختلفة على حسب الجدول المرفق الذي يوضح قائمة الفحص والصيانة لمثل هذه المحولات والتي تعتبر من أهم عناصر شبكات ومنظومات التوزيع الكهربائي.

ويتضمن فحص المحول تسجيل المشاهدات على حالات تشغيل المحول والإصلاحات التي قد تلزم له ويعتمد تسجيل هذه المشاهدات على أهمية المحول في شبكة التوزيع أو النقل وكذلك على الظروف المحيطة به كما يجب فحص المحول من الخارج للتأكد من عدم وجود صدأ أو تأكل في الهيكل الخارجي لحاوية المحول وتسجيل المشاهدات حول آثار إرتفاع درجة حرارة المحول أو حدوث شرر كهربي على سطح العوازل للمحول أو تكون كربون عليها في حالة ملاحظة تراكم الأتربة على العوازل فإنه يجب أن تنظف لتفادي حدوث انهيار للعوازل ويمكن إجراء ذلك باستخدام المسح بقماش جاف ولا يفضل استخدام المنظفات السائلة نظراً لتأثيرها الضار على العوازل.

الجدول التالي يوضح المدة الدورية التي تجري عندها الصيانة الدورية للأجزاء المختلفة والمساعدة لمحول القدرة.

5- طرق التجفيف للمحول: تحتاج هذه المحولات إلى التجفيف عند بداية التركيب أو بعد التشغيل والخدمة لفترة زمنية وذلك للتخلص من الرطوبة العالقة بأجزاء المحول أو وسيط العزل والتبريد، ويمكن تجفيف المحول بإحدى الطرق التالية:

• التجفيف باستخدام الحرارة: ويتم ذلك باستخدام أفران التجفيف حيث يوضع المحول وحدة مع متابعة مقاومة الملفات للتأكد من وصول المحول إلى درجة حرارة الفرن (100- 20أ) وكذلك قياس مقاومة العزل بين الملفات بعد عملية التجفيف بست ساعات للتأكد من تمام التجفيف وذلك بالحصول على أربع قراءات متتالية متساوية على الأقل.
• التجفيف باستخدام الحرارة المتبوعة بتخلخل الهواء: وتتم هذه الطريقة إما بعمل قصر على أحد ملفات (short cicuited) المحول أو تمرير زيت ساخن في المحول يتم تسخينه بواسطة مصدر حراري خارجي مع مراعاة قياس مقاومة العزل بين الملفات مرة كل ست ساعات للتاكد من تمام التجفيف وذلك بالحصول على أربع قراءات متتالية متساوية على الأقل. ويتم التجفيف في موقع الخدمة بتسخين سائل العزل بالمحول ثم سحبه من المحول وإعقاب ذلك لحظياً بخلخلة فراغ هيكل المحول، أو بطريقة أخرى تشمل سحب الزيت من المحول تماماً وتسخين المحول بتمرير هواء ساخن داخله وبمجرد وصول درجة حرارة الملفات إلى 90-100 ستم جراء الخلخلة بضغط يعادل 0.5 تور (torr) حتى تصل درجة الحرارة إلى 50 فتتوقف عملية التجفيف، والزمن الطبيعي لإجراء مثل هذه العملية قد يستغرق أسبوعاً أو أكثر ويتوقف على حجم المحول، وبمجرد الانتهاء من عملية التجفيف يعبأ المحول ثانية بزيت عزل وتبريد جديد ونظيف ويعاد إلى الخدمة.

6- طرق تخزين المحول المغمور في الزيت: يجب أن تخزن مثل هذه المحولات في أماكن جافة ودافئة نوعاً ما مع توزيع منتظم لدرجات الحرارة، وعند تخزين هذه المحولات في أماكن مفتوحة فإنه يراعي حمايتها من الرطوبة حتى لا يحدث تأكل في الهيكل الخارجي للمحول وبالتالي يتسرب زيت التبريد.