الطرق العامة لتحديد مواقع الأعطال الأرضية في نظام التيار المستمر في محطة فرعية

الطرق العامة لتحديد مواقع الأعطال الأرضية في نظام التيار المستمر في محطة فرعية

في المحطات الفرعية، يوفر نظام التيار المستمر مصدر طاقة تحكم موثوقًا لـالمرحّلات الواقية، وعمليات فتح وإغلاق قواطع الدائرة، ومعدات الأتمتة، ودوائر الإشارات، والأحمال الطارئة. بالمقارنة مع أنظمة الطاقة المساعدة للتيار المتردد، تُصمم أنظمة التيار المستمر في المحطات الفرعية عادةً كأنظمة غير مؤرضة أو عائمة. لذلك، قد لا يؤدي عطل أرضي واحد إلى انقطاع فوري للطاقة المستمرة، لكنه يقلل من هامش العزل للنظام. في حال حدوث عطل أرضي ثانٍ، يمكن أن يُنشئ مسار تيار غير مقصود، مما قد يتسبب في تشغيل خاطئ للحماية، أو فشل قاطع الدائرة، أو حتى اضطراب أوسع في النظام.

مع التطور المستمر للمحطات الفرعية الذكية، والمحطات الفرعية الرقمية، ودمج الطاقة المتجددة، وشبكات الكهرباء الحديثة، أصبحت موثوقية أنظمة التيار المستمر في المحطات الفرعية وقدرات المراقبة عبر الإنترنت للعزل ذات أهمية متزايدة لشركات المرافق، ومقاولي الهندسة والمشتريات والبناء، والمشترين الدوليين لمعدات الطاقة.

ما هو الخطأ الأرضي في محطة فرعيةنظام DCtem?

أ عطل أرضي في نظام التيار المستمر لمحطة فرعية، ويُشار إليه أيضًا باسم خطأ أرضي في التيار المستمرأوخطأ عزل في التيار المستمر، يحدث عندما يتطور مسار توصيل غير مقصود إلى الأرض من القطب الموجب أو السالب لنظام التيار المستمر بسبب تدهور العزل، أو تلف المعدات، أو الرطوبة، أو أسباب أخرى.

يتكون نظام التيار المستمر النموذجي في محطة فرعية من:

• بطارية
• شاحن بطارية
• قضبان توزيع التيار المستمر
• لوحات توزيع التيار المستمر
• دوائر تغذية التيار المستمر
• معدات الحماية والتحكم

في ظروف التشغيل العادية، يجب أن يحافظ كل من القطبين الموجب والسالب على مقاومة عزل كافية تجاه الأرض.

تشمل الأسباب الشائعة لأخطاء التأريض في التيار المستمر ما يلي:

• تقادم أو تلف الكابلات الثانوية
• تراكم الرطوبة أو المياه في خنادق الكابلات
• التكثف داخل لوحات التحكم
• تدهور العزل في دوائر المرحلات أو قواطع الدائرة
• تلف ميكانيكي للكابلات أثناء التركيب
• فشل العزل الداخلي للمعدات الكهربائية
• الغبار والتلوث
• دخول حيوانات صغيرة أو أجسام معدنية غريبة إلى المعدات

لأن نظام التيار المستمر في المحطة الفرعية قد يحتوي على عدد كبير من المغذيات الموزعة والكابلات الثانوية الطويلة، كشف وتحديد موقع عطل الأرضي في التيار المستمر قد يكون أكثر تعقيدًا بكثير من استكشاف الأعطال وإصلاحها في دائرة تحكم تقليدية منخفضة الجهد.

لماذا ينبغي تحديد موقع عطل الأرضي في التيار المستمر بسرعة؟

لا يؤدي عطل أرضي واحد بالضرورة إلى فقدان فوري للطاقة في التيار المستمر. ومع ذلك، فإنه يغيّر توزيع الجهد في نظام التيار المستمر بالنسبة إلى الأرض ويقلل هامش الأمان في النظام.

على سبيل المثال، إذا أصبح القطب الموجب متصلًا بالأرض، فقد ينزاح جهد القطب السالب بالنسبة إلى الأرض بشكل كبير. وإذا تطور لاحقًا عطل أرضي آخر في مكان آخر من النظام، فقد يُنشأ مسار تيار غير مقصود من الموجب إلى السالب.

تشمل العواقب المحتملة:

1. التشغيل الخاطئ لمرحّلات الحماية
2. التشغيل غير الطبيعي لقواطع الدائرة
3. فشل قاطع الدائرة في الفصل أو الإغلاق
4. عطل في معدات الأتمتة
5. تشغيل غير مرغوب فيه للصمامات أو القواطع الكهربائية للتيار المستمر
6. في الحالات الشديدة، انخفاض القدرة على الاستجابة لأعطال المحطات الفرعية وحالات الطوارئ

لهذا السبب، بمجرد اكتشافعطل في عزل نظام التيار المستمريجب تحديد قطبية العطل والمغذي المتأثر والموقع المحدد للعطل في أقرب وقت ممكن.

الطرق العامة لتحديد موقع عطل أرضي في نظام التيار المستمر بالمحطة الفرعية

1. تأكيد إنذار العطل الأرضي وحالة النظام

عندما تصدر لوحة التيار المستمر أو جهاز مراقبة العزل أو نظام الإشراف إنذارًا بعطل أرضي، فإن الخطوة الأولى هي التحقق من حالة التشغيل العامة لنظام التيار المستمر.

تشمل المعلمات الهامة ما يلي:

• جهد نظام التيار المستمر
• الجهد من الموجب إلى الأرض
• الجهد من السالب إلى الأرض
• مقاومة العزل
• حالة جهاز مراقبة العزل
• قطبية العطل
• ما إذا كان العطل مستمرًا أم متقطعًا
• ما إذا كان قد توجد أعطال أرضية متعددة

حديثةأجهزة مراقبة العزل للتيار المستمر (IMDs)تراقب باستمرار مقاومة العزل تجاه الأرض في أنظمة التيار المستمر غير المؤرضة. تحدد IEC 61557-8 متطلبات أجهزة مراقبة العزل المستخدمة في أنظمة IT للتيار المستمر غير المؤرضة حتى 1,500 فولت تيار مستمر.

2. تحديد قطبية العطل وشدته

بعد تأكيد الإنذار، ينبغي على الفنيين تحديد ما إذا كان تدهور العزل مرتبطًا بشكل أساسي بالقطب الموجب أم السالب.

ينبغي تقييم المعلمات التالية:

حالة العزل بين القطب الموجب والأرض
حالة العزل بين القطب السالب والأرض
جهد ناقل التيار المستمر
مقاومة العزل الإجمالية

إذا كانت مقاومة العزل لأحد القطبين أقل بكثير من المتوقع، فمن المرجح أن يكون العطل مرتبطًا بالدوائر المتصلة بذلك القطب.

ومع ذلك، تعتمد طريقة التشخيص الدقيقة على تكوين نظام التيار المستمر وتصميم جهاز مراقبة العزل. لا ينبغي استخدام قياس جهد واحد كأساس وحيد لتحديد موقع العطل الدقيق.

3. فحص مغذيات التيار المستمر قسمًا بقسم

إذا تعذّر تحديد موقع العطل مباشرةً، فإن أحد مبادئ استكشاف الأخطاء الشائعة هو:

ابدأ من ناقل التيار المستمر، ثم افحص المغذيات، والدوائر الفرعية، وأخيراً المعدات الفردية.

تسلسل نموذجي لاستكشاف الأخطاء هو:

ناقل التيار المستمر → لوحة توزيع التيار المستمر → مغذيات التيار المستمر الفردية → خزائن الحماية/التحكم → صناديق الأطراف → المعدات الميدانية

من خلال عزل أقسام النظام تدريجياً، يمكن للفنيين تقليص شبكة تيار مستمر معقدة إلى منطقة عطل مشتبه بها أصغر بكثير.

خلال هذه العملية، يجب على المشغلين اتباع إجراءات التبديل المعتمدة بدقة.لا ينبغي أبداً فصل دوائر الحماية الحرجة، أو دوائر التحكم في قواطع الدائرة، أو إمدادات التيار المستمر الأساسية بشكل تعسفي لمجرد تحديد موقع عطل أرضي.

4. استخدام المراقبة عبر الإنترنت للعزل وتحديد موقع الأعطالمعدات

بالنسبة للمحطات الفرعية الكبيرة، قد يستغرق الفحص اليدوي لكل مغذٍ وقتاً طويلاً. ونتيجة لذلك، تستخدم المحطات الفرعية الحديثة بشكل متزايدأنظمة المراقبة عبر الإنترنت للعزل وتحديد موقع أعطال العزل.

نظام متقدم للكشف عن الأعطال الأرضية في التيار المستمر وتحديد موقعهايمكنه مراقبة حالة العزل للمغذيات الفردية والمساعدة في تحديد الدائرة المرتبطة بخطأ العزل.

تحدد المواصفة IEC 61557-9:2023 متطلبات أنظمة تحديد موقع أعطال العزل (IFLS)المصممة لتحديد موقع أعطال العزل في أنظمة IT غير المؤرضة، بما في ذلك أنظمة التيار المستمر غير المؤرضة حتى 1,500 فولت تيار مستمر.

وبالتالي، تمكن هذه التقنية نظام الحماية من التطور من مجرد كشف خطأ العزل إلى كشف الخطأ وتحديد موقعه وتسجيله وتحليله.

5. فحص المعدات الميدانية بعد تضييق نطاق منطقة العطل

بمجرد تحديد المُغذّي أو الدائرة المتأثرة، يمكن للفنيين فحص مكونات محددة، بما في ذلك:

• الكابلات ووصلات الكابلات
• كتل الأطراف
• مرحلات الحماية
• ملفات الفصل والإغلاق لقواطع الدائرة
• مفاتيح التحكم
• أجهزة الإشارة
• سخانات مقاومة التكثف
• صناديق الأطراف
• التوصيلات الثانوية الخارجية
• خنادق الكابلات ونهايات الكابلات

بالنسبة للمحطات الفرعية الخارجية، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لـ مياه الأمطار، والتكاثف، والرطوبة، والغبار، والتلوث، ودخول الحيوانات, وكلها قد تسهم في تدهور العزل.

استكشاف الأعطال التقليدي مقابل تحديد الأعطال الذكي

التقليدي استكشاف أعطال الأرضي في التيار المستمر للمحطة الفرعيةيعتمد بشكل أساسي على إنذار العزل يتبعه فحص يدوي مغذٍ تلو الآخر.

لهذا النهج تكلفة معدات منخفضة نسبيًا، لكن له قيدان رئيسيان.

أولاً، قد يستغرق تحديد موقع العطل وقتًا طويلاً.
عندما تحتوي محطة فرعية على عدد كبير من مغذيات التيار المستمر، قد يحتاج الفنيون إلى فحص دوائر متعددة بالتتابع.

ثانيًا، يعتمد استكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل كبير على خبرة المشغل.
قد يكون تحديد الأعطال المتقطعة صعبًا بشكل خاص. على سبيل المثال، قد يختفي عطل العزل الناتج عن الرطوبة بعد جفاف المعدات ويعود للظهور عندما تزداد الرطوبة.

لهذا السبب، تعتمد المحطات الفرعية الحديثة بشكل متزايد على أنظمة المراقبة عبر الإنترنت لعزل الخطوط، ومراقبة عزل الفروع، وأنظمة تحديد الأعطال التلقائية.

يمكن تلخيص عملية التشغيل الأساسية كما يلي:

مراقبة العزل ← إنذار عطل الأرضي ← تحديد قطبية العطل ← تحديد موقع المغذي ← فحص نقطة العطل ← إزالة العطل ← التحقق من استعادة العزل

بالنسبة للمحطات الفرعية الكبيرة ومحطات الطاقة ومراكز البيانات والمنشآت الصناعية الحيوية، يمكن لهذا النهج أن يحسن بشكل كبير كفاءة استكشاف الأخطاء وإصلاحها وموثوقية نظام التيار المستمر.

اعتبارات مهمة أثناء استكشاف أعطال الأرضي في التيار المستمر

١. لا تفصل الدوائر الحيوية بشكل تعسفي

قد تعتمد المرحلات الواقية ودوائر التحكم في قواطع الدائرة وأنظمة الأتمتة وغيرها من المعدات الحيوية على مصدر التيار المستمر في المحطة.

قد يؤدي الفصل الخاطئ لمغذٍ أساسي أثناء استكشاف الأعطال إلى تعطّل وظائف الحماية أو التحكم.

لذلك ينبغي تنفيذ جميع عمليات المناورة وفقًا لـ إجراءات المناورة المعتمدة, ومخططات الخط الواحد والمخططات الثانوية للمحطة الفرعية، وتعليمات الشركة المصنعة للمعدات.

2. انتبه إلى خطر الأعطال الأرضية المتعددة

قد لا يسبب عطل أرضي واحد مشكلة تشغيلية كبيرة على الفور. ومع ذلك، يمكن أن يخلق عطل أرضي ثانٍ مسار تيار غير مقصود ويؤثر على دوائر الحماية والتحكم.

لذلك، بمجرد اكتشاف العطل الأرضي الأول، لا ينبغي اعتباره مجرد إنذار بسيط. ينبغي تحديد السبب واستعادة حالة العزل في أقرب وقت ممكن عمليًا.

3. أعطِ الأولوية للمراقبة عبر الإنترنت للمنشآت الحيوية

بالنسبة للمحطات الفرعية الكبيرة ومحطات الطاقة ومراكز البيانات والمنشآت الصناعية الحيوية، مراقبة العزل عبر الإنترنت وتحديد موقع الأعطاليُفضل النظر فيها خلال مرحلة تصميم نظام التيار المستمر.

يمكن لهذه الأنظمة توفير تحديد أسرع للأعطال وبيانات تاريخية للصيانة الوقائية والصيانة القائمة على الحالة.

اتجاهات تكنولوجيا نظام التيار المستمر في المحطات الفرعية

مع تطور المحطات الفرعية الرقمية، تتطور أنظمة التيار المستمر من معدات إمداد الطاقة التقليدية لتصبح جزءًا مهمًا منهندسة مراقبة المحطات الفرعية الذكية وموثوقيتها.

المستقبلمراقبة نظام التيار المستمرمن المتوقع أن تتكامل الحلول بشكل أوثق مع أنظمة SCADA ومنصات المحطات الفرعية الرقمية وأنظمة إدارة الأصول الذكية.

قد تشمل الوظائف الرئيسية:

• مراقبة العزل عبر الإنترنت
• تحديد موقع الأعطال تلقائيًا
• تسجيل البيانات التاريخية
• تحليل الاتجاهات
• الإنذار المبكر
• المراقبة عن بُعد
• الصيانة القائمة على الحالة

كما يُظهر الإطار الأحدث الصادر عن اللجنة الكهربائية الدولية (IEC) التركيز المتزايد على تقنيات مراقبة العزل وتحديد مواقع الأعطال المخصصة. تتناول المواصفة IEC 61557-8 المراقبة المستمرة للعزل، بينما تتناول المواصفة IEC 61557-9 تحديد مواقع أعطال العزل في أنظمة IT غير المؤرضة.

بالنسبة للمشترين الدوليين في قطاع الأعمال بين الشركات (B2B)، ينبغي عند اختيار نظام التيار المستمر لمحطة فرعية ألا تقتصر الاعتبارات على المعلمات التقليدية مثلجهد التيار المستمر، وسعة البطارية، وسعة الشاحن، وتكوين توزيع التيار المستمر، ولكن أيضًا مراقبة العزل، والقدرة على تحديد موقع الأعطال، وواجهات الاتصال، والتوافق مع أنظمة SCADA أو أنظمة أتمتة المحطات الفرعية.

الاستنتاج

المبدأ الأساسي لـ استكشاف الأعطال الأرضية في نظام التيار المستمر بالمحطة الفرعية هو تضييق نطاق العطل تدريجيًا من خلال المراقبة، والتحديد، والعزل القطاعي، وتحديد الموقع، والتحقق.

قد تكون الصيانة اليدوية التقليدية مناسبة لأنظمة التيار المستمر الأصغر. ومع ذلك، بالنسبة للمحطات الفرعية الكبيرة ومحطات الطاقة ومراكز البيانات وغيرها من المنشآت الكهربائية الحيوية، يمكن لأنظمة مراقبة عزل التيار المستمر وأنظمة كشف وتحديد موقع الأعطال الأرضية للتيار المستمر توفير حل أكثر كفاءة ومنهجية.

من منظور تصنيع المعدات والتطبيقات الهندسية، فإن لوحة توزيع التيار المستمر، وشاحن البطاريات، ومجموعة البطاريات، وجهاز مراقبة العزل، ونظام مغذيات التيار المستمريجب تصميمه كنظام متكامل وفقًا لمستوى جهد المشروع وخصائص الحمل ومتطلبات الحماية ومعمارية الاتصالات.

مع استمرار تطور المحطات الفرعية الذكية وأنظمة الطاقة الرقمية،المراقبة المتصلة للعزل وتحديد مواقع أعطال التيار المستمر الذكيستصبح تقنيات متزايدة الأهمية لتحسين السلامة والموثوقية وقابلية الصيانة لأنظمة التيار المستمر في المحطات الفرعية.

ملاحظة السلامة:توفر أنظمة التيار المستمر في المحطات الفرعية وظائف الحماية الحرجة والتحكم في قواطع الدائرة. يجب أن يقوم الموظفون المؤهلون فقط بتنفيذ أعمال استكشاف الأخطاء وإصلاحها وعمليات التبديل الفعلية وفقًا لإجراءات السلامة في الموقع والمخططات الكهربائية المعتمدة وتعليمات التشغيل ومتطلبات الشركة المصنعة للمعدات. هذا المقال مخصص للمرجعية التقنية والهندسية ولا يحل محل إجراءات التشغيل الخاصة بالموقع.