محولات القدرة المغمورة بالزيت بجهد 35kV: كيف يؤثر تقادم السائل العازل في حدود تفسير تحليل الغازات الذائبة (DGA) الروتينية

بالنسبة لمهندسي صيانة ما بعد البيع الذين يعملون مع محولات القدرة المغمورة بالزيت بجهد 35kV، يظل تحليل الغازات المذابة (DGA) الروتيني حجر الأساس للتقييم القائم على الحالة، لكن موثوقيته تتراجع مع تقادم السائل العازل. قد تلاحظ ارتفاع مستويات الميثان أو أول أكسيد الكربون في تقارير DGA المتكررة، دون العثور على أعطال حرارية مقابلة أثناء الفحص البصري أو المسح بالأشعة تحت الحمراء. أو قد تشير إلى نتيجة «ارتفاع إجمالي الغازات القابلة للاشتعال» لتكتشف أن المحول عمل باستقرار لمدة 18 عامًا مع أنماط أحمال ثابتة ودون سجل للتحميل الزائد. هذه التباينات ليست حالات شاذة؛ بل هي إشارات إلى أن حدود تفسير DGA التقليدية، التي طُوّرت للزيت الجديد أو متوسط التقادم، لم تعد تعكس شدة العطل الفعلية في الوحدات طويلة الخدمة.

تكمن المشكلة الأساسية في كيفية تأثير التقادم على حركية تولد الغازات وسلوك الذوبانية. فالأكسدة ودخول الرطوبة وتكوّن الرواسب لا تؤدي فقط إلى تدهور سلامة العزل، بل تعيد تشكيل تركيزات الغازات الأساسية، وتقلل مردود بعض الغازات، وتسرّع تراكم الغازات الخلفية غير المرتبطة بالأعطال النشطة. إن تجاهل هذه التغيرات ينطوي على مخاطر النتائج الإيجابية الكاذبة (فصل غير ضروري وفحص داخلي) والنتائج السلبية الكاذبة (عدم اكتشاف التقوس الأولي أو ارتفاع الحرارة). تركز هذه المقالة تحديدًا على إعادة المعايرة العملية: كيفية ضبط تفسير DGA لـمحولات القدرة المغمورة بالزيت بجهد 35kV التي تعمل بعد تجاوز عقدها الأول، استنادًا إلى آليات التقادم المثبتة ميدانيًا، وليس النماذج النظرية.

الأكسدة هي العامل الرئيسي في ارتفاع الغازات الخلفية

أثناء الخدمة، يتأكسد زيت العزل المعدني تحت الإجهاد الحراري والتعرض للأكسجين. وبمرور الوقت، ينتج عن ذلك أحماض عضوية وألدهيدات وكيتونات، وهي مركبات تحفز المزيد من التدهور وتعزز تولد CO وCO₂ حتى عند درجات حرارة التشغيل العادية (60–75°C). وعلى خلاف CO المرتبط بالأعطال، الذي يرتفع بشدة عند ارتفاع حرارة الورق العازل، يتراكم CO الناتج عن الأكسدة تدريجيًا ويرتبط ارتباطًا وثيقًا برقم الحموضة (AN) وانخفاض الشد البيني (IFT). عادةً ما تُظهر الوحدة ذات AN > 0.1 mg KOH/g وIFT < 25 mN/m مستويات CO أعلى بمقدار 2–3× من خط الأساس، ولكن دون وجود نقاط ساخنة في الملفات. في مثل هذه الحالات، يكون رفع حد CO من 500 ppm التقليدي إلى 1200–1500 ppm، مع التحقق المتقاطع باستخدام المركبات الفورانية، أكثر تمثيلًا للمخاطر الفعلية.

تغير الرطوبة ذوبانية الهيدروجين والميثان

يؤدي محتوى الماء الذي يزيد عن 30 ppm إلى خفض ذوبانية الهيدروجين في الزيت بشكل ملحوظ. ومع انتقال الرطوبة إلى العزل السليلوزي وتكثفها في المناطق الأبرد، يصبح H₂ المذاب أقل استقرارًا وأكثر عرضة للتحول إلى غاز في الحيز العلوي. ويؤدي ذلك إلى قراءات مرتفعة لـH₂، غالبًا 150–300 ppm، دون نشاط الهالة أو التفريغ الجزئي. وفي الوقت نفسه، تزداد ذوبانية الميثان قليلًا في الزيت الرطب، مما يعزز تولد CH₄ من تفريغات منخفضة الطاقة. والنتيجة الصافية هي تغير نسبة H₂/CH₄ بما يضلل تصنيف مثلث دوفال. إذا أظهر تحليل DGA لديك H₂ > 200 ppm وCH₄ > 120 ppm، بينما يظل C₂H₂ غير قابل للكشف ولا يظهر الأسيتيلين عبر عينات متعددة، فأعطِ الأولوية لاختبار الرطوبة (كارل فيشر) قبل الاستنتاج بوجود تفريغ كهربائي.

تغير الرواسب احتجاز الغازات ومسارات انتشارها

تعمل رواسب الحمأة غير القابلة للذوبان، خاصةً حول قنوات التبريد وبالقرب من صفائح القلب، كحواجز مادية أمام انتقال الغاز. وتصبح الغازات المتولدة في النقاط الساخنة الموضعية، مثل النقاط الساخنة بين اللفات عند 120°C، محبوسة وتتراكم أسرع مما تتوقعه نماذج الانتشار. وينتج عن ذلك نسب مرتفعة ظاهريًا لـC₂H₄ أو C₂H₆ مقارنةً بـH₂، مما يحرف تحليل نسب روجرز نحو «تفريغ عالي الطاقة»، في حين أن السبب الجذري هو ارتفاع حرارة معتدل مستمر (< 200°C) مقترنًا بنقل غاز مقيد. كما أن وجود الحمأة يبطئ معدل انطلاق الغاز بعد الإيقاف، لذا يصبح توقيت أخذ العينات بعد الفصل أكثر أهمية في الوحدات المتقادمة. أخّر أخذ العينة لمدة 4 ساعات على الأقل بعد فصل التغذية للسماح للغازات المحبوسة بالوصول إلى التوازن.

تعديلات عملية للحدود المعيارية للاستخدام الميداني

بدلًا من تطبيق حدود ppm ثابتة، اعتمد حدودًا ديناميكية تستند إلى عمر الزيت ومؤشرات حالته:

• CO: الحد الأساسي = 500 ppm × (1 + 0.05 × سنوات الخدمة)، بحد أقصى 2000 ppm، بشرط أن يكون الفورفورال < 0.5 ppm وDP > 250.
• H₂: إذا كانت الرطوبة > 35 ppm، فاعتبر H₂ > 250 ppm مؤشرًا يستدعي اتخاذ إجراء فقط إذا ترافق مع ارتفاع نسبة O₂/N₂ (> 0.25) أو نشاط PD مؤكد.
• C₂H₂: حافظ على الحد الصارم البالغ 1 ppm للوحدات التي يزيد عمرها عن 12 عامًا؛ فالحمأة لا تحجب الأسيتيلين، ويظل وجوده مؤشرًا عالي التحديد على التقوس.
• إجمالي الغازات القابلة للاشتعال (TCG): استبدل حدود ppm المطلقة بنسبة الزيادة مقارنةً بالعينة السابقة: ارتفاع TCG بأكثر من 25% خلال 6 أشهر يستدعي التحقيق، حتى إذا ظلت القيمة المطلقة أقل من 1000 ppm.

عندما لا يكون استبدال الزيت ممكنًا—فكّر في البدائل

ينطوي استبدال الزيت المتقادم في محول قدرة مغمور بالزيت بجهد 35kV على توقف طويل وتجفيف بالتفريغ وإعادة تهيئة، وهي إجراءات غالبًا ما تكون غير عملية للمغذيات الحرجة أو المحطات الفرعية النائية. في مثل هذه الحالات، يمكن للتخفيف الموجه، مثل تركيب خزانات تمدد محكمة الغلق بوسائد نيتروجين أو إضافة مضادات الأكسدة (مثل DBPC)، أن يبطئ معدلات الأكسدة بنسبة 30–40%، مما يوفر 3–5 سنوات قبل الاستبدال الكامل. ومع ذلك، يجب التحقق من توافق الإضافات مع الزيت الحالي ومواد الحشيات؛ إذ إن التركيبات غير المتوافقة تسرّع تكوّن الحمأة.

بالنسبة للتطبيقات التي تكون فيها السلامة من الحرائق أو عدم الحاجة إلى الصيانة أو التركيب الداخلي متطلبات غير قابلة للتنازل، فإن البدائل الجافة تلغي تمامًا مخاوف تقادم الزيت. يعمل محول التوزيع الجاف ثلاثي الطور المصبوب بالراتنج بجهد 11kV دون سائل عازل، مما يزيل الأكسدة ودخول الرطوبة وتكوّن الحمأة من قائمة أنماط الأعطال. ويحافظ عزله من راتنج الإيبوكسي على خصائص عازلة مستقرة على مدى عقود، ويصبح DGA الروتيني غير ذي صلة، ليُستبدل بمراقبة حرارية بسيطة وفحص للتفريغ الجزئي. ورغم أنه ليس بديلًا مباشرًا لجميع الوحدات المغمورة بالزيت بجهد 35kV، فإنه حل مثبت لشبكات التوزيع الحضرية والمنشآت الصناعية التي تعطي الأولوية لمقاومة الحرائق وتقليل صيانة دورة الحياة.

التحقق الميداني يتفوق على النظرية

تفترض معايير DGA المعتمدة على المختبر حالة زيت متجانسة وانتشارًا مثاليًا للغازات، وهي ظروف نادرًا ما تتحقق في وحدات 35kV الواقعية التي يزيد عمرها على 10 سنوات. اربط دائمًا اتجاهات DGA بالاختبارات التكميلية: التحليل الفوراني لتقادم الورق، والتحليل الطيفي للمعادن المذابة لتآكل القلب/الملفات، وتحليل الاستجابة الترددية (FRA) للسلامة الميكانيكية. لا يقدم تقرير DGA واحد سوى جزء من الصورة؛ إذ توفر ثلاث عينات متتالية بفاصل 4–6 أشهر، مقترنة بسجل اختبارات الزيت، السياق اللازم للتمييز بين آثار التقادم وتطور الأعطال الحقيقية.

لا يوجد معامل تصحيح عالمي. فما يصلح لمحول عمره 15 عامًا في محطة فرعية ساحلية ذات رطوبة عالية وتقلبات أحمال متكررة لا ينطبق على وحدة داخلية تعمل بحمل ثابت قدره 60% لمدة 22 عامًا. يظل حكمك، المستند إلى سجل اختبارات الزيت المحلي وملف الأحمال ونتائج الفحص المادي، المفسر الأكثر موثوقية. وعندما يستمر عدم اليقين، فاختر الإجراء التحفظي: حدد موعدًا لمسح حراري، وتحقق من أداء التبريد، وأكد عدم وقوع أحداث أعطال مرور حديثة. هذا النهج يتجنب كلاً من التدخل المبكر والاطمئنان الخطير.