أعطال نظام تخزين البطاريات BESS: الأسباب الشائعة وعلامات الإنذار المبكر

تبدأ العديد من أعطال أنظمة تخزين البطاريات BESS بمخالفات صغيرة يسهل تجاهلها: خزانة تعمل بدرجة حرارة أعلى من المعتاد بعد الظهر، أو رف ينحرف توازن جهده بعد الشحن، أو قاطع لا يفصل إلا خلال فترات التغير السريع في الحمل، أو حجرة محول تظهر فيها رائحة أكثر حدة عند وجود حمل. إن انتظار حدوث إيقاف صلب يحول العيب القابل للسيطرة عادةً إلى تلف في الخلايا، أو إجهاد في العزل، أو أعطال أوسع في المعدات المساعدة. وفي الممارسة الميدانية، يتمثل النهج المفيد في التعامل مع المخالفات الحرارية والكهربائية ومخالفات الاتصال البسيطة باعتبارها إشارات مترابطة، لا مجرد مشكلات منفصلة يمكن إزعاجها وتجاهلها.

غالبًا ما تكون الحرارة أول مشكلة مرئية، لكنها نادرًا ما تكون السبب الجذري بمفردها. ففي نظام تخزين البطاريات BESS، قد ينتج ارتفاع الحرارة عن انسداد تدفق الهواء، أو تعطل المروحة، أو تراكم الغبار على المبادلات الحرارية، أو ارتخاء وصلات قضبان التوصيل، أو سوء كبس الكابلات، أو اختلال توازن الخلايا، أو تكرار دورات الشحن بتيار عالٍ، أو ظروف محيطة خارج نطاق التصميم الأصلي. وقد يبدو الرف مستقرًا عند الحمل المنخفض، لكنه يطور نقطة ساخنة خطرة أثناء الشحن أو التفريغ السريع. ولهذا ينبغي مقارنة قيم درجة الحرارة الصادرة عن نظام إدارة البطارية BMS بالفحوصات بالأشعة تحت الحمراء عند الأطراف، ونقاط تلامس القواطع، وحوامل المصهرات، وعروات الكابلات، ووصلات المحول، بدل قبول تلك القيم كما هي.

من الأخطاء الشائعة التركيز على خزانة البطارية وحدها مع تجاهل الواجهات السابقة واللاحقة. فإذا كان قسم الجهد المتوسط يستخدم معدات من النوع الجاف، مثل محول توزيع جاف من الراتنج المصبوب ثلاثي الطور بجهد 35kV، فإن ارتفاع الحرارة غير الطبيعي، أو الإجهاد التوافقي، أو مقاومة التوصيل في ذلك الجانب قد يغير سلوك الشحن ويُنشئ أعراضًا تبدو مرتبطة بالبطارية. وقد يكون الإنذار المتكرر بزيادة التيار المستمر أو خفض قدرة PCS ناتجًا عن عدم استقرار جهة الشبكة، أو ضعف استمرارية التأريض، أو انحراف تنسيق التحكم، وليس عن الخلايا نفسها.

عندما لا تخبر إنذارات درجة الحرارة القصة كاملة

لا يصبح إنذار ارتفاع درجة الحرارة ذا معنى إلا بعد ربط موقعه وتوقيته بحالة التشغيل. فإذا ارتفعت حرارة الوحدة نفسها أثناء وضع الاستعداد، فينبغي الاشتباه أولًا في الفقد الطفيلي، أو خلل دائرة الموازنة، أو مشكلة في المستشعر، قبل افتراض وجود خطر حقيقي للانفلات الحراري. وإذا حدث الارتفاع في نهاية الشحن فقط، فيجب فحص الجهد الزائد في خلايا محددة، أو عدم اتساق المقاومة الداخلية، أو تأخر استجابة التبريد عن ملف الشحن. وعندما تبقى درجة حرارة الخزانة طبيعية بينما تكون إحدى نقاط التوصيل أكثر سخونة بكثير من المعدن المحيط، فعادةً ما تكون المشكلة في مقاومة التلامس، أو طبقة أكسيد، أو عزم غير كافٍ، أو ارتخاء ميكانيكي بعد دورات حرارية.

للرائحة أهمية. فلا ينبغي أبدًا اعتبار رائحة الراتنج النفاذة، أو رائحة العزل الساخن، أو الرائحة الخفيفة الشبيهة بالإلكتروليت أمرًا “طبيعيًا أثناء وجود الحمل”. إذ تتقادم مكونات الراتنج المصبوب، وعوازل الكابلات، وأغلفة الموصلات بطرق مختلفة تحت تأثير الإجهاد الحراري. وقد تشير رائحة موضعية قرب نقطة اختراق أو انحناء كابل إلى نصف قطر انحناء مفرط أثناء التركيب، أو تآكل الغلاف أثناء النقل، أو اهتزاز طويل الأمد مقابل حواف الغلاف. وفي البيئات الساحلية أو شديدة التآكل كيميائيًا، يمكن أن تؤدي الترسبات على الأسطح الموصلة إلى زيادة تسرب السطح والتسخين الموضعي.

يكون الفحص الحراري أكثر فائدة عند إجرائه ضمن نطاقات حمل قابلة للتكرار، وليس بعد توقف النظام بالفعل. وغالبًا ما تكشف مقارنة بدء التشغيل الصباحي، والحمل المستقر في منتصف النهار، وظروف درجات الحرارة المرتفعة في نهاية الدورة، ما إذا كانت المشكلة في قدرة التبريد، أو المقاومة الكهربائية، أو استراتيجية التحكم. وقد تكون صورة حرارية ثابتة واحدة، من دون سياق تشغيلي، مضللة.

نادراً ما يظهر انهيار العزل دون تحذير

لا تقتصر مشكلات العزل في تركيبات BESS على خلايا البطارية. فقد تتطور في كابلات التيار المستمر، وضفائر الاتصال، ودوائر التيار المتردد المساعدة، ودعامات قضبان التوصيل، وملفات المحولات، وواجهات النهايات. وتشمل علامات التحذير المبكرة إنذارات متقطعة لمراقبة العزل، وفصلًا مزعجًا أثناء الطقس الرطب، وآثار تكاثف داخل الخزائن، وآثار تتبع على أسطح الدعم، أو انخفاضًا تدريجيًا في مقاومة العزل بعد أعمال الصيانة.

يمثل تسرب الرطوبة سببًا متكررًا، لا سيما عندما تُفتح أبواب الغلاف كثيرًا، أو تكون مداخل الكابلات محكمة الإغلاق بصورة سيئة، أو تؤدي تقلبات درجات الحرارة إلى سحب هواء رطب إلى الحجرات. وقد يتشكل التكاثف أولًا على الأسطح المعدنية الأكثر برودة، ثم ينتقل إلى أجزاء العزل. ويكون الغبار المختلط بالرطوبة أكثر خطورة من أي منهما منفردًا، لأنه ينشئ غشاءً موصلًا قد لا يسبب وميضًا فوريًا، لكنه يمكن أن يؤدي ببطء إلى تآكل هوامش العزل الكهربائي. وعندما يتم التنظيف باستخدام مذيبات غير مناسبة أو ضغط مفرط، فقد تبقى بقايا في الشقوق حول الأطراف وكتل المستشعرات، مما يؤدي لاحقًا إلى عطل يصعب إرجاعه إلى عملية التنظيف.

يجب أيضًا تفسير اختبارات العزل بحذر. فالقراءة المنخفضة بعد الإيقاف لا تعني دائمًا فشل المادة؛ إذ تحتاج بعض الدوائر إلى وقت لتفريغ السعة والوصول إلى توازن الرطوبة قبل القياس. وفي الوقت نفسه، لا ينبغي لقراءة “ناجحة” في يوم جاف أن تنهي التحقيق إذا ظهرت الإنذارات باستمرار أثناء المطر أو الضباب أو التبريد الليلي. فسلوك الاتجاه أهم من رقم منفرد معزول.

غالبًا ما تختبئ أعطال التوصيل خلف إنذارات البرامج

يمكن للتوصيلات المرتخية أو المتدهورة أن تحاكي أعطال BMS أو PCS أو EMS، لأن إشارات الجهد والتيار غير المستقرة تنتقل عبر نظام التحكم. وقد يتسبب رابط تيار مستمر مرتخٍ قليلًا في انخفاضات جهد عابرة، أو إعادة ضبط للاتصال، أو إنذارات غير طبيعية للموصلات. ويمكن أن يؤدي التآكل في أطراف الجهد المنخفض إلى قطع تغذية المستشعرات الراجعة لفترة تكفي لتوليد أحداث زائفة لارتفاع الحرارة، أو تعطل المروحة، أو أعطال العزل. وإذا قفزت الإنذارات بين أنظمة فرعية غير مرتبطة، فينبغي أن يشمل التحقيق النهايات المادية قبل استبدال اللوحات أو تحديث البرنامج الثابت.

تكون سجلات العزم مفيدة فقط عندما لا تكون حالة الوصلة قد تغيرت منذ التركيب. إذ يمكن للموصلات المصنوعة من الألومنيوم، والوصلات المعدنية المختلطة، والتمدد الحراري المتكرر، والاهتزاز الصادر عن المعدات القريبة، أن تغير ضغط التلامس بمرور الوقت. وقد تظل طبقة الطلاء الموجودة أسفل عروة التأريض، أو الكبس غير الكامل، أو ترتيب الحلقات غير الصحيح مخفية حتى يرتفع التيار. وفي رفوف البطاريات، تستحق الموصلات بين الوحدات الاهتمام نفسه الذي تستحقه وصلات قضبان التوصيل الرئيسية، لأن الزيادات الصغيرة في المقاومة قد تشوه موازنة الوحدات وتؤدي إلى قيود مزمنة على التشغيل.

وتنشأ مشكلة ميدانية أخرى بسبب النقل والرفع. فقد تبدو الخزائن سليمة، لكنها تظل تعاني من تحرك الحوامل، أو إجهاد الأطراف، أو تلف شعري في عوازل الدعم إذا لم تتم السيطرة جيدًا على أحمال الصدمات. وبعد أسابيع، قد تكون أولى الأعراض إنذارًا متقطعًا أثناء التبديل، وليس عيبًا ميكانيكيًا مرئيًا.

غالبًا ما تكون اضطرابات التحكم مشكلات تنسيق

ليست كل اضطرابات التحكم ناتجة عن تعطل وحدة التحكم. ففي العديد من الأنظمة، تبدأ المشكلة من طوابع زمنية غير متسقة، أو جودة اتصال غير مستقرة، أو تغييرات في المعلمات لم يتم التحقق منها، أو اختلاف سلوك البرنامج الثابت بين الأنظمة الفرعية، أو تسلسل إعادة تشغيل يترك أحد الأجهزة يعمل بحدود قديمة. وقد يستمر نظام تخزين البطاريات BESS في العمل بوضع مخفض مع الإبلاغ المتكرر عن أعطال PCS، أو انحراف SOC، أو رفض تنفيذ أوامر التشغيل، رغم أن المشكلة الأساسية هي ضعف المصافحة بين طبقة إدارة البطارية وعناصر تحكم تحويل الطاقة.

راقب الأنماط: فالإنذارات التي تظهر بعد تعديل المعلمات عن بُعد، أو أثناء الانتقال بين الشحن والتفريغ فقط، أو بعد اضطرابات جهة المرفق فقط، تشير عادةً إلى تنسيق التحكم. وإذا أُغلقت الموصلات بالترتيب الصحيح لكن الشحن المسبق ما زال يفشل، فينبغي فحص حالة المقاومة، وتوقيت الأوامر، وزمن تأخر التغذية الراجعة، ومعايرة القياس قبل افتراض أن الموصل نفسه معطل. وإذا قفزت قيمة SOC فجأة بعد استعادة الاتصال، فقارن حداثة بيانات مستوى الرف ومعايرة مستشعر التيار. وقد يعرض مخطط غرفة التحكم حدثًا برمجيًا، لكن المحفز قد يظل تحويلةً تنحرف قيمتها، أو كابل إشارة مشوشًا، أو مشكلة في مرجع التأريض.

يستحق التأريض اهتمامًا أكبر مما يحصل عليه غالبًا. فقد يؤدي اختلاف جهد التأريض بين الخزائن، وأقسام العواكس، وغرف المحولات، ومعدات المراقبة إلى عدم استقرار الاتصال، وقيم مستشعرات غير منتظمة، وإجراءات حماية غير مفسرة. ويصبح ذلك أكثر احتمالًا بعد أعمال التوسعة، أو إعادة توجيه الكابلات، أو استبدال المكونات المعدنية بأجزاء مطلية تقطع استمرارية الربط.

أعراض البطارية التي ينبغي التعامل معها مبكرًا

يعد عدم اتساق جهد الخلايا إحدى أوضح علامات التحذير المبكرة، لكن ينبغي تقييمه في ضوء حالة التشغيل ودرجة الحرارة. فقد يتحول التفاوت الصغير أثناء السكون إلى تفاوت أكبر عند أعلى الشحن أو أثناء ذُرى التفريغ. وإذا وصلت إحدى الوحدات بشكل متكرر إلى الحدود قبل بقية السلسلة، فانظر إلى ما يتجاوز منطق الموازنة. فقد تنتج هذه الحالة عن ارتفاع المقاومة الداخلية، أو مقاومة الموصلات، أو انحراف المستشعر، أو ظروف حرارية غير متساوية. وقد يؤدي استبدال وحدة مشتبه بها دون التحقق من المسار الكهربائي المحيط إلى نقل العَرَض بدلًا من إزالته.

يشير التفريغ الذاتي غير المعتاد، وفترات المعادلة الأطول، وإنذارات الجهد العالي أو المنخفض المتكررة في الموقع نفسه، غالبًا إلى تدهور متطور في الخلية. كما أن المؤشرات الميكانيكية مهمة أيضًا: تشوه بسيط في اللوحة، أو بقايا تنفيس، أو مثبتات متغيرة اللون، أو تغيرات في الأختام حول حواف الوحدة، أو باب خزانة لم يعد يُغلق بشكل متساوٍ بعد دورات التسخين. ولا يثبت أي من هذه المؤشرات وحده وجود عطل وشيك، لكنها مجتمعة تبرر إجراء فحص أعمق وتشديد حدود التشغيل إلى أن يتضح السبب.

نقاط الفحص العملية أثناء تتبع الأعطال

يُعد التسلسل مهمًا أثناء استكشاف الأعطال وإصلاحها. ابدأ بسجل الأحداث وحدد ما حدث مباشرة قبل الإنذار الأول، وليس فقط الإنذارات التي تراكمت بعد ذلك. ثم قارن السجلات الرقمية بالأدلة المادية. ويتمثل المسار المفيد في التحقق من الظروف البيئية، وفحص التهوية وحالة المرشح، وفحص الإحكام الميكانيكي عند الوصلات ذات التيار العالي، ومراجعة سلوك العزل، ثم الانتقال بعد ذلك فقط إلى استبدال اللوحات أو تصحيح المعلمات. ويقلل ذلك خطر معالجة الإنذار الظاهر مع ترك العطل الأصلي نشطًا.

• تحقق مما إذا كان العطل يتبع الحمل، أو درجة الحرارة المحيطة، أو الرطوبة، أو حالة التبديل. فالعطل الذي يظهر فقط أثناء فترات الانتقال يشير عادةً إلى مشكلات التوقيت أو الشحن المسبق أو التوصيل، وليس إلى حمل زائد مستمر.
• افحص مداخل الكابلات، وإحكام الغدد، ومسارات تقطر المياه، وحشوات أبواب الغلاف. فكثيرًا ما تكشف علامات المياه، أو خطوط الغبار، أو هالات التآكل عن تسرب طويل الأمد بشكل أفضل من البيانات المباشرة.
• استخدم التصوير الحراري على قضبان التوصيل، وقواعد المصهرات، وأطراف القواطع، ونهايات المحولات، ونقاط التأريض، في ظل تيار تشغيل مماثل. وعادةً ما يكون الفرق النسبي في درجة الحرارة بين النقاط المتشابهة أكثر إفادة من قراءة مطلقة واحدة.
• راجع سجل الصيانة بحثًا عن أعمال عزم حديثة، أو تغييرات في البرنامج الثابت، أو استبدال المستشعرات، أو النقل، أو إعادة التمركز، أو التنظيف. فكثير من الأعطال المتكررة يبدأ بعد تدخل تم بحسن نية بوقت قصير.

تنشأ بعض الأعطال بسبب عدم التوافق بين مكونات سليمة كل على حدة. إذ يجب أن تعمل ممانعة المحول، وإعدادات العاكس، وطول الكابل، وممارسة التأريض، وحدود الحماية معًا. وإذا تم تعديل قسم واحد وترك بقية التنسيق دون تغيير، فقد تحدث عمليات فصل مزعجة أو إجهاد متسارع. ولهذا ينبغي التحقيق في مشكلات BESS المتكررة عبر مسار الطاقة بأكمله، بدلًا من الاقتصار على الجزء الداخلي من غلاف البطارية.

عندما تتكرر علامات التحذير في الموقع نفسه، يكون النظام قد قدم بالفعل خريطة توضح مكان نقطة الضعف. أما التعامل مع الإنذارات كأحداث منفصلة فيهدر هذه الخريطة. وعادةً ما تعود عملية التشغيل المستقرة عندما يتم فحص السلوك الحراري، وحالة العزل، وسلامة التوصيلات، وتنسيق التحكم باعتبارها سلسلة واحدة، لا أربعة موضوعات منفصلة.