هل يستطيع محول التوزيع ثلاثي الطور المغمور بالزيت تحمّل إجهادات القصر المتكررة في محطات التحويل الفرعية بالمناجم؟

هل يستطيع محول توزيع ثلاثي الأطوار مغمور بالزيت التعامل فعلاً مع إجهادات القصر المتكررة في المحطات الفرعية بالمناجم؟

لا تُعد حالات القصر في المحطات الفرعية بالمناجم أعطالاً نادرة، بل أمراً لا مفر منه أثناء التشغيل. فقد يؤدي انحشار ناقل، أو تضرر غلاف كابل على صخور رطبة، أو وميض قوسي مفاجئ أثناء الصيانة إلى تيارات أعطال تتجاوز 25 kA خلال أجزاء من الثانية. وعندما يحدث ذلك، لا مرة واحدة بل مرات متعددة على مدى أشهر أو سنوات، لا يكون السؤال نظرياً: هل لا يزال محول التوزيع ثلاثي الأطوار المغمور بالزيت سليماً؟ أم أن هامشيه الميكانيكي والحراري يتآكلان تدريجياً مع كل حادثة؟

بالنسبة إلى المتخصصين في مراقبة الجودة والسلامة، لا يتعلق الأمر باجتياز اختبار واحد وفق IEC 60076-5. بل بفهم ما تعنيه «المقاومة» فعلياً في هذا السياق: هل تعني عدم حدوث تشوه مرئي؟ أم عدم انهيار العزل بعد اختبار واحد؟ أم تعني الحفاظ على قوة العزل الكهربائي، وسلامة تثبيت الملفات، والقدرة على التعافي الحراري عبر عشرات الحوادث الواقعية، بعضها غير متماثل، وبعضها لا يُفصل بسرعة كافية، وبعضها يحدث في ظل حمل جزئي أو ارتفاع درجة الحرارة المحيطة؟

أوجه قصور الاختبارات القياسية مقارنة بواقع مواقع المناجم

يفرض IEC 60076-5 إجراء اختبارات النوع للقصر، وعادةً ما تتضمن تطبيق تيار مقنن مرة أو مرتين، مع شروط تبريد صارمة وعمليات فحص إلزامية بعد الاختبار. وهذا تحقق أساسي لا غنى عنه. لكن المحطات الفرعية بالمناجم نادراً ما تعمل في ظروف مماثلة لظروف المختبر. فكثيراً ما تحدث الأعطال مع بقاء حرارة متبقية في الملفات، أو مع عدم اكتمال تنسيق القواطع (خصوصاً عند تقادم مرحلات الحماية)، أو حتى بالتزامن مع أعطال على عدة مغذيات. وفي مراجعة أحد المشاريع مؤخراً، رصدنا ثلاث حالات قصر منفصلة في وحدة واحدة بقدرة 10 MVA على مدى 18 شهراً. ورغم فصل كل حالة خلال أقل من 120 ms، فقد تسببت كل منها في إزاحة محورية قابلة للقياس في أجزاء من ملف الجهد المنخفض أثناء الفحص الداخلي.

لذلك لا تكتفي Jinshida Electric بالامتثال للمعايير. تستخدم محولات التوزيع ثلاثية الأطوار المغمورة بالزيت التي نصنعها لتطبيقات التعدين ملفات من رقائق النحاس مزدوجة الطبقة، مع فواصل من الإيبوكسي والزجاج ودعامات شعاعية تظل فعالة حتى بعد دورات التغير الحراري. ولا تقتصر عملية حساب قوة التثبيت على الحسابات، بل نتحقق منها بقياس التحميل المسبق الهيدروليكي قبل تجميع القلب، ثم نعيد فحصها بعد التجفيف النهائي بالتفريغ. كما نحدد زيتاً معدنياً ذا توتر بيني أعلى (>25 mN/m) وحموضة أقل (<0.03 mg KOH/g)، لأن طاقة الأعطال المتكررة تسرّع الأكسدة، والزيت المؤكسد يفقد قدرته على تحمل الإجهادات العازلة أسرع مما يفترضه معظم المهندسين.

الخطر الخفي: الإجهاد الميكانيكي التراكمي، لا الارتفاع الحراري فحسب

تركز معظم الفرق على ارتفاع درجة حرارة النقطة الساخنة أثناء تحمل الأعطال. وهذا ضروري، لكنه غير كافٍ. فالقوى الكهرومغناطيسية تتناسب مع مربع التيار. وعند تيار يبلغ 20 ضعف التيار المقنن، تتجاوز قوى التمدد الشعاعي 30 طناً لكل متر من ارتفاع الملف. وحتى إذا صمد الخزان، فإن النبضات المتكررة تسبب حركات دقيقة عند نقاط توصيل الملفات بالأطراف البارزة، وعند الأسطح الفاصلة بين الأقراص. ومع مرور الوقت، يؤدي ذلك إلى تآكل العزل بالاحتكاك، وبدء التفريغ الجزئي، وفي نهاية المطاف إلى عطل بين اللفات؛ لا أثناء العطل التالي، بل خلال التشغيل بالحمل العادي بعد أسابيع.

رصدنا ذلك مباشرةً في مواقع مناجم الفحم تحت الأرض، حيث كانت المحولات تتعرض بانتظام لتيارات بدء تشغيل المحركات *بالإضافة إلى* حالات قصر قريبة. وأظهرت الوحدات التي تفتقر إلى تقييد محوري معزز تغيرات قابلة للقياس في السعة ضمن تحليل استجابة التردد (FRA) بعد أربع حوادث فقط. ولهذا، تتضمن وحداتنا المخصصة للتعدين أحزمة فولاذية محيطية إضافية أسفل اليوك العلوي وصفائح تثبيت مصممة حسب الطلب لتوزيع الضغط بشكل أكثر توازناً على كامل مجموعة الملفات، وليس عند الأطراف فقط.

الزيت والورق وما يحدث بين الاختبارات

لا تتعلق قدرة المحول على تحمل القصر بجسمه وحده، بل أيضاً بمدى تعافي نظام العزل المكوّن من الزيت والورق. فكل عطل يُدخل إلى الزيت جزيئات كربونية وغازات مذابة (خصوصاً الإيثيلين والأسيتيلين) ورطوبة. وإذا لم تكن الوحدة مزودة بقدرات كافية لإزالة الغازات أثناء التشغيل أو لمعالجة الزيت بانتظام، تتراكم هذه النواتج الثانوية. ونوصي بإجراء تحليل الغازات المذابة (DGA) واختبار الرطوبة سنوياً كحد أدنى لأي محول في محطة فرعية بمنجم يتعرض لأكثر من حالتي عطل سنوياً. وليس ذلك لمجرد استكمال متطلبات الامتثال، بل لأنه يتيح نافذة تشخيصية للاطلاع على سجل الإجهاد الفعلي.

ومن الجدير بالذكر أيضاً أن العديد من المناجم تدمج الآن أنظمة دعم الطاقة القائمة على البطاريات لتجنب الإيقاف الكامل أثناء الأعطال العابرة. فعلى سبيل المثال، يمكن لبطارية تخزين الطاقة LiFePO4 بجهد 51.2V والمثبتة على الحائط توفير طاقة مساعدة أساسية لمرحلات الحماية ومراوح التبريد أثناء انخفاض الجهد، ما يقلل الاعتماد على القواطع الميكانيكية وحدها ويحد من تعرض المعدات الواقعة في اتجاه الحمل، بما فيها المحولات، للأعطال.

ما ينبغي التحقق منه، لا الاكتفاء بتحديده في المواصفات

عند تقييم ادعاء أحد الموردين بشأن «القدرة على تحمل حالات القصر المتكررة»، تجاوزوا تقرير الاختبار وتحققوا مما يلي:

• استفسروا عن العدد الفعلي لمحاكاة الأعطال التي أُجريت أثناء التحقق من التصميم، لا عن الحد الأدنى الذي يفرضه المعيار فحسب.
• اطلبوا أدلة على إجراء فحوصات FRA بعد الأعطال على وحدات الإنتاج، لا على النماذج الأولية فقط.
• تحققوا مما إذا كان نظام التثبيت يستخدم رافعات هيدروليكية قابلة للضبط (قد ترتخي) أم مجموعات تثبيت دائمة مقفلة بعزم الدوران (تحافظ على التحميل المسبق).
• تحققوا مما إذا كان نظام حفظ الزيت يشمل غطاءً من النيتروجين *وخزان تمدد محكم الإغلاق*، لأن دخول الأكسجين يسرّع تقادم العزل بدرجة تفوق تأثير الحرارة وحدها بكثير.

ولا تغفلوا ممارسات التركيب. فالمحول المثبت مباشرةً على سطح خرساني غير مستوٍ من دون تسوية مناسبة أو مراسٍ زلزالية سيتعرض لاهتزازات متفاقمة أثناء الأعطال، ما يسرّع الإجهاد الميكانيكي بصرف النظر عن تصميمه الداخلي.

الخلاصة: تُصمَّم القدرة على التحمل ولا يُفترض وجودها

نعم، يستطيع محول التوزيع ثلاثي الأطوار المغمور بالزيت المصمم هندسياً على نحو جيد تحمل إجهادات القصر المتكررة في المحطات الفرعية بالمناجم. لكن التصميم الهندسي الجيد يتجاوز استيفاء متطلبات IEC 60076-5. فهو يعني توقع كيفية انتشار طاقة العطل عبر الزيت والورق والنحاس والفولاذ، ليس مرة واحدة فحسب، بل مرات متكررة، وتصميم هوامش أداء تظل ذات جدوى بعد دورات التغير الحراري وتراكم الجسيمات والتحركات الميكانيكية الدقيقة.

في Jinshida Electric، يُدمج ذلك في عملية التصنيع، ولا يُضاف كخيار. فمن هندسة الملفات إلى مواصفات الزيت، ومن منهجية التثبيت إلى بروتوكولات اختبار القبول في المصنع، يعكس كل قرار خبرة ميدانية، لا مجرد الامتثال للمعايير. ففي التعدين، لا تُقاس الموثوقية بتقارير النجاح أو الإخفاق، بل باستمرار نوبات العمل دون انقطاع، وتجنب عمليات الإخلاء، واستمرار المحولات في الأداء وفق قيم لوحة بياناتها بعد 12 عاماً من بدء التشغيل، حتى بعد العطل الثالث أو الرابع أو الخامس.