محولات الجهد المصنوعة من راتنج الإيبوكسي لمحطات GIS الفرعية: لماذا يلزم رسم خريطة التفريغ الجزئي قبل التشغيل

لماذا لا يُعدّ رسم خرائط التفريغ الجزئي (PD) خيارًا اختياريًا، بل هو أول اختبار حقيقي لمحولات الجهد المصنوعة من راتنج الإيبوكسي في أنظمة GIS

لقد أنهيت للتو تجميع حجرة GIS. غاز SF6 بالمواصفات المطلوبة. تم شد قضبان التوصيل بعزمها المحدد. وتم تركيب محولات التيار (CTs) ومحولات الجهد (VTs)، ونعم، تبدو محولات الجهد المصنوعة من راتنج الإيبوكسي نظيفة ومدمجة ومحاذاة بشكل مثالي. ولكن إليك ما لا يراه معظم مديري المشاريع إلا بعد فوات الأوان: يخفي هذا المظهر الخارجي الخالي من العيوب بنية عازلة لا تمتلك أي قدرة على الإصلاح الذاتي. فلا يوجد زيت ينتقل، ولا غاز يعيد الاتحاد، ولا حاجز وقائي ضد العيوب الدقيقة المتكونة أثناء الصب أو المناولة أو الدورات الحرارية. لهذا السبب، فإن التغذية بالجهد دون رسم خرائط التفريغ الجزئي (PD) ليست مجرد مخاطرة، بل تشبه اعتماد وعاء ضغط دون إجراء اختبار هيدروستاتيكي له.

في شركة جينشيدا لتكنولوجيا الطاقة الكهربائية المحدودة، دعمنا أعمال تشغيل أنظمة GIS في أكثر من 30 مشروع محطة فرعية خلال السنوات الثلاث الماضية، معظمها بجهود من 110 kV إلى 500 kV، مع تزايد اعتماد محولات القياس ذات العزل الصلب. وما يبرز ليس مدى تكرار اكتشاف التفريغ الجزئي، بل مدى انتظام تفويته عند تجاوز رسم الخرائط أو إجرائه كاختبار شكلي. تضمنت إحدى الحالات الأخيرة في قوانغدونغ دفعة من محولات الجهد المصنوعة من راتنج الإيبوكسي بجهد 220 kV موردة من مصنع معدات أصلية (OEM) من الفئة الأولى. اجتازت الفحص البصري. وكانت نتائج جهاز Megger ‏>10 GΩ. ومع ذلك، كشف رسم خرائط PD عن تفريغات موضعية ‏(>80 pC) عند واجهة القطب الكهربائي للجهد العالي والراتنج، وتبين لاحقًا أن سببها فراغات انكماشية طفيفة ناتجة عن تبريد غير متساوٍ بعد المعالجة. ولو تم تغذيتها بالجهد، لكان من المرجح حدوث عطل خلال 6–18 شهرًا تحت إجهادات زيادة الجهد العابرة.

الفيزياء الكامنة وراء المخاطر

بخلاف الوحدات المغمورة بالزيت، حيث قد يُثبَّط نشاط PD جزئيًا أو حتى يُحجب بسبب السماحية العالية للزيت وحركية الأيونات فيه، فإن راتنج الإيبوكسي صلب ومتجانس ولا يتسامح مع العيوب. فقوة عزله ممتازة—إذا كانت المادة متصلة ومترابطة. لكن التصنيع في الواقع يضيف متغيرات، مثل دخول الرطوبة أثناء إزالة القالب، أو إزالة الغازات بشكل غير مكتمل قبل الصب، أو عدم التوافق الحراري بين الموصل والراتنج أثناء التبريد، أو الإجهاد الميكانيكي أثناء النقل الذي يبدأ التقشر الدقيق. لا تظهر هذه العيوب في اختبارات مقاومة العزل أو قياسات معامل القدرة، بل لا تظهر إلا تحت إجهاد التيار المتردد، وهو تحديدًا المجال الذي يتفوق فيه رسم خرائط PD.

وتزيد بيئات GIS من المخاطر. إذ يشكل الغلاف المعدني المحصور تجويفًا رنينيًا. ويمكن لأي نبضة PD أن تقترن بكفاءة مع ناقل GIS، بما قد يؤدي إلى إنذارات كاذبة في أنظمة المراقبة، أو يسرّع تقادم المكونات المجاورة، أو في أسوأ الحالات، يبدأ سلسلة من ومضات القوس الكهربائي إذا تزامنت عدة نقاط ضعف مكانيًا وزمنيًا.

ما الذي يعنيه «رسم الخرائط» فعليًا (ولماذا لا يكفي الكشف العام عن PD)

لا يكفي «الكشف عن PD». أنت بحاجة إلى رسم خرائط: جمع بيانات متعدد المستشعرات ومتزامن زمنيًا ومحلل حسب الطور، يربط بين سعة النبضة وقطبيتها وزاوية الطور وزمن الانتقال عبر ثلاث نقاط اقتران على الأقل، عادةً عند شفة المحول وغلاف GIS وشريط التأريض. عندها فقط يمكنك التمييز بين التفريغ السطحي على الغلاف والفراغات الداخلية، أو فصل الضوضاء عن إجهاد العزل الحقيقي.

رأينا فرقًا تستخدم كواشف الموجات فوق الصوتية المحمولة وتعتبر المهمة «منجزة». يلتقط ذلك القوس الكهربائي العالي والموجود على السطح، لكنه يفوّت التفريغات بمقدار 20–50 pC داخل جسم الراتنج، والتي تنمو أسيًا تحت دورات الجهد المتكررة. يتطلب رسم الخرائط الحقيقي مستشعرات HFCT أو UHF معايرة ومتزامنة مع شكل موجة التغذية، وبرمجيات قادرة على فصل عائلات النبضات باستخدام التجميع الإحصائي. لا يتعلق الأمر بالعثور على *إشارة*، بل بالإجابة عن: أين تقع؟ هل يمكن تكرارها؟ هل تتغير مع الجهد؟ هل تتغير بعد التشبع الحراري؟

متى يجب إجراء رسم الخرائط، ومتى لا ينبغي الوثوق بتقرير المصنع

اختبارات PD في المصنع ذات قيمة، لكنها نادرًا ما تحاكي ظروف الموقع. يختبر معظم المصنعين عند درجة حرارة محيطة، مع تأريض مثالي، وغالبًا عند جهد منخفض، مثل 1.2 × U_m/√3 بدلًا من جهد النظام الكامل. يضيف التركيب الميداني إجهادات جديدة: ضغط ميكانيكي من مسامير التثبيت، وتدرجات حرارية من تسخين قضبان التوصيل القريبة، وتباينات في معاوقة التأريض عبر حجرة GIS. قد تصدر وحدة اجتازت اختبار PD في المصنع عند 145 kV نبضات قابلة للقياس عند 168 kV بمجرد تثبيتها بمسامير في قسم GIS حي بجهد 220 kV.

لذا أجرِ رسم الخرائط بعد التركيب النهائي، ولكن قبل ملء SF6، أو على الأقل قبل الضغط النهائي. بهذه الطريقة، إذا ظهرت حالات شاذة، يمكنك عزل الوحدة دون خفض ضغط حجرة GIS. وأجرِ دائمًا عملية رسم خرائط ثانية بعد 24 ساعة من الاستقرار الحراري. لقد لاحظنا تغير مقدار PD بنسبة 30–40% بين البدء البارد والتوازن الحراري، خصوصًا بالقرب من واجهات الإيبوكسي والمعدن.

المفاضلات الواقعية التي ستواجهها في الموقع

نعم، يستغرق رسم خرائط PD وقتًا، عادةً من 2–4 ساعات لكل محول، بحسب إعداد المستشعرات والضوضاء المحيطة. ونعم، يتطلب أفرادًا مدربين ومعدات معايرة. لكن قارن ذلك بتكلفة إيقاف حجرة GIS في منتصف أعمال التشغيل: تحريك الرافعة، واسترداد SF6 وإعادة تعبئته، والمراجعة الهندسية، وغرامات التأخير. تجنب أحد العملاء في آنهوي تأخيرًا لمدة 17 يومًا من خلال اكتشاف PD بيني في VT بجهد 500 kV، وذلك قبل يومين فقط من الموعد المقرر للربط بالشبكة.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن بعض فرق المشاريع تحاول تجاوز رسم الخرائط بالاعتماد على اختبارات تحمل التيار المتردد المطولة. وهذا منطق خطير. تختبر اختبارات التحمل السلامة الإجمالية، لا التدهور التدريجي. قد تتحمل وحدة جهد 1.5×U_m لمدة 60 ثانية، ومع ذلك تحتوي على فراغات دون عتبة الكشف ستبدأ توليد PD تحت جهد التشغيل العادي على مدى أسابيع.

دور تخزين الطاقة المتنقل

فترات التشغيل ضيقة، وتوافر الطاقة في الموقع ليس مضمونًا دائمًا. وهنا تبرز أهمية المصدر الاحتياطي المرن عند الطلب. بالنسبة لمواقع GIS البعيدة التي تخضع لرسم خرائط PD واختبارات التشبع الحراري، فإن وجود مصدر مستقل مركب على مقطورة يلغي الاعتماد على مولدات الديزل المؤقتة أو نقاط الربط بالشبكة غير المستقرة. لقد دعم نظام تخزين الطاقة المتنقل على مقطورة بقدرة 100kW/215kWh الخاص بنا ست حملات تشغيل لأنظمة GIS هذا العام، موفرًا طاقة تيار متردد مستقرة ومنخفضة الضوضاء لأنظمة جمع بيانات PD وخزانات التحكم ومراوح التبريد أثناء تسلسلات الاختبار الممتدة. تحافظ مجموعة بطاريات LiFePO4 الخاصة به على استقرار الجهد ضمن ±1.2% تحت الأحمال المتغيرة، وهو أمر حاسم لمعدات القياس الحساسة.

النداء الأخير: تعامل مع رسم خرائط PD كوقود للتشغيل

لن تصب الوقود في توربين دون التحقق من سلامة التزييت. لا تغذِّ محولات الجهد المصنوعة من راتنج الإيبوكسي بالجهد دون التحقق من استمرارية عزلها تحت إجهاد التشغيل. رسم خرائط PD ليس تأمينًا، بل تشخيصًا. إنها الطريقة الوحيدة التي تكشف ما لا يستطيع الفحص البصري والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والاختبارات الكهربائية الأساسية كشفه: الحالة الحقيقية للعزل الصلب حيثما يكون الأمر أكثر أهمية.

إذا كان مشروع GIS القادم لديك يتضمن محولات جهد مصنوعة من راتنج الإيبوكسي، فأدرج رسم خرائط PD ضمن المسار الحرج، لا كفكرة لاحقة، بل كأول خطوة للتحقق الوظيفي. لأن الموثوقية لا تُفترض، بل تُقاس.