محولات القدرة المغمورة بالزيت في المحطات الفرعية: كيف تختلف أنماط تحليل الغازات المذابة (DGA) بين الوحدات المزودة بـ OLTC والوحدات غير المزودة بـ OLTC

بالنسبة للمتخصصين في صيانة محولات القدرة الزيتية بالمحطات الفرعية، يُعد فهم اختلاف أنماط تحليل الغازات المذابة (DGA) بين الوحدات المزودة بمغير مآخذ تحت الحمل (OLTC) والوحدات غير المزودة به أمرًا بالغ الأهمية للتشخيص الدقيق للأعطال والإدارة الاستباقية للأصول. تفكك هذه المقالة الاختلافات الرئيسية في بصمات DGA، مثل ارتفاع الأسيتيلين في حالات القوس الكهربائي المرتبطة بـ OLTC مقابل استمرار وجود الميثان/الإيثيلين في الأعطال الحرارية للوحدات غير المزودة بـ OLTC، مما يساعد المهندسين الميدانيين على التمييز بين الشذوذ التشغيلي والأعطال الناشئة.

الآليات الأساسية لتوليد غازات DGA: OLTC مقابل الخزان الرئيسي

لا يكمن الاختلاف الجوهري في الزيت نفسه، بل في مدخلات الطاقة الموضعية والبيئة الفيزيائية. في المحولات غير المزودة بـ OLTC، تنشأ غازات الأعطال تقريبًا بشكل حصري من تدهور العزل داخل الخزان الرئيسي، ولا سيما ورق السليلوز والزيت المعدني تحت الإجهاد الحراري أو الكهربائي. أما وحدات OLTC فتضيف نظامًا ثانويًا مميزًا: حجرة معزولة مملوءة بالزيت تضم ملامسات ميكانيكية تقطع تيار الحمل أثناء تنظيم الجهد. تعمل هذه الحجرة في ظل أقواس تبديل متكررة، وجهود زائدة عابرة، وتآكل في الملامسات، وهي عمليات تولد الغازات بمعدلات ونسب تختلف جوهريًا عن تلك الموجودة في الخزان الرئيسي.

يُعد الأسيتيلين (C₂H₂) المؤشر الأكثر دلالة. وبينما يستدعي أي مستوى من C₂H₂ يتجاوز 1–2 ppm التحقيق، فإن وجوده في زيت OLTC، حتى دون ارتفاع مقابل في الهيدروجين أو الميثان، يرتبط بقوة بالقوس الكهربائي المتقطع عبر ملامسات محدد المآخذ أو مفتاح التحويل. وعلى النقيض، يشير الأسيتيلين في زيت الخزان الرئيسي عادةً إلى أعطال داخلية جسيمة، مثل قصر الدائرة بين لفات الملفات، أو القفزات الكهربائية في البوشنجات، أو أعطال تأريض القلب. ومن المهم أن الأسيتيلين المرتبط بـ OLTC يظهر غالبًا *من دون* زيادات متناسبة في الهيدروجين (H₂)، لأن طاقة القوس تكون موضعية للغاية ولأن تدوير الزيت بين الحجرتين يكون مقيدًا عمدًا.

يتطلب تفسير نسب الغازات إدراكًا للحجرات المنفصلة

تُعد نسب روجرز ومثلثات دوفال أدوات فعالة، لكنها تفترض تجانس مصدر الغاز. ويؤدي تطبيقها على عينات زيت مختلطة أو تجاهل حدود الحجرات إلى تشخيص خاطئ. على سبيل المثال:

• تشير نسبة C₂H₂/C₂H₄ > 3 في زيت الخزان الرئيسي إلى تفريغ عالي الطاقة؛ بينما قد تعكس النسبة نفسها في زيت OLTC نشاط تبديل طبيعيًا أثناء تغييرات المآخذ المتكررة تحت الحمل الثقيل.
• يشير ارتفاع CH₄ وC₂H₄ مع انخفاض C₂H₂ في زيت الخزان الرئيسي إلى أعطال حرارية (>300°C) في الملفات أو الدوائر المغناطيسية. أما النمط نفسه في زيت OLTC فيشير غالبًا إلى ارتفاع حرارة مشابك الملامسات أو ضعف سلامة التوصيل، وليس إلى القوس الكهربائي، وقد يرتبط بزيادة مقاومة الملامسات المقاسة عبر اختبار المقاومة الديناميكية (DRT).
• لا يمكن الاعتماد على تركيز H₂ وحده: إذ تُظهر حجرات OLTC في كثير من الأحيان مستويات H₂ أعلى بمقدار 2–5× من الخزان الرئيسي بسبب التفريغات الجزئية أثناء انتقال الملامسات، حتى عند عدم وجود عطل ناشئ.

لذلك، تتطلب موثوقية التشخيص *أخذ عينات منفصلة*: عينات زيت OLTC مخصصة تُسحب من خزان تمدد OLTC أو صمام التصريف، وعينات من الخزان الرئيسي تُؤخذ من الصمام السفلي، وليس أبدًا من منفذ عينات مشترك يقع بعد أنبوب الربط.

السياق التشغيلي يغير بصمات الغازات

معدل توليد الغازات ليس ثابتًا، إذ يعتمد بدرجة كبيرة على دورة التشغيل والظروف البيئية. ستتراكم الأسيتيلين بشكل أسرع في وحدة OLTC تُجري 200 تغيير مأخذ يوميًا في عملية تعدين، حيث تتطلب تقلبات الجهد تنظيمًا متكررًا، مقارنة بوحدة مماثلة في محطة نقل مستقرة تُجرى فيها التعديلات أسبوعيًا. وبالمثل، تؤثر درجة الحرارة المحيطة في لزوجة الزيت وتكوين الفقاعات: فالزيت البارد يبطئ تحرر الغاز من العزل الصلب، مما يؤخر اكتشاف الأعطال الحرارية المبكرة في الوحدات غير المزودة بـ OLTC، بينما يسرّع الزيت الدافئ نواتج الأكسدة مثل CO وCO₂، مما يحجب بصمات الأعطال الدقيقة.

يلعب محتوى الرطوبة دورًا أيضًا. تكون حجرات OLTC أكثر عرضة لدخول الرطوبة عبر أختام أجهزة التنفيس أو تقادم الحشيات. ويتفاعل الماء مع الأسطح المعدنية الساخنة لإنتاج الهيدروجين، مما يرفع قراءات H₂ بصورة مستقلة عن الأعطال الكهربائية. في الوحدات غير المزودة بـ OLTC، تؤدي الرطوبة أساسًا إلى إضعاف عزل الورق وتسريع تقادمه، ويتضح ذلك من ارتفاع نسب CO/CO₂ بمرور الوقت، وليس من ارتفاعات فورية في الغاز.

بروتوكول عملي لأخذ العينات

يقلل أخذ العينات المعياري من النتائج الإيجابية الكاذبة:

• اسحب زيت OLTC فقط بعد فصل طاقة الوحدة لمدة ≥4 ساعات للسماح للغازات بالوصول إلى حالة اتزان.
• تجنب أخذ العينات مباشرة بعد تغيير المآخذ، إذ تظهر خلال أول 30 دقيقة بعد التشغيل قمم عابرة لـ C₂H₂ لا ترتبط بتطور الأعطال.
• استخدم محاقن مطهّرة بالنيتروجين وتقنية الشطف ثلاث مرات للقضاء على تلوث الهواء، وهو أمر بالغ الأهمية خصوصًا لقياسات H₂ وC₂H₂ ذات التركيز المنخفض.
• سجّل درجة الحرارة المحيطة، وسجل الحمل (kVA والمدة)، ووقت آخر تغيير للمأخذ مع كل عينة.

عوامل المواد والتصميم المؤثرة في خصائص الغازات

يؤثر تصميم المحول في مستويات الغاز الأساسية. تُظهر الوحدات التي تستخدم صفائح فولاذ السيليكون الموجه الحبيبي عالية النفاذية، مثل المستخدمة فيمحول التعدين المقاوم للانفجار، فواقد أقل في حالة اللاحمل وانخفاضًا في تسخين القلب، ما يؤدي إلى توليد أقل للإيثيلين والميثان في الخلفية أثناء التشغيل العادي. وهذا يجعل بصمات الأعطال الحرارية الناشئة أسهل في الاكتشاف مقارنة بخلفية أكثر هدوءًا. وعلى العكس، قد تُظهر الوحدات الأقدم ذات ملفات الألومنيوم ارتفاعًا في الهيدروجين نتيجة التآكل الجلفاني في الزيت الرطب، مما يعقد تفسير اتجاهات DGA غير المرتبطة بالأعطال الكهربائية.

كما أن تصميم الخزان مهم أيضًا. فحجرات OLTC المغلقة ذات حجم الزيت المحدود تركز الغازات بسرعة أكبر من الخزانات الرئيسية الكبيرة، مما يعني ضرورة ضبط عتبات ppm لاتخاذ الإجراء وفقًا لذلك. تحمل قراءة C₂H₂ تبلغ 5 ppm في خزان OLTC بسعة 10 لترات دلالة أكبر من القيمة نفسها في خزان رئيسي بسعة 10,000 لتر.

عندما تتداخل أنماط DGA: معالجة الالتباس

تتحدى بعض السيناريوهات الإسناد البسيط القائم على الحجرة. فقد يؤدي انتقال الزيت عبر الحشيات المتدهورة أو أجهزة التنفيس المشتركة إلى خلط الغازات وإنتاج بصمات هجينة. في هذه الحالات، تُعد الأدلة التأكيدية ضرورية، مثل التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لآليات قيادة OLTC، أو الكشف بالموجات فوق الصوتية عن التفريغ الجزئي قرب أغلفة محدد المآخذ، أو التحليل الكروماتوغرافي للمركبات الفورانية (2-FAL، 5-MF) لتقييم شدة تقادم الورق في الخزان الرئيسي. ويكون تحليل الفوران ذا قيمة خاصة عندما يُظهر DGA مستويات متوسطة من CH₄/C₂H₄ دون نوع عطل واضح، مما يشير إلى تدهور حراري بطيء بدلًا من عطل حاد.

وأخيرًا، تذكر أن DGA يحدد *ما* يحدث كيميائيًا، وليس *لماذا* يحدث. تشير الغازات المرتفعة إلى عمليات تدهور، لكن تحديد السبب الجذري يتطلب دمجها مع بيانات الاختبارات الكهربائية (نسبة اللفات، مقاومة الملفات، SFRA)، وسجلات الفحص الميكانيكي (تآكل الملامسات، شد النوابض)، وسجلات التشغيل. إن الارتفاع المستمر في C₂H₂ في زيت OLTC المصحوب بزيادة مقاومة الملامسات وصدور صوت «طقطقة» مسموع أثناء تغيير المآخذ يؤكد حدوث القوس الكهربائي. ومن دون تلك البيانات الداعمة، قد يعكس اتجاه الغاز نفسه حملًا زائدًا مؤقتًا أو جهدًا زائدًا عابرًا، وليس عطلًا متفاقمًا.

يبقى DGA أداة لا غنى عنها، لكن قدرته التشخيصية لا تظهر إلا عند تفسيره ضمن السياق الفيزيائي والتشغيلي الدقيق لبنية كل محول قدرة زيتي في المحطات الفرعية. إن التعامل مع وحدات OLTC والوحدات غير المزودة بـ OLTC بوصفها متكافئة وظيفيًا في تحليل الغازات يتجاهل فيزياء أنماط أعطالها المتميزة، ويخاطر بكل من التدخل المبكر والإغفال الخطير.