توزيع المجال الكهربائي وحالة العزل لصمام محولات UHVDC

يؤثر تركيب كاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة على توزيع المجال الكهربائي لصمام محول بقوة (800) كيلوفولت، لذلك تم القيام ببناء نموذج ثلاثي الأبعاد لبرج صمام محول (800±) كيلوفولت واستخدام (Ansoft Maxwell 3D Field Simulator) لدراسة توزيع المجال الكهربائي لبرج صمام محول (800±) كيلوفولت مع كاشف مستشعر دقيق كامل الرؤية في مواقع مناسبة منطقية مختلفة.

الهدف من توزيع المجال الكهربائي وحالة العزل لصمام محولات UHVDC

منذ العقود القليلة الماضية؛ زادت كثافة الطلب على الكهرباء في الصين، مما يحث شركات المرافق على بناء خطوط نقل ذات قدرة أعلى لمواكبة الطلب المتزايد على الكهرباء بكفاءة، بحيث تتمتع خطوط النقل (HVDC) بقدرة عالية على نقل الطاقة الكهربائية مع فقد منخفض للطاقة وخصائص نقل مستدامة أخرى مناسبة، لذلك يعد تخطيط وتنفيذ أنظمة (HVDC) موضوع بحث ساخن في الوقت الحاضر.

كما يعمل صمام المحول كمعدات حيوية لمحطة التحويل لأنظمة (HVDC)، حيث إنه عمل مناسب لضمان تشغيل شبكة الطاقة بالكامل بأمان وثبات، كذلك يمكن تقسيم برج صمام المحول إلى فئتين، وهما برج صمام مزدوج وبرج صمام متعدد، بحيث يكون الصمام أثناء تشغيله يقاوم الفولتية العالية والمجالات الكهربائية العالية، وهي المشاكل الأساسية المتعلقة بعزل النظام.

وبشكل عام ولمراقبة العزل وحالة العمل لأبراج الصمامات العاكس؛ تقوم محطة العاكس بتركيب كاميرات مراقبة، بحيث يمكن للكاميرات مراقبة حالة عمل برج صمام المحول من الخارج فقط، ومع ذلك؛ فإنه لا يمكنه الكشف مباشرة عن خصائص العمل الأخرى لوحدات الصمام، على سبيل المثال التفريغ الهالي الذي يحدث على سطح وحدات الصمام، أو ارتفاع درجة حرارة مراوح التبريد أو تسرب المياه.

لذلك إذا تعذر ملاحظة هذه المشكلات في الوقت المناسب؛ فستحدث كارثة في برج صمام المحول أثناء تشغيله، حيث أصبحت الأسئلة حول كيفية اكتشاف حالة عمل وحدات الصمامات ومنع الكارثة المميتة وتجنب المخاطر الناجمة عن ارتفاع درجة حرارة الأجزاء المهمة من وحدة الصمام وتسرب أنابيب المياه، كما يعد ذلك أمراً ضرورياً لباحثي (HVDC) لإعطاء حكم تحليلي لصمامات المحول الكهربائي.

الكشف عن آلية عمل وحدات الصمام لمحولات (UHVDC)

من أجل الكشف عن حالة عمل وحدات الصمام، مثل تفريغ الهالة على سطح المعدن وتسرب مياه التبريد والسخونة الزائدة الموضعية على سطح مكون الصمام وما إلى ذلك، لذلك تم القيام بتركيب أجهزة استشعار دقيقة كاملة الرؤية في كل طبقة من مكونات الصمام، بحيث يجب أن يكون الكاشف صغيراً وخفيفاً بحيث يمكن توصيله بكل طبقة من مكونات الصمام.

وبشكل عام تعمل صمامات المحول في حالة الجهد العالي، كما ويمكن أن ينتج عن الفتح والإغلاق المستمر لصمام المحول بيئة كهرومغناطيسية قوية، بحيث تمثل هذه الفولتية العالية والبيئة الكهرومغناطيسية القوية التحديات الرئيسية لتركيب أجهزة الكشف ذات المستشعرات الدقيقة ذات الرؤية الكاملة، كما أن هناك بعض الأسئلة التي يجب الإجابة عليها مثل كيف سيؤثر كاشف المستشعر الدقيق ذو الرؤية الكاملة المثبت في المواقع المقترحة على توزيع المجال الكهربائي وحالة العزل لبرج الصمام.

ويبقى السؤال بأنه كيف نضمن تشغيله بأمان وبشكل صحيح، حيث تم الإبلاغ عن هذه الأسئلة في الدراسات والعديد من تقارير مشاريع (HVDC) ولم يتم الرد عليها بشكل كامل، وللإجابة على الأسئلة المذكورة أعلاه؛ تقترح هذه الدراسة مخططاً لتثبيت أجهزة الكشف عن أجهزة الاستشعار الدقيقة ذات الرؤية الكاملة في طبقات مكونات الصمام.

تحليل محول صمام وحالة المحاكاة بقدرة 800 ± كيلو فولت

يعتبر نموذج ثلاثي الأبعاد لبرج صمام محول (± 800) كيلوفولت وكاشف مستشعر دقيق كامل الرؤية في هذا القسم، كما تم تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد لبرج صمام محول ( 800±) كيلو فولت لنظام (UHVDC)، بحيث تم تصميم النموذج ثلاثي الأبعاد بواسطة (Xuji Group Corporation)، أيضاً يوضح الشكل التالي (1) النظام الكهربائي لمشروع (800kV/ UHVDC±).

كذلك تشتمل كل من قاعة الصمامات ذات الجهد العالي وقاعة الصمامات ذات الجهد المنخفض، في محطة أحادية القطب، وخاصةً على محول (12) نبضة يتكون من محولين (6) نبضات على التوالي، وفي قاعة صمام واحد تشكل (6) أبراج صمامات محول (12) نبضة، بحيث يعتمد مشروع (UHVDC ± 800kV) هذا على خطوط نقل ثنائية القطب (إيجابية وسلبية).

كما يظهر النموذج ثلاثي الأبعاد لبرج صمام محول ( 800±) كيلوفولت في الشكل السابق (1)، بحيث يتكون برج الصمام هذا من وحدتي صمام، كذلك كل وحدة صمام تتكون من (6) مكونات صمام، ووفقاً لموضع كل وحدة صمام؛ فإنه يتم وضع مانع.

كما يتم تعليق برج الصمام أسفل قاعة الصمام بواسطة العوازل، كما ويتم تركيب أنابيب المياه من أعلى إلى أسفل ويتم أيضاً  توصيل طبقتين من مكونات الصمام المتجاورة بواسطة قضيب التوصيل النحاسي، كما وتحتوي كل طبقة مكونة للصمام على (5) طبقات دروع و (3) دروع جانبية والعدد الإجمالي عدد الدروع (89).

نموذج مبسط ثلاثي الأبعاد لمكون الصمام 800 كيلو فولت

يمكن أن يراقب كاشف المستشعر الدقيق ذو الرؤية الكاملة والمركب في طبقة مكون الصمام حالة العمل للطبقة التالية من مكون الصمام، ونظرياً يمكننا تثبيت (4) أجهزة كشف حساسة دقيقة كاملة الرؤية في كل طبقة مكونة للصمام (3946 مم × 830 مم × 359 مم) لتغطية منطقة المراقبة للطبقة التالية من مكون الصمام المواقع المركبة المقترحة ستكون:

• الجزء السفلي من اللوحة العازلة.

• (GPO-3) على جانبي دعامة شعاع الألمنيوم.

• العارضة الفولاذية على الدرع العلوي.

كما هو موضح في الشكل التالي (2-a)، وبالنسبة لمكون الصمام العلوي؛ فإنه يمكن تثبيت كاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة في العارضة الفولاذية على الدرع العلوي ،كما يتم عرض مواقع التثبيت المقترحة في الشكل (2) مادة جميع المكونات المعدنية هي الألومنيوم وموصليته (3.8 × 107S / م) وثابت العزل الكهربائي وثابت العزل للوحة العازلة نوع (GPO-3).

بالنسبة إلى شروط حساب المجال الكهربائي ضمن صمام محولات (UHVDC)؛ فإنه يتم استخدام تقنية (FEM) (طريقة العناصر المحدودة) لحل المجال الكهربائي، ومن أجل المحاكاة تم اختيار إثارة الجهد ونظام توليد شبكة رباعي السطوح، كما يمكن أن يؤثر حجم الشبكة على نتيجة حساب المجال الكهربائي بشكل مباشر، لذلك إذا كان حجم عنصر الشبكة الكهربائية صغيراً جداً؛ فسيحتاج إلى الكثير من الوقت والموارد الحسابية أو ربما لا يحتاج إلى تغطية للرغبة في العزلة.

وفي النهاية يكون الغرض من هذا العمل هو دراسة تكنولوجيا المراقبة لصمام المحول وتوزيع المجال الكهربائي لكاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة والمركب في مكون الصمام (800) كيلوفولت، بحيث يمكن تلخيص نتائج هذا البحث على النحو التالي:

• تم بناء النموذج ثلاثي الأبعاد لبرج صمام محول (800 ±) كيلوفولت، بحيث تمت دراسة توزيع المجال الكهربائي لمكون الصمام (11) ومكون الصمام (12) والعارضة الفولاذية بعد تركيب كاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة.

• بعد تثبيت كاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة، كما يزداد المجال الكهربائي الأقصى لمكونات الصمام والعارضة الفولاذية بشكل طفيف عن ذي قبل ولكنه لا يزال أقل بكثير من (3) كيلو فولت/ مم، مما أدى زرع كاشف المستشعر الدقيق ذي الرؤية الكاملة إلى تشويه المجال الكهربائي حول الجسم.