كيفية دراسة الخطأ التشوهي في لف المحولات

الهدف من دراسة الخطأ التشوهي أثناء لف المحولات الكهربائية

مع تطور الشبكة الذكية، تم طرح متطلبات أعلى لموثوقية التشغيل وتقنية مراقبة الحالة للمحولات الكهربائية، وكما تشير الأبحاث إلى أن لف المحول سيكوّن تشوهاً شديداً بسبب التأثيرات المتعددة لتيار الدائرة القصيرة، كما سيتم تقليل مستوى العزل للمحول، مما سيؤدي في النهاية إلى “احتراق المعدات وانفجار المحول وانقطاع التيار الكهربائي في المحطات الفرعية وغيرها من حوادث الطاقة الشديدة.

لذلك، يقوم العديد من المختصين بحساب السعة والتوزيع المميز للقوة الكهرومغناطيسية في المحول تحت حالة تيار الدائرة القصيرة ودراسة تأثير تأثيرات تيار الدائرة القصيرة على آلية التشوه والقوة الميكانيكية لف المحولات.

ووفقاً لبحث آلية تشوه اللف؛ فإن “الحالة التشوهية” للملف تتضمن حالة ارتخاء وخطأ تشوهي، كما أن الخطأ التشوهي للملف ليس آنياً؛ بل هو عملية تدهور تدريجي، وقبل حدوث خطأ تشوهي شديد في اللف؛ سيكون هناك خطأ كامن مبكر، وهو حالة التفكك المتعرجة، وعلى الرغم من عدم حدوث خطأ تشوه في اللف في هذه المرحلة، إلا أن قوة الانضغاط قد خففت بشكل واضح وانخفضت القدرة على مقاومة تأثيرات تيار الدائرة القصيرة بشكل كبير.

حيث سيؤدي إلى حدوث خطأ تشوه شديد في ظل فترة طويلة من التشغيل، لذلك هناك حاجة ماسة إلى طريقة مراقبة الحالة الخفية المبكرة “للأعطال التشوهية” الشديدة للملف، وذلك من أجل السيطرة على حالة التشغيل للملف في دورة الحياة بأكملها وتجنب الخطأ المفاجئ للمحول وتحسين دقة مراقبة المحولات وكفاءة الصيانة نظام التشغيل.

آلية مراقبة الحالة التشوهية لملفات المحولات الكهربائية

في مجال مراقبة الحالة التشوهية لملف المحولات، يتم قبول الطرق التقليدية مثل استجابة التردد الكهربائي ونبض الجهد المنخفض ومفاعلة الدائرة القصيرة بشكل عام من قبل أقسام التشغيل في نظام الطاقة؛ فإنه تم استخدام طريقة “استجابة التردد” والجهد المنخفض على نطاق واسع في صناعة الطاقة، ويتم اختبارها بشكل أساسي بعد تشغيل المحول في التطبيق الفعلي.

وعلى الرغم من أنه يمكن استخدام طريقة مفاعلة الدائرة القصيرة لمراقبة تشوه الملف على الشبكة الكهربائية، إلا أنها لا تستطيع تشخيص الخطأ الكامن المبكر للحالة المتراخية المتعرجة، وفي الآونة الأخيرة؛ فقد أصبحت طريقة مراقبة الحالة القائمة على معلومات الاهتزاز أحد اتجاهات البحث في مجال مراقبة لف المحولات، كما تم تأسيس النموذج الديناميكي لملف المحولات على أساس طريقة العناصر المحدودة.

كما تم حساب توزيع “المجال المغناطيسي” والقوة الكهرومغناطيسية المحورية للملفات في حالة قصر الدائرة ودرس تأثير قوة الضغط على اهتزاز اللف، وتم إنشاء نموذج تحليل التشغيل لشكل لف المحولات وتم الحصول على إشارة الاهتزاز تحت “الإثارة العشوائية”، وذلك بهدف الحصول على نموذج أولي للمحول، كما تمت دراسة قاعدة التغيير للوضع الطبيعي بعد تشوه الملف.

حيث تم بناء النموذج الديناميكي الكهربائي والميكانيكي لملفات المحولات وطرح “معيار ليبشيتز” لمراقبة أخطاء اللفات بناءً على تغيير قاعدة الاهتزاز، كما وتم تشخيص “الخطأ التشوهي” لنموذج أولي عن طريق اختبار وتحليل التيار والاهتزاز خصائص إشارة المحولات الكهربائية.

لذلك تعتبر طريقة مقاومة الدائرة القصيرة المحول بمثابة شبكة دائرة، وتحديد الخطأ الناتج من خلال تحليل التغييرات في معلمات الدائرة المقابلة لهيكل اللف، لكنها لا تستطيع تشخيص حالة التراجع المتعرجة الناتجة عن قوة الضغط المخففة، كما تعتبر طريقة مراقبة معلومات الاهتزاز الملفات كنموذج حركي ميكانيكي.

ومن خلال مراقبة إشارة الاهتزاز؛ فإنه يمكن تشخيص تغيرات المعلمات مثل قوة الضغط والقوة الكهرومغناطيسية، ومع ذلك وبغض النظر عن حالة الارتخاء في الملف أو حدوث خطأ تشوه؛ سيتم تغيير قوة الانضغاط، لذلك لا تزال هناك حاجة إلى مزيد من البحث للتمييز بين حالة الارتخاء الكامن و”الخطأ التشوهي” للملف بواسطة معلومات الاهتزاز.

النموذج النظري لملف الحالة التشوهيه المتعرجة

في هذا الموضوع تم أخذ المحول (S11-M-500/35) ككائن بحث، بحيث تظهر المعطيات الرئيسية لنموذج المحولات من خلال إنشاء وحل المعادلات الرياضية ونموذج المحاكاة للعلاقة بين الحالة التشوهية المتعرجة مع معلومات الاهتزاز والمفاعلة، ومبدأ الارتباط بين حالة تشوه الملف مع معلومات الاهتزاز والمفاعلة، كذلك يظهر نموذج محاكاة لف المحولات في الشكل التالي (1).

نموذج رياضي وحل لف فضفاضة مع معلومات الاهتزاز

سيولد التيار المار عبر لف المحول إشارة اهتزاز دورية في مجال التسرب المغناطيسي، والتي سيتم نقلها إلى جدار الصندوق من خلال توصيل وسط تبريد سائل وصلب، وفقاً للخصائص الهيكلية لملفات المحولات، كما تم إنشاء النموذج الحركي الميكانيكي للملف، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (2) مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الدائرة والمجال المغناطيسي وبنية الملف ومعامل صلابة العزل والتخميد العازل والمعادلة الرياضية المكافئة لـ يمكن اشتقاق حركة اللف على النحو التالي:

حيث:

(Fi): هي القوة الكهرومغناطيسية المحورية التي يتلقاها الملف على طول اتجاه ارتفاع تفاعل اللف.

(I): تيار في كل مرحلة متعرجة.

(k): هو معامل القوة الكهرومغناطيسية المستلمة بواسطة الملف بما يتناسب مع التيار.

(K1 ، K2): هما الصلابة المكافئة معامل المادة العازلة في ملفي الطرفين بالقرب من مشبك نير لب الحديد.

(C): هي معطيات التخميد لـ وسط التبريد بين اللفات.

(B): هو مكون الكثافة المغناطيسية على طول الاتجاه الشعاعي للملف.

(S): هو إزاحة اهتزاز الملف على طول الاتجاه المحوري لارتفاع مفاعلة اللف، (I) هو إجمالي القوة الكهربائية المطبقة على الملف على طول المحور ارتفاع التفاعل.

(M): هي الكتلة الكلية للملف.

النموذج الرياضي وحل اللف التشوهي بمعلومات المفاعلة

تعتبر مفاعلة الدائرة القصيرة لمحولات الطاقة مؤشراً مهماً لتمثيل “الخطأ التشوهي” للملفات، حيث أن المبدأ هو أن كلا من محاثة التسرب ومفاعلة الدائرة القصيرة للمحولات تتأثر بالمعلمات التشوهية مثل الحجم وموضع الفضاء والمسافة البينية للملفات، كما تم إنشاء النموذج الرياضي لحساب مفاعلة الدائرة القصيرة بطريقة طاقة المجال المغناطيسي.

حيث:

(μ0): هي نفاذية الفضاء الحر.

(Xk): هي مفاعلة ماس كهربائي.

(Lk): هي محاثة التسرب.

(B): هي كثافة التدفق.

(H): هي شدة المجال المغناطيسي.

(f): هو التردد الحالي.

كما يستهدف ذلك المحولات متحدة المركز، ويظهر هيكل اللف في الشكل التالي حيث (L1) و (L2) عبارة عن سُمك للملف الثانوي والابتدائي، (L3) هي “سماكة الفجوة” بين “الملف الثانوي” و”الملف الأولي”، (r1) هي المسافة من محور اللف الثانوي إلى النواة، (r2) هي المسافة من محور اللف الأساسي إلى اللب و (r3) هي المسافة من محور الفجوة للملف الثانوي والابتدائي إلى القلب، (l) هو ارتفاع الملف.

كما يتم تقديم معامل ارتفاع التفاعل المكافئ لملف المحولات على النحو التالي:

ولحساب مفاعلة الدائرة القصيرة؛ فإنه يتم تقسيم مساحة اللف المتكاملة إلى ثلاثة أقسام، وذلك وفقاً لمبدأ التكامل المكافئ للتماثل المحوري، كما يتم حساب طاقة المجال المغناطيسي بالتكامل على طول الاتجاه المحيطي لأسطوانة اللف في طول الوحدة.