أداء تبديد الحرارة: «الشريان الحيوي» للمحولات المغمورة في الزيت

أهمية أداء تبديد الحرارة لـ محولات مملوءة بالزيت يتجلى ذلك بشكل رئيسي في تأثيره المباشر على عمر التشغيل وسلامة المحول الكهربائي. ويتحدد عمر المحول إلى حد كبير بدرجة تقدم نظام العزل الزيتي-الورقي، حيث يُعَدُّ التقدم الحراري العامل الأهم المسبب لتدهور العزل. ففي كل فترة زمنية يعمل فيها مادة العزل فوق درجة الحرارة المصممة لها، تزداد سرعة التقدم بشكل أسي. ولذلك، فإن التبريد الفعّال يُمكِن من التحكم بكفاءة في درجة حرارة النقاط الساخنة في الملفات — وهي مؤشّرٌ جوهريٌّ لتقييم حالة تشغيل المحول وطول عمره الباقي.

إذا كانت تبديد الحرارة ضعيفًا وارتفعت درجة الحرارة الداخلية بشكلٍ كبير، فلن يؤدي ذلك فقط إلى تسريع تدهور زيت العزل والمواد العازلة الصلبة، مما يقلل من أداء العزل، بل وقد يتسبب أيضًا في أعطال المعدات، بل ويؤثر حتى على استقرار تشغيل شبكة الكهرباء بأكملها. ويمكن القول إن تبديد الحرارة الجيد يُعَدُّ شرطًا أساسيًّا لضمان تشغيل المحول بأمان واستقرار تحت الحمل المقنن، وللوصول إلى عمره التصميمي (والذي يبلغ عادةً ٣٠ عامًا أو أكثر).

العوامل الرئيسية المؤثرة في تبديد الحرارة لـ المحولات المغمورة بالزيت

كفاءة تبديد الحرارة في المحولات التوزيعية المغمورة بالزيت هي في جوهرها نتيجة تضافر حركة دوران الزيت والحمل الحراري الهوائي. ويمكن تحليل العوامل الأساسية المؤثرة في هذه العملية من جانبين رئيسيين: حالة تدفق الزيت الداخلية وظروف التبريد الخارجية.

1. تدفق الزيت الداخلي والتوصيف البنائي يشكّلان الأساس الذي يقوم عليه تبديد الحرارة.

أثناء تشغيل المحول، تنتقل الحرارة الناتجة عن اللفات والقلب إلى مُبدِّد الحرارة عبر الحمل الطبيعي أو الإجباري للزيت العازل. وقد أظهرت الدراسات أن سرعة تدفق الزيت تؤثر تأثيرًا كبيرًا على ارتفاع درجة الحرارة: فعندما تزداد سرعة تدفق الزيت من ٠٫٠٥ م/ث إلى ٠٫٢٠ م/ث، يمكن خفض أقصى درجة حرارة للقلب بمقدار ١١٫٦٢ كلفن. كما أن هيكل قناة الزيت الداخلية يكتسب أهمية بالغة؛ إذ إن توسيع القنوات الأفقية للزيت أو تحديد ألواح عزل الزيت بشكل مناسب يمكن أن يحسّن بفعالية حركة الزيت في المناطق التي يتباطأ فيها التدفق، مما يؤدي إلى خفض متوسط درجة حرارة اللفات.

2. وتتحدد كفاءة تبديد الحرارة طبقًا لطريقة التبريد الخارجية والظروف البيئية.

تُصنَّف طرق التبريد وفقًا لكفاءتها على النحو التالي: التبريد الذاتي بالزيت (ONAN)، والتبريد بالهواء للزيت (ONAF)، والتبريد بالهواء مع تدوير إجباري للزيت (OFAF). ويمكن أن يحسِّن التبريد بالهواء تأثير تبديد الحرارة بنسبة تتراوح بين ١٥٠٪ و٢٠٠٪ مقارنةً بالتبريد الذاتي. علاوةً على ذلك، فكلما ارتفعت درجة حرارة البيئة، قلَّ فرق درجة الحرارة في عملية تبديد الحرارة، وازداد سوء الأداء. كما أن التصاميم المبتكرة تواصل باستمرار كسر القيود التقليدية، مثل إضافة هياكل بارزة على جدار خزان الزيت لاضطراب الطبقة الحدية الحرارية، مما يقلل من درجة حرارة النقاط الساخنة بمقدار ١٠,٦ كلفن.

وفي الختام، فإن تحسين أداء تبديد الحرارة في المحول يتطلب نهجًا منسقًا يشمل هيكل قناة الزيت الداخلية، واختيار طريقة التبريد، وتقنيات تبادل الحرارة المُحسَّنة الجديدة، وذلك للتحكم الفعّال في ارتفاع درجة حرارة النقاط الساخنة وتبطيء شيخوخة العزل.

كيف يتم تحديد أداء تبريد المحول؟

لتقييم ما إذا كانت أداء التبريد تفي بالمعايير، هناك مجموعة من الطرق التي تتراوح بين التحقق القياسي والرصد عبر الإنترنت:

1. اختبار ارتفاع درجة الحرارة القياسي (قبل التصنيع وقبل التشغيل):

وهذا هو المعيار الأساسي للتقييم. وفقًا للمعايير الوطنية، يتم محاكاة الحمل المُصنَّف وقياس ارتفاع درجة حرارة كل جزء من المحول (أي الفرق بين درجة الحرارة ودرجة حرارة البيئة المحيطة)، مع التأكد من ألا يتجاوز الحد المحدد. ويركز الاختبار على رصد ارتفاع درجة حرارة زيت الجزء العلوي من المحول ودرجة حرارة النقطة الساخنة في لفات التوصيل، وهي العوامل الأساسية التي تحدد ما إذا كان تصميم نظام التبريد مؤهلاً أم لا.

2. رصد حالة التشغيل (خلال التشغيل اليومي):

وبالنسبة للمحولات العاملة، يمكن استخدام الطرق التالية للتقييم:

• رصد درجة الحرارة: يُعد رصد درجة حرارة زيت الجزء العلوي من المحول أكثر الطرق مباشرةً. أما ارتفاع درجة حرارة الزيت بشكل مستمر فهو يشير عادةً إلى انخفاض كفاءة نظام التبريد.

• تقييم كفاءة مُبدِّد الحرارة: استنادًا إلى مبدأ موازنة الطاقة، وباستخدام الخوارزميات الهندسية، يمكن استنتاج الكفاءة الفعلية الحالية لمُبدِّد الحرارة من بيانات التشغيل مثل فقدان الحمل وارتفاع درجة حرارة الزيت، وبالتالي تحديد ما إذا كانت قدرة التبريد قد تدهورت.

• كشف التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء: يسمح استخدام جهاز التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء في مسح غلاف المحول ومُبدِّدات الحرارة بتحديد المناطق التي تعاني من ارتفاع حرارة محلي أو تبريد غير متجانس بشكل مباشر.

3. اختبارات متخصصة لمؤشرات معينة:

عند الاشتباه في وجود مشكلة في التبريد، يمكن إجراء اختبارات أكثر تفصيلًا، مثل قياس مقاومة الحرارة لللفات لحساب متوسط ارتفاع درجة الحرارة في اللفات، أو تركيب مستشعرات الألياف الضوئية لقياس درجة الحرارة عند أشد النقاط حرارةً مباشرةً.

من خلال هذه الطرق النظامية لتقييم الأداء، يمكن فهم حالة التبريد الخاصة بالمحوِّل بشكل شامل، مما يسمح بالكشف الفوري عن أي مشكلات واتخاذ إجراءات الصيانة اللازمة.

شركة جيانغسو يونيتا للمعدات الكهربائية المحدودة (JSZONMA): قبل إدخال كل محوِّل في مرحلة الإنتاج، يتم تطبيق نظام شامل لفحص الجودة. ومن بين الاختبارات الأساسية الإلزامية التي تُجرى في المصنع، يبرز اختبار ارتفاع درجة الحرارة واختبار أداء العزل، وهدفهما هو التحقق بدقة من الاستقرار الحراري والسلامة الكهربائية للمنتج، مع ضمان أن يعمل كل محوِّل غاطس في الزيت بأمانٍ وموثوقيةٍ واستقرارٍ على المدى الطويل داخل الشبكة الكهربائية.