تحليل خصائص عمل الصمامات المتسربة والتحكم في التشغيل ونقاط التحكم الرئيسية

بصفته الجهاز الأساسي لعزل الأعطال في شبكات التوزيع، يلعب عمل الصمامات المتساقطة الموثوق دورًا حاسمًا في الحماية الانتقائية لنظام الطاقة. تُجري هذه المقالة تحليلًا احترافيًا من ثلاثة أبعاد: آلية العمل، والمعلمات الرئيسية، والتحكم التشغيلي.

1. آلية عمل السقوط وتوازن الطاقة
شروط إطلاق العمل
عندما يصل تيار العطل إلى 1.3-2.1 ضعف التيار المُصنّع للصمام، يمر المصهور بمرحلة انتقال طوري وانصهار تحت تأثير تسخين جول. عند هذه النقطة، يتشكل قوس كهربائي داخل أنبوب الانصهار، وتُسخّن المادة المُنتجة للغاز وتُحلّل لإنتاج غاز عالي الضغط، مما يُشكّل تدرج ضغط نفخ قوسي طولي. عندما يصل الضغط الداخلي لأنبوب الانصهار إلى القيمة الحرجة التي تتراوح بين 0.25-0.4 ميجا باسكال، تعمل آلية تحرير أنبوب الانصهار، ويُكمل التلامس المتحرك عملية فصل السقوط تحت التأثير المُشترك للجاذبية وتخزين طاقة الزنبرك.

خصائص زمن العمل
تتضمن عملية السقوط الكاملة أربع مراحل: زمن ذوبان الانصهار (t1)، وزمن بدء القوس (t2)، وزمن استعادة الوسيط (t3)، وزمن الفصل الميكانيكي (t4). وفقًا للمعيار IEC 60282، يجب التحكم في زمن الفتح/الإغلاق الكامل لفتيل التسرب 10 كيلو فولت ضمن نطاق 50-150 مللي ثانية. تتأثر المرحلة t3 بشكل كبير بأداء وسط إطفاء القوس، كما أن سرعة استعادة الوسيط باستخدام أنبوب إطفاء قوس بورات الأمونيوم أسرع بنسبة 40% من سرعة رمل الكوارتز التقليدي.

2. التحكم في معلمات العمل الرئيسية
ضبط زاوية الإغلاق
يؤثر انحراف زاوية إغلاق نقطة التلامس المتحركة بشكل مباشر على موثوقية الفصل. عندما تتجاوز زاوية ميل التركيب 3 درجات، ينخفض ​​ضغط نقطة التلامس بنسبة 28%-35%، مما قد يؤدي إلى انخفاض غير كامل في الطور. يُنصح باستخدام جهاز تحديد المواقع بالليزر للمعايرة لضمان أن يكون الانحراف الرأسي لخط مركز التلامس ≤ 1.5 مم/م.

تحسين تخزين طاقة الزنبرك

يجب الحفاظ على الضغط المسبق لزنبرك التحرير ضمن نطاق 80-120 نيوتن متر. عندما ينخفض ​​معامل صلابة الزنبرك K إلى 85% من قيمته الأولية، يجب استبداله فورًا، وإلا فقد يتسبب ذلك في تجاوز زمن بقاء أنبوب الصهر الحد الأقصى البالغ 200 مللي ثانية المحدد في DL/T 640. تُظهر بيانات القياس الفعلية لمحطة فرعية بجهد 110 كيلو فولت أن تأخير العمل الناتج عن إجهاد الزنبرك يُمثل 23% من إجمالي عدد الأعطال.

3. تحليل ظاهرة السقوط غير الطبيعي

هبوط غير كامل في الطور

يحدث غالبًا في هياكل الترتيب الأفقي ثلاثية الطور، وعندما يبدأ الطور B بالعمل، فإن انتشار الغاز الناتج عنه سيؤثر على توزيع الضغط في غرف إطفاء قوس الطور المجاورة. أظهرت التجارب أنه عندما تكون المسافة بين الأطوار أقل من 350 مم، يزداد احتمال التداخل المتقاطع بنسبة 60%. يُنصح باعتماد هيكل ترتيب مثلثي لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي بين الأطوار إلى أقل من 12%.

السقوط المتأخر

السبب الرئيسي هو الرطوبة في وسط الإطفاء. عندما يتجاوز محتوى الرطوبة 0.3%، تنخفض قوة استعادة الوسط بنسبة 50%-60%، مما يؤدي إلى زيادة في عدد مرات إعادة اشتعال القوس. يمكن أن يؤدي استخدام معالجة التجفيف بالتفريغ (50 درجة مئوية/24 ساعة) إلى استعادة محتوى الرطوبة في الوسط إلى الحد الآمن البالغ 0.1%.

السقوط الناتج عن الاصطدام

قد يؤدي ارتفاع مفاجئ في التيار عند إغلاق الخط إلى حدوث خلل في التشغيل. عندما تزيد مدة الارتفاع المفاجئ عن 15 مللي ثانية وتكون السعة أكبر من 80% من التيار المقنن للصمام، يلزم تركيب مفاعل حد التيار التسلسلي. تم اختبار تركيب مفاعل 7 مللي هيرتز، حيث يُمكّن من كبح تيار الاندفاع بنسبة 72% من النطاق الآمن.

4. الإجراءات الفنية للتحكم في التشغيل
نظام مراقبة ذكي
ركّب مستشعرات ضغط ومقاييس تسارع لمراقبة تغيرات الضغط داخل أنبوب الصهر (معدل أخذ العينات ≥ 1 كيلو هرتز) وسرعة فصل التلامس (دقة 0.01 متر/ثانية) في الوقت الفعلي. عند اكتشاف تقلبات غير طبيعية في ذروة الضغط تتجاوز ± 15%، يُصدر النظام إشارة تحذير تلقائيًا.

التحقق من اختبار الحالة الكاملة
أنشئ تسلسل اختبار يتكون من خمسة أعطال نموذجية: انقطاع مُصنّف (6.3 كيلو أمبير)، تيار منخفض (1.2 كيلو أمبير)، تيار سعوي (0.5 كيلو أمبير)، إعادة إغلاق متعددة (3 مرات)، وظروف تشغيل منخفضة الحرارة (-30 درجة مئوية). تحقق من استقرار العملية من خلال 20 تجربة متتالية، بنسبة نجاح ≥ 98%.

‍‌​‌‌‌‍ ... معايرة المعلمات الديناميكية
أنشئ نموذج تعويض للمعلمات البيئية يضبط تلقائيًا عتبة العمل بناءً على تغيرات درجة الحرارة والرطوبة. مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية، يقل زمن ذوبان المصهر بنسبة 8% إلى 12%،يجب التحكم في انحراف الزمن ضمن ± 5% من خلال خوارزميات التعويض.

5. الخلاصة

من خلال التحكم الدقيق في معلمات الحركة، وتعزيز مراقبة الحالة، وتحسين نظام الاختبار، يمكن لشركة Enbime زيادة موثوقية حركة الصمامات المتسربة إلى أكثر من 99.7%.