حل تحسين تقنية محول الجهد في نظام المعلومات الجغرافية: الابتكار التكنولوجي يعزز أداء العزل ودقة القياس
Ⅰ. تحليل التحديات التقنية
تواجه المحولات الكهربائية التقليدية (GIS) مشكلتين رئيسيتين في بيئات الشبكات المعقدة:
- ضعف موثوقية نظام العزل
- تسبب شوائب غاز SF₆ (الرطوبة، منتجات التحلل) تفريغات سطحية، مما يؤدي إلى تدهور العزل.
- تغير درجات الحرارة (-40°C إلى +80°C) يسبب تغيرات في كثافة الغاز، مما يقلل من الجهد الابتدائي للتفريغ الجزئي (PDIV).
- تدهور دقة القياس
- انحراف النفاذية الأساسية مع درجة الحرارة (الانحراف النموذجي: 0.05%/K).
- تغيرات تردد النظام (±2Hz) تؤدي إلى زيادة أخطاء النسبة/زاوية الطور عن الحدود المقبولة.
تشير البيانات الميدانية إلى أن الأجهزة التقليدية يمكن أن تظهر أخطاء قياس تصل إلى فئة 0.5 تحت ظروف متطرفة، بمعدل فشل سنوي يتجاوز 3%.
II. حلول تحسين تقنية أساسية
(1) تحديث نظام العزل بمواد نانو مركبة
|
وحدة تقنية |
نقاط التنفيذ |
|
مادة عزل نانو |
استخدام طلاء مركب Al₂O₃-SiO₂ النانوي (حجم الجسيمات: 50-80nm) لزيادة مقاومة تتبع السطح للراتنج الإبوكسي بنسبة ≥35%. |
|
تحسين الغاز المختلط |
تعبئة خليط SF₆/N₂ (80:20)، مما يخفض درجة حرارة التسخين إلى -45°C ويخفض خطر التسرب بنسبة 40%. |
|
تصميم ختم محسن |
هيكل الختم المزدوج بالجرس المعدني + عملية اللحام بالليزر، معدل التسرب ≤ 0.1%/سنة (معيار IEC 62271-203). |
التحقق الفني: تم اجتياز اختبار تحمل الجهد الكهربائي البالغ 150kV وتكرار 1000 دورة حرارية؛ مستوى التفريغ الجزئي ≤3pC.
(2) نظام التعويض الرقمي لجميع الظروف
A[مستشعر درجة الحرارة] --> B(معالج التعويض MCU)
C[وحدة مراقبة التردد] --> B(معالج التعويض MCU)
D[دارة أخذ العينات التناظرية-الرقمية] --> E(خوارزمية تعويض الخطأ)
B(معالج التعويض MCU) --> E(خوارزمية تعويض الخطأ)
E(خوارزمية تعويض الخطأ) --> F[مخرج قياسي فئة 0.2]
تنفيذ الخوارزمية الأساسية:
ΔUcomp=k1⋅ΔT+k2⋅Δf+k3⋅e−αt\Delta U_{comp} = k_1 \cdot \Delta T + k_2 \cdot \Delta f + k_3 \cdot e^{-\alpha t}ΔUcomp=k1⋅ΔT+k2⋅Δf+k3⋅e−αt
حيث:
- k1k_1k1 = 0.0035/°C (معامل تعويض درجة الحرارة)
- k2k_2k2 = 0.01/Hz (معامل تعويض التردد)
- k3k_3k3 = عامل تعويض التناقص بسبب التقادم
وقت الاستجابة للتصحيح الفوري <20ms؛ نطاق درجة الحرارة التشغيلية ممتد إلى -40°C ~ +85°C.
III. توقع الفوائد الكمية
|
عنصر القياس |
الحل التقليدي |
هذا الحل التقني |
درجة التحسين |
|
فئة دقة القياس |
فئة 0.5 |
فئة 0.2 |
↑150% |
|
جهد بدء التفريغ الجزئي (PDIV) |
30kV |
≥50kV |
↑66.7% |
|
عمر التصميم |
25 سنة |
>32 سنة |
↑30% |
|
تردد الفحص السنوي |
2 مرة/سنة |
1 مرة/سنة |
↓50% |
|
تكلفة الصيانة والإدارة على مدى الحياة |
$180k/وحدة |
$95k/وحدة |
↓47.2% |
IV. نتائج التحقق الفني
- بيانات الاختبار النوعي (معتمدة من طرف ثالث):
- اختبار دورة درجة الحرارة: بعد 100 دورة (-40°C ~ +85°C)، تغير خطأ النسبة < ±0.05%.
- الاستقرار طويل الأمد: بعد اختبار التقدم السريع لمدة 2000 ساعة، انحراف الخطأ ≤ 0.05 فئة.
- مشروع العرض (محطة 750kV):
لا توجد سجلات فشل بعد 18 شهرًا من التشغيل. أكبر خطأ مقيس: 0.12% (أفضل من متطلبات فئة 0.2).
V. مسار التنفيذ الهندسي
- دورة التخصيص للمعدات:
- تصميم الحل (15 يومًا) → تصنيع النموذج الأولي (30 يومًا) → اختبار النوع (45 يومًا)
- حل التحديث الميداني:
- متوافق مع واجهات غرفة الغاز GIS الموجودة (معيار الفلين IEC 60517).
- وقت الاستبدال أثناء الانقطاع ≤ 8 ساعات.
- دعم الصيانة الذكية:
- أجهزة استشعار بيئة H₂S/SO₂ المدمجة.
- يدعم الإخراج الرقمي IEC 61850-9-2LE.
