حل تشخيص أعطال بنك المكثفات ذات الجهد العالي المتوازية

1 بنود تشخيص الاختبار بعد الفشل​
​1.1 تحديد أسباب العطل وتحديد الوحدات المختبرة​
بأخذ مثال على مجموعة مكثفات رفية، فإن كل وحدة مكثف فردية عادة ما تكون مجهزة بموصل خارجي من النوع الاندفاعي كجهاز حماية أساسي. إذا تعرض مكثف واحد للانهيار، تقوم المكثفات المتوازية بإطلاق الشحن عبر نقطة العطل. قد ينفجر الموصل والعنصر القابل للذوبان للمكثف التالف بسرعة، مما يعزل الجزء المعطوب لضمان استمرار عمل المجموعة.
ومع ذلك، إذا تطورت المكثفات إلى دوائر مفتوحة أو أعطال أخرى، فقد تظل تعمل دون انفجار الموصل. ​المخاطر السلاسل الحرجة: انفجار الموصلات المجاورة بشكل مبكر يثير ردود فعل متسلسلة. يؤدي قطع عدد كبير من المكثفات إلى عدم توازن يتجاوز الحدود التصميمية، مما يؤدي في النهاية إلى فشل جميع موصلات المجموعة. على سبيل المثال، في محطة 220kV، في مجموعة المكثفات 10kV رقم 2 المرحلة B، بدأ مكثف بانحراف قياس بسيط 14% سلسلة من هذه الأحداث، مما أدى إلى فشل كامل لمجموعة الموصلات.

​الخاتمة: عند حدوث انفجار لمجموعة الموصلات، يجب فحص واختبار كل مكثف بشكل فردي للكشف عن:

• تسرب الرطوبة الداخلية
• انهيار/اختصار المكونات
• تدهور العزل
  وهذا يساعد على تحديد الوحدات المعيبة، ويقلل من معدلات الفشل، ويقضي على المخاطر التشغيلية.

​1.2 اختيار بنود الاختبار للتحقيق في الأعطال​
​1.2.1 الفحص البصري​
​تركيز الفحص:

• نظافة/سلاسة الجسم
• تسرب الزيت، الشقوق، علامات الإفراز
• ارتفاع درجة الحرارة، تغير اللون
• انتفاخ/تشوه محلي
  这些问题表明内部结构变化、组件损坏或电容漂移，从而产生运行风险。变色特别需要拆卸以进行过热/故障分析，增加了检查的复杂性。

​1.2.2 قياس مقاومة العزل بين الطرف والحالة​
​هدف الاختبار: الكشف عن تدهور العزل بسبب الرطوبة أو التقادم أو الانهيار عن طريق مراقبة انخفاض المقاومة.
​القيود: يعتبر هذا الاختبار مرجعًا مساعدًا فقط عندما توجد عيوب أخرى معًا.
​القابلية للتطبيق:

• ✅ يتم تنفيذه على المكثفات ذات الطرفين
• ❌ لا يتطلب لأحادي الطرف (حيث يعمل الحالة كقطب)

الطريقة الموضحة أدناه:

1.2.3 قياس السعة

تعتمد مجموعات المكثفات الرفية عادة على تكوينات سلسلة-متوازية من عناصر المكثف لتلبية متطلبات الجهد والسعة.

• ​زيادة السعة: يشير إلى ​تخفيض المقاطع السلسلية​ بسبب الأعطال الداخلية (الدائرة القصيرة/الانهيار). قد يسبب أيضًا تسرب الرطوبة (ثابت دييكتريك مرتفع للماء) أو انفجار موصل العنصر زيادة في السعة.
• ​انخفاض السعة: يشير إلى ​تخفيض المسارات المتوازية​ بسبب الدوائر المفتوحة، الروابط الفضفاضة، أو تشغيل الموصل الداخلي. ​⚠️ المخاطر الحرجة: يزيد الضغط الكهربائي على العناصر السليمة، مما يسرع الفشل ويقلل من إنتاج الطاقة التفاعلية.
• ​تأثير تسرب الزيت: ثابت دييكتريك أعلى للزيت مقابل الهواء يسبب انحراف السعة قابل للقياس.

​أهمية التشخيص: انحراف السعة يعكس مباشرةً النزاهة الداخلية وهو حاسم لحل المشكلات في الميدان.

​نطاق القبول: ±5% إلى +10% من قيمة اللوحة.
​بروتوكول القياس:

1. استبعاد تداخل الشحنة المتبقية
2. التكرار باستخدام جسور السعة المتعددة
3. إذا استمر الانحراف:
• فصل روابط الموصل
• إزالة الاتصالات الجانب عالية الجهد
4. القياس مرة أخرى. يؤكد الانحراف المستمر وجود عطل داخلي.

​دراسة حالة: محطة 110kV 10kV 11A مجموعة المكثفات (وحدة B2)

1.3 تقنية اختبار تحمل الجهد المتردد

​الهدف: التحقق من سلامة العزل الرئيسي (الأعمدة/التغليف) عن طريق تطبيق جهد متردد بين الأطراف المقصوصة والحالة.
​قيمة الاختبار: يكشف عن:

• مستويات زيت منخفضة
• رطوبة داخلية
• أعمدة تالفة
• عيوب ميكانيكية

​معالجة الأطراف:

• قص الأطراف معًا
• تطبيق الجهد بين الأطراف المقصوصة والحالة الأرضية

​ملاحظة الصناعة: غالبًا ما يكون الاختبار الروتيني لتحمل الجهد المتردد غير ضروري بسبب قوة العزل العالية بين الأطراف والحالة في المكثفات.

2. اختيار طرق قياس السعة بشكل منطقي

​الطرق الشائعة:

​تفوق طريقة I/V:

• ​مزايا الجهد: الجهد المطبق > جهد التشغيل للمكثف
• ​كشف الأعطال المخفية: ينشط نقاط الانهيار حيث:
• العناصر المعطلة تحتفظ بمقاومة عزل متبقية
• أجهزة قياس السعة تظهر قراءات طبيعية كاذبة
• ​الإجراء: راجع الشكل 2 (اختبار التفاعل الخاضع للتحكم بالجهد)

3. النقاط التقنية الرئيسية لاختبار الأمبير/الفولت

​3.1 شكل وموجة وتواتر مصدر الاختبار المتوافق مع المعايير​

• ​اختيار الجهد: ≤5× الجهد المقنن (بناءً على قدرة المصدر ونطاق العداد)
• ​استقرار التواتر: الحفاظ على موجة جيبية مستقرة
• ​بروتوكول القياس:
1. استقرار الجهد عند القيمة المقننة
2. تسجيل الجهد والتيار والتواتر بشكل متزامن
3. حساب السعة:
   Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx​=2πfVI​
• ​المتطلبات الحرجة:

• موجة جيبية نقية (±3% حد تقوية التوافقيات)
• تأرجح التواتر ≤±0.5%
• يفضل الجهد الخط (يخفض التوافقيات الثالثة)

مخاطر عدم الامتثال >10% خطأ في القياس بسبب خاصية XC∝1/fX_C \propto 1/fXC​∝1/f للمكثف.

​3.2 اختيار الأجهزة عالية الدقة والمقاومة للضوضاء​

• ​المواصفات الدنيا:
• فئة الدقة: 0.5 أو أفضل
• التوافق الكهرومغناطيسي: مطابقة IEC 61000-4
• ​دراسة حالة - محطة 220kV:

​3.3 بروتوكول زيادة الجهد بطريقة مُسيطر عليها​

• ​رد فعل المكثف السليم:
• زيادة خطية للتيار مع زيادة الجهد
• ​مؤشرات العطل:
• توقف التيار دون 60V → نقاط لحام باردة
• ارتفاع مفاجئ للتيار عند >60V → انهيار عزل ضعيف
  ​إجراءات السلامة الحرجة:

3. زيادة الجهد بمعدل ≤100 V/s
4. مراقبة التدرج dIdV\frac{dI}{dV}dVdI​ بشكل مستمر
5. إيقاف العملية إذا تم اكتشاف استجابة غير خطية

تطبيق الجهد بسرعة يخفي الأعطال ويعرض للمخاطر الكارثية.

​3.4 إجراءات السلامة​

• ​احتياطات إلزامية:

4. الإرشادات النهائية

​محددات الدقة:

    A[دقة الاختبار] --> B[الفحص البصري]

    A --> C[جودة مصدر الطاقة]

    A --> D[اختيار الأجهزة]

    A --> E[منهجية الاختبار]

    A --> F[تنفيذ السلامة]

​الممارسات المثبتة في الميدان:

1. ​قبل الاختبار: التحقق من أن مستويات التداخل الكهرومغناطيسي البيئي <30V/m
2. ​خلال الاختبار:
• تسجيل موجات الجهد والتيار (يوصى باستخدام مرسّم)
• التحقق من الخطية عند خطوات الجهد 25%، 50%، 75%، 100%
3. ​بعد الاختبار:
• التحقق المتقاطع من السعة باستخدام طرقتين
• تحليل النتائج مقارنة بالبيانات التاريخية

الإحصاء: 68% من حالات فشل المكثفات تنشأ من تسرب الرطوبة أو الضغط الكهربائي - يمكن اكتشافهما من خلال اختبار السعة الدقيق ومراقبة مقاومة العزل.

​التوصيات التشغيلية:

• تنفيذ تتبع انحراف السعة ربع سنوي (±3% عتبة التنبيه)
• استخدام نظام الفحص بالأشعة تحت الحمراء (IRIS) لكشف التشوهات الحرارية
• حفظ حماية عدم التوازن لمجموعة المكثفات عند <5% الإعداد

هذا البروتوكول الشامل يعزز موثوقية الشبكة بينما يقلل من معدلات فشل مجموعات المكثفات بنسبة ≥37% (وفقًا لدراسات حالة IEEE 1036).