مكونات المحطة الفرعية: دليل عملي لكل جزء رئيسي يجب أن تعرفه

قف خارج سياج محطة فرعية ذات جهد متوسط أو عالي وستشاهد مجموعة من الفولاذ والبورسلين والنحاس التي تبدو معقدة للوهلة الأولى. اقضِ بضع دقائق في تعلم الغرض من كل عنصر، وسيبدأ التثبيت بأكمله في القراءة مثل الرسم التخطيطي. في عملنا على توريد المحولات والمفاعلات ومجموعات المفاتيح الكهربائية إلى المرافق والمنشآت الصناعية ومشاريع النقل ومواقع الطاقة المتجددة، شاهدنا مهندسين ذوي خبرة يسيرون في موقع جديد لأول مرة ويسمون كل مكون في غضون دقائق، وذلك ببساطة لأنهم فهموا الوظيفة الكامنة وراء كل شكل.

تقسم هذه المقالة مكونات المحطة الفرعية إلى طبقات منطقية، بدءًا من المحول الذي يقوم بتحويل الجهد إلى الأنظمة المساعدة الصغيرة التي تحافظ على كل شيء آخر على قيد الحياة. مهما كان دورك، سواء كان التصميم أو المشتريات أو العمليات أو الصيانة، فإن الهدف هو نفسه: فهم ما يفعله كل جزء، وسوف تفهم سبب تحديده بهذه الطريقة.

ما الذي من المتوقع أن تفعله المحطة الفرعية

قبل إدراج الأجهزة، من المفيد إدراج الواجبات. المحطة الفرعية هي عقدة حيث يتم تركيز العديد من الوظائف بشكل متعمد في مكان واحد:

• تحويل الجهد، تصعيد للنقل أو تنحي للتوزيع.
• تبديل أو توصيل أو عزل الدوائر في ظل الظروف العادية وظروف الخطأ.
• الحماية والكشف عن التيار أو الجهد أو التردد غير الطبيعي وإزالة الأخطاء بسرعة.
• القياس، وتوفير إشارات دقيقة للتيار والجهد للعدادات والمرحلات ومعدات الإيرادات.
• دعم جودة الطاقة، بما في ذلك تنظيم الجهد والتعويض التفاعلي والتحكم التوافقي.
• المراقبة والتحكم من خلال SCADA والتشغيل عن بعد وجمع البيانات.
• السلامة من خلال التأريض ونقاط العزل والإخلاءات الكافية والحواجز المادية.

كل مكون تمت مناقشته أدناه موجود لخدمة واحد أو أكثر من هذه الواجبات. هذه هي أبسط طريقة للحكم على ما إذا كانت قطعة من المعدات تنتمي إلى تصميم معين.

محولات الطاقة: قلب المحطة الفرعية

عادةً ما يكون محول الطاقة هو العنصر الأكبر والأغلى في الموقع. إنه يحول الطاقة من مستوى جهد إلى آخر من خلال الحث المغناطيسي، ويحدد تصنيفه حد السعة لكل شيء في اتجاه مجرى النهر. في محطات النقل الفرعية، ستشاهد عادة وحدات كبيرة مغمورة بالزيت، غالبًا مع مبدلات صنبور عند التحميل لتنظيم الجهد. في محطات التوزيع الفرعية، تكون المحولات أصغر حجمًا ولكنها أكثر عددًا بكثير، حيث تتدرج 10 كيلو فولت أو 20 كيلو فولت أو 35 كيلو فولت وصولاً إلى جهد الاستخدام الذي تستخدمه المصانع والمباني والأحياء.

يعد الاختيار بين البناء المغمور بالزيت والبناء الجاف أحد القرارات الأولى التي يواجهها المصمم. تتعامل المحولات المغمورة بالزيت مع السعات الكبيرة جدًا بكفاءة وهي المحول الافتراضي في الهواء الطلق. تتجنب المحولات من النوع الجاف، وخاصة وحدات صب راتنجات الإيبوكسي، السوائل القابلة للاشتعال، وتتحمل التركيب الداخلي بشكل جيد وتناسب المباني والأنفاق ومحطات المترو وغيرها من المواقع التي تكون فيها مخاطر الحرائق والوصول إلى الصيانة موضوعات حساسة.

محولات النوع الجاف المصبوب من راتنجات الايبوكسي - 800 إلى 25000 كيلو فولت أمبير بالنسبة لمحولات النوع الجاف المصبوبة من راتنجات الإيبوكسي من سلسلة SC10-800~2500، فإن كلا من ملفات الجهد العالي والمنخفض تستخدم عملية صب راتنجات الضغط الفراغي المتقدمة. ثي... عرض المنتج →

مهما كانت طريقة التبريد، فإن المحول هو المكون الذي يحدد تصنيف المحطة الفرعية، والممانعة، ومستوى الضوضاء وملف تعريف الخسارة، لذا فإن مواصفاته تستحق أكبر قدر من الاهتمام أثناء مراجعة التصميم.

المفاتيح الكهربائية وقواطع الدوائر الكهربائية: طبقة التبديل

إذا قام المحول بتغيير الجهد، فإن مجموعة المفاتيح الكهربائية تقرر أين تذهب تلك الطاقة ومتى تتوقف. تشتمل هذه الطبقة على قواطع الدائرة، ومفاتيح الفصل، ومفاتيح التأريض، وفي العديد من شبكات التوزيع، الوحدات الرئيسية الحلقية. وهي تسمح معًا للمشغلين بإعادة تكوين الشبكة وعزل الأقسام المعيبة واستعادة الإمداد إلى الدوائر السليمة.

قواطع دوائر

قاطع الدائرة هو الجهاز الوحيد في المحطة الفرعية المصمم لمقاطعة تيار الخلل. تهيمن قواطع الفراغ على تطبيقات الجهد المتوسط، في حين أن التصميمات المعزولة بالغاز شائعة عندما تكون المساحة ضيقة أو حيث تتطلب البيئة المحيطة ترتيبًا محكمًا ومدمجًا. يعتمد الاختيار عادةً على الجهد المقنن، وتيار الدائرة القصيرة، وقدرة القطع، وآلية التشغيل والعدد المطلوب من العمليات بين فترات الصيانة.

قطع الاتصال ومفاتيح التأريض

لا يمكن لقطع الاتصال، والتي تسمى أيضًا بالعوازل، قطع تيار الحمل، ولكنها توفر العزل المرئي الذي يجعل الصيانة الآمنة ممكنة. تقوم مفاتيح التأريض بعد ذلك بتوصيل القسم المعزول بأرض المحطة بحيث لا يؤدي التنشيط العرضي إلى الإضرار بالأشخاص الذين يعملون عليه. يربط نظام التشابك المصمم جيدًا هذه الأجهزة وقاطع الدائرة ومفتاح التأريض معًا بحيث لا يمكن إجراء التسلسل بشكل غير صحيح.

نظرًا لأن عائلات المفاتيح الكهربائية تختلف بشكل كبير في وسط العزل وتصميم المقصورة ومستوى التشغيل الآلي، فإن الأمر يستحق الدراسة دليل شامل لأنواع المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي والسلامة قبل تجميد المواصفات.

مجموعة المفاتيح الكهربائية المدرعة والمغلفة بالمعدن القابلة للإزالة بجهد 24 كيلو فولت تتميز مجموعة المفاتيح الكهربائية هذه بهيكل مُجمَّع، ومتصل بشكل آمن بواسطة مسامير عالية القوة وصواميل برشام. لضمان السلامة التشغيلية، تم استخدام المفتاح الرئيسي وعربة اليد و... عرض المنتج →

محولات الأجهزة والعوازل ومانعات الصواعق

هذه المجموعات الثلاث أصغر من المحول ولكنها لا تقل أهمية، وهي في كثير من الأحيان المكونات التي تحدد ما إذا كان نظام الحماية يعمل على النحو المنشود.

• تعمل محولات التيار على تقليل تيار الخط إلى قيمة ثانوية قياسية للمرحلات والعدادات، كما أنها توفر العزل بين موصلات الجهد العالي ودوائر التحكم ذات الجهد المنخفض.
• تفعل محولات الجهد أو الجهد نفس الشيء بالنسبة لإشارات الجهد، وحماية التغذية، ووظائف المزامنة والقياس.
• تدعم العوازل والبطانات الموصلات الحية مع إبقاء التيار بعيدًا عن الهياكل المؤرضة. وهي تأتي على شكل عوازل للأعمدة، وبطانات مجوفة، ونهايات للكابلات، وأعمدة دعم، ويجب أن تتوافق مسافة الزحف الخاصة بها مع مستوى التلوث في الموقع.
• تعمل مانعات الصواعق، التي غالبًا ما تكون من نوع أكسيد المعدن، على تثبيت الجهد الزائد العابر الناتج عن البرق أو التبديل بحيث لا يتم الضغط على عزل المحولات والمفاتيح الكهربائية بما يتجاوز حدودها.

في المواقع الساحلية أو التعدينية أو الصحراوية أو شديدة التلوث، تستحق مواصفات العوازل وأجهزة المنع قدرًا كبيرًا من التدقيق مثل المعدات الرئيسية، لأن فشل الزحف والختم من بين الأسباب الأكثر شيوعًا لانقطاعات التيار غير المخطط لها.

قضبان التوصيل والموصلات والتعويض التفاعلي

قضيب التوصيل هو المحور الكهربائي للمحطة الفرعية. سواء كان ذلك من الألومنيوم الأنبوبي الصلب، أو الموصل المجدول أو الحافلة المغلقة بالكامل داخل المعدات المعزولة بالغاز، فإنه يجمع الدوائر الواردة والصادرة ويوزع الطاقة فيما بينها. يأخذ حجم الموصل في الاعتبار التيار المستمر، وتحمل الدائرة القصيرة، والتحميل الميكانيكي من الرياح والجليد، ومسافات الخلوص المطلوبة على ارتفاع الموقع ومستوى النبض.

إلى جانب الموصلات، تتضمن العديد من المحطات الفرعية تعويضًا تفاعليًا. تقوم بنوك المكثفات برفع الجهد وتقليل الفقد في مغذيات التحميل الثقيل، بينما تخدم المفاعلات غرضين مختلفين: مفاعلات التحويلة تمتص تيار الشحن السعوي على الخطوط الطويلة، والمفاعلات المتسلسلة تحد من تيار العطل أو تحمي بنوك المكثفات من التدفق والرنين التوافقي. عندما يتم تركيب بنك مكثف في الداخل أو في ترتيب مدمج، غالبًا ما يكون المفاعل ذو القلب الحديدي من النوع الجاف هو الخيار العملي لأنه يتجنب الزيت ويبسط الصيانة.

مفاعل سلسلة الحديد الأساسية من النوع الجاف إن الأعمدة والملفات الأساسية الحديدية لسلسلة المفاعلات هذه مصنوعة بالكامل من الراتنج، مما يوفر أداءً كهربائيًا أفضل وقوة ميكانيكية. من خلال العناية... عرض المنتج →

أنظمة الحماية والتحكم والأنظمة المساعدة

كل ما تم وصفه حتى الآن هو معدات الطاقة. ما يجعلها محطة فرعية عاملة هو النظام الثانوي الذي يراقب ويقرر ويتصرف. تقارن مرحلات الحماية التيار والجهد المقاسين بالإعدادات، وعندما يتم اكتشاف خطأ، فإنها تقوم بفصل قواطع الدائرة ذات الصلة خلال أجزاء من الثانية. تستخدم التركيبات الحديثة مرحلات رقمية مع منافذ اتصال، لتغذية نظام أتمتة المحطة الفرعية الذي يرتبط بمركز التحكم.

من السهل التغاضي عن الأنظمة المساعدة التي تدعم هذه الطبقة حتى تفشل:

• محطة إمداد التيار المستمر، وهي عادة عبارة عن بنك بطارية مزود بشاحن ولوحة توزيع، والتي تعمل على تشغيل الحماية حتى أثناء انقطاع التيار المتردد بالكامل.
• محولات خدمة المحطة وتوزيع التيار المتردد المساعد للإضاءة والتبريد ومحركات الأقراص وخدمات البناء.
• شبكة التأريض وشبكة الربط، التي تتحكم في جهد الخطوة واللمس وتوفر مرجعًا لجميع أنواع الحماية.
• التحكم في خدمات المبنى، بما في ذلك التهوية أو تكييف الهواء، والكشف عن الحرائق، والإضاءة، والوصول الأمني.
• معدات الاتصالات، سواء كانت ألياف أو إيثرنت أو سلك تجريبي، تربط المحطة الفرعية بالشبكة الأوسع.

مكونات المحطات الفرعية في لمحة

يلخص الجدول أدناه العناصر الرئيسية وأين تظهر عادة، وهو أمر مفيد عند مراجعة مخطط سطر واحد أو إعداد قائمة المواد.

كيف تتغير قائمة المكونات مع نوع المحطة الفرعية

لا تحتوي كل محطة فرعية على كل مكون، ويتغير المزيج مع المهمة التي تؤديها المحطة:

• تركز محطات النقل الفرعية على المحولات الكبيرة، والمفاتيح الكهربائية ذات قدرة القطع العالية، وحماية الخط والتعويض التفاعلي.
• تركز محطات التوزيع الفرعية على المحولات الأصغر والوحدات الرئيسية الحلقية ونهايات الكابلات والأتمتة من أجل الاستعادة السريعة.
• تجمع المحطات الفرعية المجمعة لمزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح العديد من مغذيات الجهد المتوسط ​​وتصعد إلى جهد توصيل الشبكة، لذلك يصبح تنسيق قضبان التوصيل والحماية من مهام التصميم الحاسمة.
• تضيف محطات المحولات الفرعية لـ HVDC أو محركات الأقراص الكبيرة إلكترونيات الطاقة وأنظمة الترشيح والتبريد التي لا تحتاجها المحطات الأخرى.
• تطبق محطات الجر والمحطات الفرعية المتنقلة نفس المكونات في ترتيبات مدمجة أو قابلة للنقل، مع إيلاء اهتمام خاص للتوافقيات والاهتزاز والوزن.

ملاحظات المواصفات والصيانة من الميدان

قائمة المكونات هي البداية فقط. التفاصيل التي تحدد ما إذا كانت المحطة الفرعية تعمل بشكل جيد لمدة ثلاثين عامًا هي تلك المكتوبة في المواصفات: الجهد المقنن ومستوى العزل، وتحمل الدائرة القصيرة، وحدود ارتفاع درجة الحرارة، وحماية الدخول، والارتفاع ومتطلبات الزلازل، ومستوى التلوث في البيئة المحيطة. إن الوصول إلى الصيانة له نفس القدر من الأهمية، لأن المحول الذي لا يمكن فحصه أو لوحة المفاتيح الكهربائية التي لا يمكن سحبها هي مسؤولية وليست أصلاً.

من المفيد أيضًا التفكير في كيفية توفير القطع. عندما تأتي المحولات والمفاعلات ومجموعات المفاتيح الكهربائية والمحطات الفرعية الجاهزة من مصدر تصنيع واحد، يكون تنسيق التقييمات أسهل، وتكون الواجهات أقل، وتكون المسؤولية أثناء التشغيل واضحة. نحن نبني مجموعتنا مع وضع هذا المنطق في الاعتبار: المحولات الجافة من النوع الجاف المصنوعة من راتنجات الإيبوكسي والسبائك غير المتبلورة التي تصل إلى سعات كبيرة، ومحولات الطاقة والتوزيع المغمورة بالزيت، والمفاعلات الأساسية الحديدية، والوحدات الرئيسية الحلقية، والمفاتيح الكهربائية المغلقة بالمعدن والمحطات الفرعية من النوع الصندوقي، وكلها تخدم مرافق الطاقة والصناعة والنقل والمباني والاتصالات السلكية واللاسلكية ومشاريع الطاقة الجديدة والتعدين.

إذا كنت تقوم بإعداد تصميم محطة فرعية، أو مقارنة خيارات المحولات أو التحقق مما إذا كان التثبيت الحالي لا يزال مطابقًا لهدفه الأصلي، فسيسعد فريقنا الهندسي بمراجعة قائمة المكونات معك واقتراح التكوين الذي يناسب الموقع وملف تعريف التحميل وموارد الصيانة المتوفرة لديك بالفعل.