احصل على عرض أسعار
في عام 1966، تم تشغيل أول محطة فرعية معزولة بالغاز عالي الجهد في بليسيس جاسو بفرنسا بجهد 245 كيلو فولت. وبعد مرور ستة عقود، تشكل الأنظمة المعزولة بالغاز العمود الفقري لتوصيل الطاقة في المدن الكثيفة السكان، ومزارع الرياح البحرية، والمشاريع الصناعية الضخمة. النظام المعزول بالغاز - وهو الأكثر شيوعًا مجموعة المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز (GIS) - عبارة عن تقنية محطات فرعية مدمجة تضم جميع المكونات ذات الجهد العالي داخل حاويات معدنية محكمة الغلق مملوءة بغاز عازل.
بدلاً من الهواء باعتباره العازل الرئيسي، يستخدم النظام سداسي فلوريد الكبريت المضغوط (SF₆) أو غاز بديل لتحقيق قوة عزل استثنائية في جزء صغير من المساحة. يبقى كل جزء حي، بدءًا من قضبان التوصيل إلى قواطع الدائرة، مغلقًا بالكامل، مما يمنع التعرض للغبار والملح والرطوبة. يؤدي هذا القرار الفردي إلى تقليص المساحة المطلوبة إلى 10-20% فقط من التركيب المعزول بالهواء المكافئ.
يوفر النظام المعزول بالغاز نفس تصنيف الطاقة الذي يوفره الفناء الخارجي التقليدي داخل مساحة أصغر من ملعب التنس. تجعل هذه الكثافة نظم المعلومات الجغرافية الخيار الافتراضي عندما تكون الأرض نادرة أو عندما يكون السماح بمحطة فرعية معزولة بالهواء (AIS) مترامية الأطراف أمرًا مستحيلًا.
السر يكمن في الغاز العازل. يتمتع SF₆ بقوة عازلة تعادل 2.5 إلى 3 أضعاف قوة الهواء عند نفس الضغط. كما أنها تمتلك موصلية حرارية استثنائية وخصائص تبريد القوس، مما يسمح لقواطع الدائرة بمقاطعة تيارات الصدع بقوة آلاف الأمبيرات داخل فجوة صغيرة. ونظرًا لإمكانية تقليل الخلوص بين الموصل والأرض بشكل كبير، تنهار المحطة الفرعية بأكملها إلى سلسلة من الأجزاء المكسوة بالمعدن.
داخل غرفة مغلقة، تفصل الأجزاء الحية مليمترات بدلا من الأمتار. في ظل التشغيل العادي، يتم عزل SF₆ المضغوط ببساطة. عند حدوث خطأ، تنفصل نقاط اتصال قاطع الدائرة، ويتشكل القوس في بيئة SF₆. يمتص الغاز طاقة القوس بسرعة، ويبرد البلازما، ويطفئ الصدع خلال دورة طاقة واحدة أو دورتين، أي ما يقرب من 20 إلى 40 مللي ثانية.
تفصيل خطوة بخطوة لدورة انقطاع الخطأ النموذجية:
يكتمل هذا التسلسل بأكمله دون أي وميض قوسي خارجي أو تنفيس غاز في الغلاف الجوي. تظل جميع المنتجات الثانوية للقوس محتواة، ويمنع نظام الضغط المحكم دخول الرطوبة، لذلك تظل المكونات الداخلية نظيفة لعقود من الزمن.
إن خليج GIS عبارة عن وحدة معيارية تقوم بتكرار موضع تغذية واحد في محطة فرعية. في حين أن التخطيطات الدقيقة تختلف حسب الجهد والشركة المصنعة، فإن كل حجرة تحتوي على مجموعة موحدة من المعدات الأساسية المترابطة داخل حجرات محكمة الإغلاق. تسمح هذه الوحدة بتجميع المصنع بالكامل واختباره قبل الشحن.
| مكون | وظيفة | المواصفات النموذجية / ملاحظة |
|---|---|---|
| قاطع الدائرة | يقاطع الخطأ ويحمل التيارات | تصميم منتفخ SF₆ أو انفجار ذاتي؛ تصنيف يصل إلى 63 كيلو أمبير تيار كسر الدائرة القصيرة |
| فاصل (مفتاح العزل) | يوفر فجوة عزل مرئية لسلامة الصيانة | تعمل بمحرك أو يدوي. مدمج في نفس حجرة الغاز مثل مفتاح التأريض |
| مفتاح التأريض للصيانة | تأريض المقاطع المعزولة للوصول الآمن | في كثير من الأحيان متشابكة مع فاصل. قادرة على تحمل التيار المقنن لفترة قصيرة |
| مفتاح التأريض عالي السرعة | التأريض السريع لإزالة الشحنات المحاصرة أو الفولتية المستحثة | وقت الإغلاق عادة أقل من 60 مللي ثانية؛ مصممة للتشغيل المتكرر |
| المحول الحالي (CT) | يقيس خط التيار للقياس والحماية | الراتنج المصبوب أو الرقائق المعدنية داخل نظم المعلومات الجغرافية؛ نوى متعددة لفئات دقة مختلفة |
| محول الجهد (VT) | يتنحى الجهد للحماية والتحكم | نوع حثي أو بالسعة. يتم إدخالها عبر جلبة محكمة الغلق بالغاز |
| نظام بسبار | توزيع الطاقة بين الخلجان | ثلاث مراحل مغلفة أو مرحلة واحدة. تصنيف يصل إلى 4000 أمبير مستمر |
| نهاية إغلاق الكابل أو جلبة SF₆-إلى الهواء | يربط نظام المعلومات الجغرافية بالكابلات الخارجية أو الخطوط الهوائية | واجهة انتقالية من الغاز إلى الهواء؛ يدير الإجهاد الكهربائي عند الإنهاء |
تتم مراقبة كل حجرة بشكل فردي للتأكد من كثافة الغاز والرطوبة. إذا حدث تسرب في أحد الفتحات، فإن بقية المحطة الفرعية تستمر في العمل دون أن تتأثر. هذا التقسيم هو ما يجعل نظم المعلومات الجغرافية مرنة للغاية، حيث تظل الأخطاء محلية. ويمكن أيضًا توسيع الخليج أو استبداله دون تصريف الغاز من الأقسام المجاورة.
إن الجدل بين المحطات الفرعية المعزولة بالغاز والمحطات المعزولة بالهواء لا يدور حول أيهما "أفضل" من حيث القيمة المطلقة - بل يدور حول التكنولوجيا التي تناسب قيود المشروع. ويظل نظام AIS هو الخيار الاقتصادي للمواقع الخضراء ذات الأراضي الوفيرة، في حين تهيمن نظم المعلومات الجغرافية على التطبيقات ذات المساحة المحدودة أو التطبيقات ذات البيئة القاسية.
يوضح الجدول أدناه الاختلافات في العوامل الأكثر حسماً.
| المعلمة | نظام الغاز المعزول (GIS) | محطة فرعية معزولة بالهواء (AIS) |
|---|---|---|
| البصمة | 10-20% من ما يعادل AIS | خط الأساس 100% |
| الموثوقية (MTBF) | عادةً ما يكون أعلى بمقدار 2-3 مرات بسبب البيئة المغلقة | أقل؛ المعرضة للتلوث والحياة البرية والطقس |
| تردد الصيانة | الفحص البصري كل 1-3 سنوات؛ إصلاح كبير في 20-25 سنة | عمليات التفتيش السنوية؛ التنظيف والفحوصات الميكانيكية كل 2-4 سنوات |
| مدة التثبيت | أسابيع؛ الوحدات الجاهزة تقلل من الأعمال المدنية | أشهر؛ هندسة مدنية واسعة النطاق وتجميع قضبان التوصيل في الموقع |
| تكلفة المعدات الأولية | أعلى، وغالبًا ما يكون بنسبة 30-50% أكثر من معادل AIS | أقل؛ الأجهزة نفسها أقل تكلفة |
| إجمالي تكلفة الملكية (عرض لمدة 25 عامًا) | قابلة للمقارنة أو أقل. ويعوض توفير الأراضي وانخفاض الصيانة ارتفاع النفقات الرأسمالية | يمكن أن يرتفع بشكل كبير إذا كانت تكاليف حيازة الأراضي والتشغيل والصيانة مرتفعة |
| التسامح البيئي | ممتاز؛ - لا تتأثر بالارتفاع أو الملوحة أو التلوث الصناعي | يتطلب خفض درجة الحرارة في المناطق المرتفعة أو الملوثة؛ هناك حاجة إلى تصريح إضافي |
تقوم العديد من المرافق الآن بتشغيل نماذج مالية تزن السعر الأولي المرتفع لـ GIS مقابل عقود من انخفاض نفقات التشغيل. وفي المراكز الحضرية، فإن توفير تكلفة الأرض وحده يمكن أن يجعل نظم المعلومات الجغرافية الخيار الوحيد القابل للتطبيق. وتميل اتصالات الرياح البحرية ومحطات الطاقة الكهرومائية الجبلية وتغذية مراكز البيانات بشكل كبير نحو نظم المعلومات الجغرافية لنفس السبب.
يعد SF₆ غازًا عازلًا ومخمدًا للقوس الكهربائي مثاليًا تقريبًا - باستثناء رقم واحد غير مريح: قدرته على الاحتباس الحراري (GWP) التي تبلغ حوالي 23500 على مدار 100 عام. وقد دفع هذا الواقع الجهات التنظيمية في جميع أنحاء العالم إلى التخفيض التدريجي لاستخدام SF₆، بدءاً بمعدات الجهد المتوسط والانتقال تدريجياً نحو تطبيقات الجهد العالي. إن تنظيمات الغاز المفلورة التي أقرها الاتحاد الأوروبي ومقترحاته في الولايات المتحدة واليابان تعمل على إعادة تشكيل مشهد نظم المعلومات الجغرافية.
وقد ظهر بديلان رئيسيان: الهواء النظيف (خليط من النيتروجين والأكسجين، قدرة إحداث الاحترار العالمي = 0) ومزائج الغاز القائمة على الفلورونيتريل (مثل C₄F₇N الممزوج بثاني أكسيد الكربون)، والتي تقلل من القدرة على إحداث الاحترار العالمي بنسبة 98% تقريبًا مقارنة بـ SF₆ مع الحفاظ على معظم قوة العزل.
| نوع الغاز | القدرة على الاحترار العالمي (100 عام) | قوة العزل مقابل SF₆ | الحد الأدنى لدرجة حرارة التشغيل | النضج التجاري (HV GIS) | النظرة التنظيمية |
|---|---|---|---|---|---|
| SF₆ | ~23,500 | 1.0 (خط الأساس) | -40 درجة مئوية | ناضجة تماما، جميع مستويات الجهد | يتم التخلص التدريجي منها؛ تنطبق حدود F-Gas الجديدة |
| الهواء النظيف (N₂/O₂) | 0 | 0.3-0.4 (يتطلب ضغطًا أعلى) | -50 درجة مئوية | ثبت ما يصل إلى 72.5 كيلو فولت. التوسع إلى 145 كيلو فولت | لا قيود. يفضل للمشاريع "الخضراء". |
| الفلورونيتريل/CO₂ (مزيج C₄F₇N) | ~300-600 | ~0.95 (مع زيادة متواضعة في الضغط) | -25 درجة مئوية إلى -30 درجة مئوية | متاح حتى 420 كيلو فولت؛ قاعدة مثبتة متزايدة | متوافقة مع حصص الغاز المفلور الحالية؛ القيود المستقبلية قيد المناقشة |
بالنسبة لتوزيع الجهد المتوسط، فقد أصبح التحول ناضجًا بالفعل. نشر العديد من المشغلين الوحدات الرئيسية الحلقية المعزولة بالغاز الصديقة للبيئة التي تستخدم الهواء النظيف أو أسلوب العزل الصلب، مما يؤدي إلى إزالة SF₆ تمامًا من الشبكة. على مستوى الجهد العالي، تعمل الآن أكثر من اثنتي عشرة مرافق على تشغيل فتحات GIS التجريبية بقدرة 145 كيلو فولت و245 كيلو فولت خالية من SF₆، ويتسارع هذا الاتجاه.
أصبح الاختيار بين SF₆ والبديل البيئي الآن قرارًا تصميميًا، وليس استحالة فنية. والمشاريع التي يجب أن تمتثل لبرامج إصدار الشهادات الخضراء أو تتوقع تشديد تكاليف مقايضة الانبعاثات تلجأ بشكل متزايد إلى نظم المعلومات الجغرافية الخالية من فلوريد الكبريت، حتى عندما تضيف نسبة قليلة إلى السعر الأولي.
يبدأ تحديد تكوين نظم المعلومات الجغرافية بثلاثة معلمات غير قابلة للتفاوض: مستوى الجهد، والبصمة المتاحة، والبيئة التنظيمية. يمثل كل معيار آخر - التبريد، وتصنيف القوس، وتيار شريط التوصيل - تحسينًا هندسيًا، وليس عرضًا رائعًا.
استخدم قائمة التحقق التالية لتضييق الخيارات:
بالنسبة لمشاريع الجهد المتوسط التي لا تتحمل SF₆، الوحدات الرئيسية الدائرية الذكية العازلة الصلبة توفير خيار مجموعة المفاتيح الكهربائية المغلقة بالكامل والتي لا تحتاج إلى صيانة والتي تتناسب مع مساحات التوزيع الثانوية الضيقة للغاية. عندما يمتد المشروع إلى مستويات جهد متعددة، غالبًا ما يعمل النطاق المدمج - المحولات بالإضافة إلى نظم المعلومات الجغرافية - على تبسيط الواجهات ودعم ما بعد البيع.
الخيار الأمثل لا يأتي أبدًا من نقطة بيانات واحدة. قم بمحاذاة فرقك الكهربائية والمدنية والبيئية مبكرًا، وقم بإجراء حساب صافي القيمة الحالية لمدة 25 عامًا قبل تثبيت الهيكل.
يتطلب تركيب نظم المعلومات الجغرافية الدقة وبيئة نظيفة. حتى الجسيمات المجهرية الموجودة داخل حجرة الغاز يمكن أن تؤدي إلى تفريغ جزئي يؤدي إلى تآكل العزل بمرور الوقت. ولذلك، يجب أن تكون مناطق التجميع خالية من الغبار، كما يجب إحكام ربط الوصلات بتسلسل عزم دوران تمت معايرته.
بمجرد دخول الخدمة، تركز الصيانة على المراقبة السلبية بدلاً من التدخل العملي. المؤشر الصحي الأساسي هو كثافة الغاز، والتي يتم تتبعها بشكل مستمر بواسطة أجهزة استشعار الضغط المعوضة بدرجة الحرارة. يؤدي الانخفاض المستمر إلى إطلاق إنذار منخفض المستوى؛ يؤدي الانخفاض السريع إلى بدء الإغلاق التلقائي أو الرحلة.
قواعد السلامة غير قابلة للتفاوض لأن منتجات تحلل SF₆ المتكونة أثناء الانحناء تكون سامة. تشمل الممارسات الرئيسية ما يلي:
يغطي الالتزام بالمواصفة IEC 62271‑203 وتعليمات الشركة المصنعة المحددة خط الأساس الفني. إن ما يفصل بين العملية الآمنة وحادثة السلامة هو الانضباط المتسق للتعامل مع كل حجرة غاز باعتبارها حاوية مغلقة ومن المحتمل أن تكون خطرة - بغض النظر عن مدى روتينية المهمة.
لقد انتقلت الأنظمة المعزولة بالغاز من مفهوم الجهد العالي المتخصص في ستينيات القرن الماضي إلى الحل الشامل للبنية التحتية للطاقة المدمجة والمرنة. سواء كنت بحاجة إلى وحدة رئيسية حلقية بقدرة 12 كيلو فولت في مركز تسوق أو وحدة رئيسية بقدرة 550 كيلو فولت في محطة فرعية عائمة، تظل الأساسيات كما هي: التطويق والعزل والحماية.
لم يعد الاختيار بين SF₆ والبديل الصديق للبيئة محل نقاش فلسفي - بل هو حساب لبدلات إحداث الاحترار العالمي، ونطاق درجة حرارة التشغيل، وإجمالي تكلفة دورة الحياة. مع استمرار الصناعة في الابتكار، توقع استمرار الحدود بين "الاقتصادية" و"الخضراء"، مما يجعل الأنظمة المعزولة بالغاز أكثر أهمية في كل مخطط شبكة حديث.
استكشف موقعنا المفاتيح الكهربائية المعزولة بالغاز المحفظة لمعرفة كيف يمكن للخلجان المعيارية التي تم اختبارها في المصنع تسريع مشروع المحطات الفرعية التالي الخاص بك.
© Zhejiang Detong Transformer Co., Ltd.
English
中文简体
русский
Español
