حل منظم الجهد الكهربائي لصناعة الطاقة

يركز هذا الحل على تطبيق مثبتات الجهد الكهربائي غير التلامسية من سلسلة BKPOWER AVR في صناعة الطاقة، حيث يلبي احتياجات الطاقة الدقيقة في توليد الطاقة والنفط والغاز والطاقة الجديدة مع تنظيم الجهد الكهربائي بدقة ± 1%، وتصميم التكرار N+1، ومقاومة الاهتزازات في درجات الحرارة الواسعة. يغطي هذا الحل حماية معدات الطاقة، وتحسين توصيل شبكة الطاقة الجديدة، وتصميم مقاوم للانفجار في مجال النفط والغاز، ويساعد شركات الطاقة على تحقيق وقت تشغيل المعدات بدقة 99.99% وتقليل استهلاك الطاقة.

Ⅰ. تحديات استقرار الطاقة في صناعة الطاقة

1. متطلبات موثوقية المعدات الحرجة

• تتطلب أنظمة التحكم في التوربينات البخارية في محطات الطاقة الحرارية تقلبات الجهد ≤ ± 1%، وإلا فإن أخطاء تنظيم السرعة التي تزيد عن 0.5% ستؤدي إلى اهتزاز الوحدة بما يتجاوز المعايير.
• عندما تتأثر محولات التوربينات الهوائية بتباطؤ الجهد، يتجاوز التأخير في استجابة نظام الملعب 50 مللي ثانية، مما يقلل من كفاءة توليد الطاقة بمقدار 81 تيرابايت 3 تيرابايت.
• يرفع التداخل التوافقي للجهد في محركات المحركات العلوية لمحركات المحركات العلوية لحفارات النفط درجة حرارة المحمل بمقدار 20 ℃، مما يقلل من عمر الخدمة بمقدار 30%.

2. المخاطر التشغيلية في ظروف العمل القاسية

• في البيئات الصحراوية ذات درجات الحرارة المرتفعة (≤70 ℃)، تنخفض كفاءة تبديد الحرارة للمثبتات التقليدية بمقدار 40%، مما يؤدي إلى حماية المحولات الكهروضوئية من الحمل الزائد.
• يؤدي تآكل رذاذ الملح (تركيز كلوريد الصوديوم ≥500 جزء في المليون) على منصات الرياح البحرية إلى تسريع أكسدة التلامس الميكانيكي، مما يزيد من مقاومة التلامس بمقدار 200%.
• تواجه معدات مناجم الفحم تحت الأرض مخاطر انفجار الغاز، وقد تتسبب الشرارات الصادرة من المثبتات التقليدية في وقوع حوادث تتعلق بالسلامة.

3. تحديات التقلبات في توصيل شبكة الطاقة الجديدة

• يتسبب التقطع في طاقة الرياح/الطاقة الشمسية في حدوث تذبذب في جهد الشبكة، مما يقلل من كفاءة شحن/تفريغ محولات تخزين الطاقة (PCS) بمقدار 121 تيرابايت في الساعة.
• أجهزة الطاقة الإلكترونية في الشبكات الذكية حساسة لعوارض الجهد الكهربائي، حيث تتسبب الانقطاعات التي تبلغ 0.1 ثانية في فقدان بيانات نظام الإرسال.

Ⅱ. بنية حلول سلسلة AVR

1. نظام حماية الطاقة ثلاثي الطبقات

• الطبقة 1: تنظيم الجهد الديناميكي الدقيق
  تحقق تقنية التوازن المغناطيسي غير التلامسي دقة جهد ± 11 تيرابايت 3 تيرابايت مع استجابة أقل من 8 مللي ثانية، وهي مناسبة لاحتياجات الضبط السريع للتوربينات الغازية.
• الطبقة 2: الحوكمة التوافقية عريضة النطاق العريض
  تتحكم المرشحات التوافقيّة المدمجة 3-31 في THD أقل من 2.51 تيرابايت 3 تيرابايت، مما يزيل تداخل العاكس مع أجهزة حماية المرحل.
• الطبقة 3: تصميم التكرار من الدرجة الصناعية
  بنية N+1 المتوازية للنسخ الاحتياطي السريع المتوازي مع وقت تبديل زمن التعطل في نقطة واحدة أقل من 3 مللي ثانية، مما يلبي متطلبات "عدم تعطل محطة الطاقة".

2. نشر سيناريو الطاقة

Ⅲ. المعلمات والتكوينات الفنية الأساسية

1. نموذج طاقة معدات الطاقة الكهربائية

• معادلة الحساب:
  إجمالي طاقة المعدات × 1.8 (عامل الأمان الديناميكي) + هامش توسع 30% (لتكامل الطاقة الجديدة)
• دراسة حالة: مركز تحكم في مزرعة رياح بحمل إجمالي 250 كيلوواط:
  250 كيلوواط × 1.8 × 1.8 = 450 كيلو فولت أمبير ← يوصى بطراز AVR-500 كيلو فولت أمبير، مع حجز مساحة 30% لتوسيع نظام تخزين الطاقة.

2. مقارنة المؤشر الفني

Ⅳ. استراتيجيات الحماية الخاصة بالصناعة

1. حلول حماية معدات توليد الطاقة الكهربائية

• أنظمة التحكم في التوربينات الغازية:
  تعمل المثبتات المزدوجة المستقلة بالتوازي مع وحدات استعادة الجهد الديناميكي (DVR) على كبح تباطؤات الجهد أثناء بدء التشغيل.
• مجموعات العواكس الضوئية:
  تعمل خوارزميات توزيع الطاقة الذكية على ضبط دقة تنظيم الجهد بشكل ديناميكي بناءً على كثافة ضوء الشمس، مما يزيد من كفاءة توليد الطاقة بمقدار 5%.
• بيانات الاختبار: بعد نشر AVR-300KVA في محطة طاقة كهروضوئية، انخفضت إنذارات أعطال العاكس بمقدار 85%.

2. حلول استخراج النفط والغاز

• أنظمة الدفع العلوي لأجهزة الحفر:
  تم تصحيح عدم اتزان الجهد ثلاثي الأطوار إلى ≤1%، مما يضمن تذبذب سرعة المحرك ≤0.5%، مما يحسن عمر البت بمقدار 15%.
• معدات إنتاج النفط البحرية:
  طلاء تفلون مضاد للتآكل + غلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L، يجتاز اختبار رش الملح لمدة 1500 ساعة دون تآكل.
• دراسة حالة: خفض حقل نفط بحري باستخدام AVR-200KVA تكاليف صيانة المعدات الكهربائية بمقدار 40%.

3. حلول الربط بشبكة الطاقة الجديدة

• محولات مزارع الرياح:
  تتكيف تقنية تعديل الجهد عريض النطاق مع تقلبات طاقة الرياح، مما يزيد من كفاءة شحن/تفريغ أجهزة الكمبيوتر الشخصي إلى 961 تيرابايت في 3 تيرابايت (متوسط الصناعة 921 تيرابايت في 3 تيرابايت).
• أنظمة إدارة محطات تخزين الطاقة BMS:
  وحدات مستقلة لمثبت الجهد المستقل مع مزود طاقة UPS ضمان زمن تبديل 0 مللي ثانية، مما يمنع فقدان بيانات إدارة البطارية.

Ⅴ. تصميم القدرة على التكيف مع بيئة الطاقة

1. ميزات حصرية لظروف العمل القاسية

• تصميم مضاد للاهتزاز:
  لوحات دارات كهربائية مغطاة بوعاء كامل + حوامل صدمات، تجتاز اختبار IEC 60068-2-6 (تسارع 50G)، مناسبة لبيئات اهتزاز المولدات.
• تشغيل على درجة حرارة واسعة:
  تشغيل مستقر في -30 ℃ ~ +70 ℃، مع تمكين وحدات التسخين PTC في سيناريوهات درجات الحرارة المنخفضة (معدل التسخين 5 ℃/الدقيقة).
• مستوى الحماية:
  حماية ضد الغبار/الماء IP66، مناسبة للبيئات القاسية مثل الصحاري والمناطق البحرية.

2. التكييف للصناعات الخاصة

• تصميم مقاوم للانفجار:
  حاويات مضادة للاشتعال لمواقع النفط والغاز، معتمدة وفقًا لمعيار Ex d IIC T6، ومناسبة للمناطق الخطرة في المنطقة 1.
• مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي:
  هيكل تدريع متعدد الطبقات بفعالية تدريع ≥60 ديسيبل في نطاق 100 ميجا هرتز ~ 1 جيجا هرتز، لتجنب تداخل نظام SCADA.

Ⅵ. المراقبة والتشغيل والصيانة الذكية

1. القدرة على تكامل الطاقة على الإنترنت

• إرساء بروتوكول IEC 61850 IEC 61850:
  تحميل بيانات الجهد والتوافقيات والبيانات الأخرى في الوقت الفعلي إلى أنظمة إدارة الطاقة (EMS)، مما يدعم تحليل الارتباط بين كفاءة توليد الطاقة وجودة الطاقة.
• نمذجة التوأم الرقمي:
  تتنبأ النماذج الافتراضية المبنية من بيانات التشغيل في الوقت الفعلي بعمر المحول مع خطأ ≤3%، مما يوفر تحذيرات مسبقة للاستبدال.

2. نظام الصيانة التنبؤية

• الكشف عن النفط عبر الإنترنت:
  مراقبة جسيمات المعادن في زيت تشحيم وحدة الميزان المغناطيسي بدقة التحذير من التآكل 97% (مستوى ISO 4406 ≤18/16/13).
• التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء:
  المراقبة عن بعد لتوزيع درجة الحرارة الداخلية في المثبتات، مع خطأ في تحديد البقعة الساخنة ≤1 ℃ لمنع حدوث أعطال السخونة الزائدة.

Ⅶ. شهادة التركيب والامتثال

1. معايير تنفيذ مواقع الطاقة

• نظام التأريض:
  قطب تأريض مستقل ≥10 أمتار من شبكات تأريض المعدات، ومقاومة التأريض ≤4Ω، مما يمنع تداخل الحلقة الأرضية مع إشارات حماية المرحل.
• نشر الكابلات:
  كابلات الجهد العالي وكابلات الإشارة الموضوعة في طبقات منفصلة بمسافة ≥30 سم، متوافقة مع مواصفات GB 50217-2018.

2. عملية الاختبار والقبول

• اختبار دورة درجة الحرارة العالية والمنخفضة:
  -30 درجة مئوية ~ +70 درجة مئوية بالتدوير 10 مرات، مع بقاء 4 ساعات لكل دورة، دون تدهور في الأداء.
• اختبار الأداء المقاوم للانفجار:
  اختبار ضغط المبيت المضاد للاشتعال (1.5× ضغط التشغيل، 30 دقيقة بدون تسرب)، مطابق لمعايير GB 3836.2.

Ⅷ. خدمات تشغيل وصيانة الدورة الكاملة

1. خطة الصيانة على مستوى الطاقة

• عمليات التفتيش ربع السنوية:
  • كشف سعة الاهتزاز (ضبط أقواس التثبيت عند ≥5G)
  • تنظيف غبار مروحة التبريد (استبدلها عند انخفاض الكفاءة بمقدار 15%)
• المعايرة السنوية:
  تمت المعايرة باستخدام مصدر معايرة Fluke 5520A، خطأ معايرة دقة الجهد ≤± 0.1%.

2. آلية الاستجابة للطوارئ

• خدمة حصرية لمحطة الطاقة:
  تم إنشاء مراكز استجابة على مدار 4 ساعات في نطاق 300 كم من قواعد الطاقة، مع توفير وحدات احتياطية قابلة للتبديل السريع.
• منصة التشخيص عن بُعد:
  مراقبة في الوقت الفعلي لأكثر من 200 محطة طاقة على مستوى الدولة، وإنشاء تقارير تحليل شجرة الأعطال تلقائيًا للاختلالات في الجهد الكهربائي.

المراجع

1. اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)الموقع الرسمي: www.iec.ch
2. مختبرات أندررايترز (UL)الموقع الرسمي: www.ul.com
3. اللجنة الأوروبية للتوحيد القياسي (CEN)الموقع الرسمي: www.cen.eu
4. إدارة التوحيد القياسي في الصين (SAC)الموقع الرسمي: www.sac.gov.cn
5. تحالف تشونغقوانكون لتكنولوجيا صناعة تخزين الطاقة (CNESA)الموقع الرسمي: www.cnESA.org
6. الموقع الرسمي للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO): www.iso.org