دليل اختيار محولات المحطات الفرعية: المعايير الأساسية لشراء مشاريع التصميم والبناء والتشغيل

أرسل إلينا مقاول تصميم وبناء وتشغيل في دول الخليج مواصفاتٍ في شهر يونيو لثلاث وحدات بجهد ١١٠ كيلوفولت محول محطة فرعية وقد وردت قيم الجهد والقدرة والتردد والمقاومة في المواصفات، أما عمود ارتفاع درجة الحرارة فكان فارغًا، وكتب أن درجة حرارة الجو المحيط في الموقع تبلغ ٥٠ درجة مئوية، بينما جاء ذكر مدى التعديل على أنه «مناسب». وقد استغرقت مناقشة هذه الثلاثة الفراغات وقتًا أطول من مناقشة باقي العشرين صفحة مجتمعة.

وهذا النمط شائعٌ عادةً. فالمهندسون المسؤولون عن مشاريع التصميم والبناء والتشغيل يملؤون المعايير التي يمكن نسخها مباشرةً من قائمة الأحمال، أما المعايير التي تتطلب نموذجًا حراريًّا أو دراسة نظامية فهي تُؤجَّل إلى المورِّد، الذي يعبّئها بعد ذلك بالقيم الافتراضية المصمَّمة لبيئة جوٍّ محيطٍ بدرجة حرارة ٤٠ درجة مئوية وشبكة كهربائية قوية.

وتغيَّرت تكلفة ارتكاب الخطأ في هذا الصدد. وأظهرت بيانات شركة وود ماكنزي، التي نشرتها مجلة بي في ماغازين في شهر مايو ٢٠٢٦ يرفع الطلب على محولات المحطات الفرعية بنسبة ١١٦ في المئة بين عامَي ٢٠١٩ و٢٠٢٥، مع امتداد فترات التسليم للمحولات عالية السعة إلى أربع سنوات، وارتفاع أسعارها بنسبة تقارب ٨٠ في المئة خلال خمس سنوات. وتكبّد مشروعٌ ما خسارة موسم بناء كامل بسبب خطأ في معلَّمةٍ تم اكتشافه أثناء قبول المصنع في عام ٢٠٢٦، وليس مجرد طلب تغيير.

 

 

ابدأ بمقاومة المحول، لأنها تُحدِّد أحجام جميع المكوّنات اللاحقة.

المقاومة المئوية هي الجهد الذي يجب تطبيقه على الطرف الأولي لتدوير التيار المُصنَّف عند قصر الطرف الثانوي، وتُعبَّر عنها كنسبة مئوية من الجهد المُصنَّف. وعلى الورق تكون قيمةً رقميةً واحدةً. أما في الخدمة الفعلية، فهي تُحدِّد التيار القصيري المتاح عند حافلة الجهد المنخفض، وتنظيم الجهد بين حالة عدم التحميل والتحميل الكامل، وكيفية توزيع الحمل بين المحولات العاملة بالتوازي.

اتّجاه الخطأ مهمٌّ. ففي حال كان منخفضًا جدًّا، فقد تتجاوز تيّار العطل عند لوحة التوزيع الثانوية القدرة القاطعة لأجهزة التقطيع التي سبق شراؤها بالفعل. أما في حال كان مرتفعًا جدًّا، فإن المحول يحتاج إلى نطاق تنظيم أوسع للحفاظ على جهد لوحة التوزيع الثانوية، ويجب أن يتطابق أي وحدة متوازية معه بدقةٍ شديدة؛ وإلا فإن الوحدة ذات القيمة الأدنى ستتحمّل أكثر من حصّتها. محول الطاقة وفي الوحدات متوسطة وكبيرة الحجم، عادةً ما تتراوح هذه القيمة بين ٨ و١٢ في المئة بالنسبة إلى قاعدة تصنيف المحول، لكن الرقم الفعلي الذي يهمّ هو ذلك الذي استخدمته دراسة نظامك.

هذا هو المكان الذي تبدأ فيه المراجعة عادةً. فتُجرى دراسة على قاعدة نظام بسعة ١٠٠ ميغا فولت أمبير، ثم تحدد المواصفات هدفًا لقيمة المعاوقة بالنسبة إلى قاعدة المحول، وبذلك لا تصف العددان بعد ذلك نفس الدائرة. ففي إحدى الحزم الأخيرة، طلبت وثيقة الشراء قيمةً نسبتها ١٢ في المئة، بينما افترضت دراسة الأعطال المرافقة لها قيمةً تقابل تقريبًا ١٠ في المئة؛ والفرق بين القيمتين كان يعادل خطوة واحدة في تصنيف القاطع الكهربائي، وأدى إلى إعادة إصدار مخطط الخط الواحد. والتحويل هنا عملية حسابية بحتة، وليس أمرًا هندسيًّا. ويجب أن يقوم به شخصٌ واحدٌ، وأن يتحقق منه شخصٌ آخر.

كما يجب أن تتحمل اللفات التيار الناتج عن العطل الذي تسمح به قيمة المعاوقة. IEC 60076-5 يحدد هذا المعيار متطلبات تحمل التيارات القصيرة، بما في ذلك الاختبار لمدة ثانيتين على وحدةٍ سبق أن اجتازت اختبارات العزل الكهربائي الخاصة بها. واطلب إثبات قدرة تحمل التيارات القصيرة لأي وحدة محطة فرعية ستوضع في أعلى شبكة التوزيع، حيث تكون مستويات الأعطال في أقصى ما يمكن.

 

فئة التبريد وارتفاع درجة الحرارة: الرقم الذي لا يكتبه أحد

يتم تحديد تصنيف المحول لبيئة حرارية مُعرَّفة، والافتراض الافتراضي في معظم المواصفات هو أقصى درجة حرارة محيطة تبلغ ٤٠ درجة مئوية. IEC 60076-2 يحدد هذا التصنيف حدود الغمر السائل التي تدعم هذا التصنيف: ارتفاع درجة حرارة الزيت العلوي بمقدار ٦٠ كلفن، وارتفاع متوسط درجة حرارة الملفات بمقدار ٦٥ كلفن مقاسًا بالمقاومة، وارتفاع درجة حرارة النقطة الساخنة في الملفات بمقدار ٧٨ كلفن. وبوجود درجة حرارة محيطة تبلغ ٤٠ درجة مئوية، تكون درجة حرارة النقطة الساخنة قريبة من ١١٨ درجة مئوية، وهي الدرجة التي يتوقع أن يعمل عندها نظام العزل.

إذا نقلنا نفس الوحدة إلى موقع تصل فيه درجة الحرارة إلى ٥٠ درجة مئوية في شهر يوليو، تتوقف الحسابات الرياضية عن الصلاحية. ولا يتغير التصنيف المعلن ارتفاع درجة الحرارة لكن ترتفع درجات الحرارة المطلقة فعلاً، وتتضاعف سرعة تقدم عمر العزل تقريباً لكل زيادة إضافية قدرها ٦ كلفن عند النقطة الساخنة. وهكذا، فإن وحدة بدت مريحة وفق ورقة البيانات أصبحت الآن تستهلك عمر عزلها أسرع من المدة المصممة لها البالغة خمسة وعشرين عاماً.

يوجد ثلاثة إجابات مشروعة، ويجب أن يختار التوصيف واحدةً منها بدلًا من ترك الأمر للعرض السعري. حدد فئة ارتفاع حراري أقل واقبل جزءًا نشطًا أثقل وأغلى. أو حدد فئة تبريد أعلى بحيث تُحقَّق القدرة المضمونة مع تشغيل المراوح، وهي الخيار المعتاد في المحطات الفرعية. محول غاطس في الزيت أو احتفظ بالفئة وانشر القدرة التحميلية الفعلية عند درجة الحرارة المحيطة في الموقع، ليعرف المشغل الحد الدقيق بدلًا من التخمين.

أما النسخة العملية من هذه المحادثة فهي موجزة جدًّا. فأرسلنا عرضًا سعريًّا عائدًا إلى ذلك المقاول الخليجي يضم التصنيفات ONAN وONAF جنبًا إلى جنب عند ٥٠°م، وسألناه أيًّا منهما استُخدمت قائمة الأحمال في إعدادها. وكان الجواب أن القائمة كانت مبنية على تصنيف ONAF منذ اليوم الأول، فانتقلت أعمال البنية التحتية الخاصة ببنك المبرِّدات إلى تخطيط المحطة الفرعية قبل قطع الفولاذ بشهرين.

 

نطاق التعديل: اشترِ فقط مدى التنظيم الذي تحتاجه.

المحولات الخارجية للدارات ذات التغيرات الموجبة أو السالبة بنسبة ±٢ × ٢,٥٪ هي القيمة الافتراضية المُعدَّة مسبقاً في المصنع لمعظم محولات التوزيع والمحولات الصغيرة للطاقة، وهي مخصصة لتصحيح عدم تطابق جهدٍ واحدٍ عند التشغيل الأولي، وليست مخصصة لمتابعة شبكة كهربائية تتغير يومياً. فإذا تذبذب الجهد الداخل مع التحميل، أو كانت المحطة تقع في نهاية خطٍ طويل، فإن جهاز التحكم بالمحولات الخارجية للدارات لن يُضبط بشكلٍ متكررٍ بما يكفي ليكون له أثرٌ ملحوظ.

في تلك الحالة، يجب أن يتضمَّن المواصفات محول تبديل الحمل أثناء التشغيل جهاز تحكم تلقائي بالجهد مع مدى محدَّد، وعادةً ما يكون هذا المدى بين ±٨ × ١,٢٥٪ و±١٠ × ١,٥٪ على لفّة الجهد العالي، بالإضافة إلى وضع التحكُّم المطلوب: تنظيم تلقائي محلي للجهد، أو عن بُعد، أو كليهما. اكتب عدد الخطوات، وليس عبارة «مدى واسع».

الخطأ العكسي يكلِّف أموالاً في كل دورة صيانة. محول تبديل الحمل أثناء التشغيل يُضيف مفتاح تحوّل، وارتداء في التلامس، وتنقية الزيت، وفترة صيانة قد لا يمتلك المرفق الريفي طاقم عملٍ مؤهلاً لأدائها. فحيث يحافظ الشبكة على الجهد ضمن نسبة مئوية قليلة طوال العام، فإن محولًا خارج الدائرة ذا حجم مناسب سيبقى صالحًا للاستخدام لفترة أطول من محولٍ تلقائيٍّ متغير الجهد أثناء التحميل (OLTC) لا يخضع للصيانة.

 

الخسائر: التكلفة التي تبقى بعد التسليم

خسارة التشغيل بدون حمل هي الطاقة التي يستهلكها المحول بمجرد توصيله بالتيار، وهي ثابتة طوال الوقت: ٨٧٦٠ ساعة سنويًّا سواء كان المصنع يعمل أم لا. وخسارة التشغيل بدون حمل البالغة ٢٥ كيلوواط تعادل ٢١٩٠٠٠ كيلوواط·ساعة سنويًّا، أي ما يقارب ٥,٥ جيجاواط·ساعة على امتداد عمر افتراضي قدره خمس وعشرون سنة. أما خسارة التحميل فتتصرف عكس ذلك، إذ تتغير تربيعياً مع شدة التيار، وبالتالي فهي تتبع دورة التشغيل الفعلية لا التقويم الزمني.

هذه عدم التماثل هي السبب في أن المناقصات تقيّم الفقد بالنسبة إلى قيمة رأسمالية لكل كيلوواط، بدلًا من مقارنة سعر الشراء وحده. كما يفسّر هذا السبب لماذا قد يكون القلب الأكثر تكلفة قليلًا هو المحول الأقل تكلفة: فالمشتري يدفع مقابل الفقد مرة واحدة فقط، ثم يدفع مقابله كل شهر أثناء التشغيل.

أيًّا كانت طريقة التقييم التي تستخدمها، يجب أن تشترط المواصفات وجود مجموعتين من الأرقام: الفقد المضمون عند حالة عدم التحميل والفقد المضمون عند التحميل، مع تحديد هامش تسامح وغرامة في حال تجاوز القيم المُختبرة لهذه الحدود. كما يجب أن تتضمّن تقرير الاختبار الروتيني للوحدة الفعلية القيم المقاسة، لكي تقوم المقارنة على أساس الأدلة لا على أساس ورقة البيانات.

 

ما الذي يجب أن يتضمّنه مواصفات محول المحطة الفرعية

الجدول أدناه هو النسخة الموجزة لما يتحقّق منه مكتب الهندسة لدينا أولًا عند وصول مناقصة محطة فرعية. أما العمود الثالث فهو ليس افتراضيًّا؛ بل هو ما نراه يحدث فعليًّا عندما يُترك الصف فارغًا.

المعلَّمة	ما الذي يجب كتابته	ما الذي يحدث عند تركه فارغًا
العائق	القيمة المستهدفة مع هامش التسامح، والمذكورة على أساس تصنيف المحول	تيار العطل وتصنيف القاطع لم يعدا متطابقين
التبريد وارتفاع درجة الحرارة	تبريد بالزيت والهواء الطبيعي / تبريد بالزيت الطبيعي والهواء الاصطناعي / تبريد بالزيت والهواء الاصطناعي، فئة الارتفاع، درجة حرارة الجو المحيط في الموقع والارتفاع عن سطح البحر	التصنيف مُحدَّد لدرجة حرارة افتراضية قدرها ٤٠ مئوية، بينما لا يشهد الموقع هذه الدرجة أبدًا
نطاق التحكم	تشغيل خارج الدائرة أو تحت التحميل، عدد الخطوات والمدى، ووضع التحكم	لا يمكن الحفاظ على الجهد عند نهاية خط تغذية ضعيف
ضمانات الفقد	الفقد عند حالة عدم التحميل والفقد تحت التحميل مضمونان مع بند جزائي	يتم مقارنة العروض من حيث السعر فقط
مستوى العزل	مستوى الصدمة الرعدية لفئة الجهد، والتباعد الخارجي	تُحدَّد المسافات الآمنة وفقًا لممارسات المصنع، وليس وفق معاييرك.
حزمة الاختبارات	الاختبارات الروتينية واختبارات النوع والاختبارات الخاصة، بالإضافة إلى التقرير المطلوب لكل وحدة	يؤدي غياب إثبات إنجاز اختبار النوع إلى تأخير تشغيل المعدات.
الوثائق	المخططات الهندسية ولغة اللوحة التعريفية وتقارير الاختبارات والدليل التشغيلي والصيانة	يتوقف تسليم الموقع بسبب الأوراق الرسمية.
النقل والتخزين	حماية الشحن البحري وتعليمات التخزين والتحكم في الرطوبة	تسرب الرطوبة قبل التشغيل

 

عند سرد الاختبارات، من المفيد توضيح التوزيع صراحةً. وتُجرى الاختبارات الروتينية على كل وحدة: مقاومة اللفات، والنسبة، ومقاومة القصر الكهربائي، وفقدان الطاقة بدون حمل وبوجود حمل، واختبارات العزل بالجهد المطبق والجهد المستحث، بالإضافة إلى جهد الانهيار للزيت ونسبة الرطوبة في الوحدات المغمورة بالسوائل. ارتفاع درجة الحرارة أما اختبارات النوع — مثل اختبار الجهد الناتج عن الصاعقة واختبار تحمل القصر الكهربائي — فتجري على نموذج تمثيلي. وتُضاف الاختبارات الخاصة، مثل اختبار التفريغ الجزئي أو قياس مستوى الضوضاء، عند طلبها في المواصفات الفنية، وهي مطلوبة للوحدات التي ستوضع قرب المستشفيات أو مراكز البيانات أو المناطق السكنية.

 

كيف تتعامل شركة رايان إلكتريك مع حزم محولات المحطات الفرعية

تصنع شركة رايان إلكتريك المحولات في جيانغسو منذ عام ٢٠٠٧، من مصنعٍ تبلغ مساحته ١٢٠٠٠٠ متر مربع ويضم أكثر من ١٨٠ مجموعة من معدات الإنتاج والاختبار و٣٧ براءة اختراع في محفظتها. ومنذ عام ٢٠٢٣ تعمل الشركة كشريك اتحاد مشترك مع شركة إيتن، وتتمتع بشهادات UL وCSA وIEEE وDEKRA وCE وCNAS، كما تمتلك مختبرًا معتمدًا من CNAS وقدرة اختبار داخلية مزدوجة عند ٣٥ كيلوفولت و١١٠ كيلوفولت. شركتنا محول الطاقة تغطي سلسلة منتجاتها الوحدات المغمورة بالزيت حتى فئة ١١٠ كيلوفولت وبسعة ١٠٠٠٠٠ كيلوفولت أمبير للاستخدام في المحطات الفرعية، أما محول محطة فرعية الحزم التي نقدّم عروض أسعار لها في أغلب الأحيان فهي وحدات ثلاثية اللفات بجهد ٣٥ كيلوفولت و١١٠ كيلوفولت لتغذية لوحة التوزيع متوسطة الجهد.

مراجعة الهندسة هي الجزء الذي يعلق عليه العملاء. وعند وصول المواصفات مع ترك مقاومة الدخل، أو فئة الارتفاع، أو مدى التبديل مفتوحًا، يُعيد مهندسونا وثيقةً مُعلَّقةً مقترحًا لقيمةٍ مُحددة، مع توضيح السبب الكامن وراء هذه القيمة، وكل نقطةٍ تختلف فيها عن نص المناقصة. ويُرفق بكل وحدة تقرير اختبار روتيني خاص بها يُظهر الفقدان المقاس جنبًا إلى جنب بالقيم المضمونة، ويؤخذ هذا التقرير من نفس حجرة الاختبار التي أُجري فيها اختبار النوع لفئة ١١٠ كيلوفولت.

تنشر تفاصيل المدى على موقعنا الإلكتروني في صفحة محولات الطاقة وفي صفحة محولات المحطات الفرعية للمشاريع التي تدمج المحول مع معدات التحكم والحماية متوسطة الجهد داخل غلاف واحد.

 

تسعة عناصر يجب إغلاقها قبل إصدار أمر الشراء

ولا يستغرق أيٌّ منها وقتًا طويلاً. وبالفعل، لا تكلِّف اثنتان منها شيئًا على الإطلاق.

• التصنيف، والنسبة، ومجموعة المتجهات، المأخوذة من قائمة الأحمال المعتمدة بدلًا من دراسة المفهوم الأولية.
• الهدف من المعاوقة مع التسامح المسموح به، والأساس الذي حُسبت عليه.
• فئة التبريد وارتفاع درجة الحرارة، مع ذكر درجة حرارة الجو المحيط عند الموقع والارتفاع عن سطح البحر في ورقة البيانات.
• نطاق التحكم في الجهد وطريقة التحكم، بما في ذلك ما إذا كانت تنظيم الجهد التلقائي مطلوبة أم لا.
• الخسائر المضمونة عند حالة عدم التحميل وفي حالة التحميل، مع توضيح الطريقة التي تستخدمها عروضكم لتقييم هذه الخسائر.
• مستوى العزل والمسافات الخارجية الآمنة لفئة الجهد المُستهدفة.
• حزمة الاختبارات المطلوبة لكل وحدة ولكل تصميم، بالإضافة إلى اللغة المستخدمة في التقارير.
• متطلبات اللوحة التعريفية والوثائق، والتي يجب الاتفاق عليها قبل اعتماد الرسومات وليس بعدها.
• تعليمات التغليف والنقل والتخزين الخاصة بالمسار الفعلي إلى الموقع.

إذا ظلّت اثنتان أو ثلاث من البنود المذكورة أعلاه مفتوحة في عرضكم محول محطة فرعية أرسلوا إلينا المواصفات كما هي حاليًّا، مع إرفاق درجة حرارة الجو المحيط عند الموقع والارتفاع عن سطح البحر ومستوى العطل الناتج عن دراسة نظامكم. وسيقوم مهندسونا بإعداد ورقة توافق مقابل هذه المواصفات، تتضمن تعبئة القيم غير المسمّاة وتحديد كل انحراف بشكل واضح، وذلك لضمان أن مراجعة قبول الوحدة في المصنع لا تكون مفاجأة.

 

حول الكاتب: كتبت هذه المقالة فرقة الهندسة في شركة رايان إلكترك، وهي شريك مشترك مع شركة إيتن ومصنّع معتمَد من قِبل مؤسستي يو إل و سي إس إيه للمحولات في مقاطعة جيانغسو بالصين، وتزود مشاريع المرافق العامة ومراكز البيانات والطاقة المتجددة في أمريكا الشمالية والشرق الأوسط وأفريقيا وجنوب شرق آسيا.