في التشغيل اليومي للسكك الحديدية المكهربة، يؤثر استقرار نظام إمداد طاقة الجر بشكل مباشر على كفاءة النقل والتحكم في التكاليف. يتميز حمل الجر في السكك الحديدية المكهربة بحمل تأثير غير خطي أحادي الطور. عند توصيله بنظام الطاقة، يميل إلى التسبب في مشاكل مثل التلوث التوافقي، وتيار التسلسل السلبي المفرط، وانخفاض معامل القدرة، والتي تبرز بشكل خاص على الخطوط التي تعمل بقاطرات كهربائية AC-DC من نوع Shaoshan من طراز SS4 وSS8 وSS9. مع تحسين آلية التشغيل التجاري في سوق الطاقة واعتماد طريقة القياس حيث يُحسب النقل العكسي للطاقة التفاعلية على أنه موجب، ستواجه وحدات تشغيل السكك الحديدية غرامات كبيرة عندما يكون معامل القدرة لمحطات الجر الفرعية دون المستوى المطلوب، مما يزيد بشكل كبير من تكاليف النقل بالسكك الحديدية. يوفر ظهور مولد فار الثابت (SVG) حلاً فعالاً لمعالجة هذه المشاكل.
1. نقاط ضعف الأحمال في السكك الحديدية الكهربائية واحتياجات تعويض الطاقة التفاعلية
تشكل خصائص الأحمال الجر للسكك الحديدية الكهربائية تحديات متعددة لنظام الطاقة، وفهم هذه الخصائص أمر أساسي لتحقيق تعويض فعال.
1.1 مصدر توافقي غير متوازن ثلاثي الطور
تعتمد قاطرات السكك الحديدية الكهربائية على تقنية تصحيح الثايرستور. هذه الأحمال أحادية الطور غير المتماثلة، عند توصيلها بنظام الطاقة، تُعطّل التشغيل المتماثل لشبكة الطاقة. في الوقت نفسه، ونظرًا للطبيعة غير الخطية للقاطرات الكهربائية، أثناء إمداد الطاقة من نظام الطاقة إلى السكك الحديدية، يتحول جزء من طاقة الموجة الأساسية إلى توافقيات أثناء نقلها من النظام، مما يُقلل من جودة الطاقة ويُلحق الضرر بمعدات النظام.
1.2 حمل التأثير
حمل الجر في السكك الحديدية الكهربائية هو حمل خاص أحادي الطور، متحرك، ويتغير سعته بشكل متكرر وكبير. يعمل يوميًا وفقًا لمخطط تشغيل القطار، مما يُظهر خصائص واضحة للحمل المتقلب اليومي. يرتبط هذا الحمل المتقلب اليومي بعوامل مختلفة، مثل حالة الخط، ونوع القاطرة وتشغيلها، وسرعتها، ووزن الجر، ومخطط التشغيل، مما يُظهر خصائص تقلب كبيرة، مما يجعله مختلفًا عن أحمال الطاقة المستمرة العامة.
1.3 تأثير معامل القدرة المنخفض
يؤدي انخفاض معامل القدرة لمحطات الجر الفرعية إلى زيادة فقدان الجهد في شبكة النقل، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الطاقة في شبكة الطاقة وزيادة فقدان الجهد في نظام إمداد الطاقة. ينخفض جهد السلسلة، ويزداد التيار المار عبر المعدات الرئيسية مثل محولات خفض الجهد والمحركات في القاطرات الكهربائية، مما يؤدي إلى زيادة توليد الحرارة، مما يؤثر على خرج الطاقة للقاطرات الكهربائية، ويزيد من احتمالية أعطال الدائرة الرئيسية، ويقصر من عمر خدمة القاطرات. كما يؤدي ذلك إلى عدم استغلال سعة محول الجر بشكل كامل، مما يتطلب زيادة سعة المحول لتوفير حمل جر معين، مما يرفع تكاليف إمداد الطاقة.
2. المبادئ التقنية والمزايا الأساسية لـ SVG
2.1 مبدأ التعويض الديناميكي لـ SVG
يعتمد مبدأ عمل SVG الأساسي على توصيل دائرة جسر ذاتية التبديل بشبكة الكهرباء عبر مفاعل أو مباشرةً. من خلال ضبط طور وسعة جهد خرج التيار المتردد لدائرة الجسر بشكل مناسب، أو التحكم المباشر في تيارها المتردد، يمكن للدائرة امتصاص أو بث التيار التفاعلي المطلوب لتحقيق هدف التعويض الديناميكي. بالإضافة إلى ذلك، بعد اعتماد تقنيات مثل متعدد المستويات، ومتعدد الأطوار، أو تعديل عرض النبضة (PWM)، يمكن لـ SVG تقليل المحتوى التوافقي في تيار التعويض بشكل كبير. مقارنةً بـ SVC التقليدي المتمثل في TCR، يستخدم SVG مكونات مكثف أصغر، مما يقلل حجم الجهاز بشكل كبير ويوفر مساحة.
2.2 SVG مقابل SVC: لماذا SVG أكثر فائدة؟
حاليًا، تعتمد محطات الجرّ الفرعية للسكك الحديدية الكهربائية في الصين بشكل رئيسي على مُعَوِّض التباين الساكن (SVC) ومُوَلِّد التباين الساكن (SVG) لحل هذه المشاكل. يُقسَّم مُعَوِّض التباين الساكن (SVC) بشكل رئيسي إلى مُعَوِّضات تباين ساكنة (FC+TCR) تستخدم مُفاعلات مُتحكَّم بها بالثايرستور (TCR) وتعويضات مكثفات ثابتة (FC) معًا، ومُعَوِّضات تباين ساكنة من نوع MCR تستخدم مُفاعلات مُتحكَّم بها مغناطيسيًا (MCR) مع مجموعات مكثفات تحويلية. مع تطور تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، أصبح تطبيق مُعَوِّض التباين الساكن (SVG) في السكك الحديدية الكهربائية أكثر نضجًا. مقارنةً بمُعَوِّض التباين الساكن (SVC)، يتميز مُعَوِّض التباين الساكن (SVG) بمرونة التحكم، وسرعة الاستجابة، والموثوقية العالية، وصغر مساحة الأرضية.
٣. ممارسة تجديد SVG في محطة ناندان الفرعية للجر
3.1 خلفية التجديد: المعدات القديمة بحاجة ماسة إلى التحديث
خط قويتشو-قوانغشي هو خط سكة حديد كهربائي أحادي المسار، ولا تزال بعض القاطرات الكهربائية من طراز شاوشان تعمل على الخط. محطة ناندان الفرعية على خط قويتشو-قوانغشي هي محطة جر فرعية تعمل بالتيار المباشر، بجهد وارد يبلغ 110 كيلو فولت. تبلغ السعة المركبة للمحول 2×(8+12.5) ميجا فولت أمبير، مع أسلاك ثلاثية الطور V/V. تعمل هذه المجموعة من المعدات منذ أكثر من 10 سنوات، مع حدوث مشاكل مثل أعطال الثايرستور ولوحة التحكم بشكل متتالي. بعد سحب معدات التعويض الديناميكي، كان معامل القدرة لمحطة الجر الفرعية 0.75 فقط. لذلك، تقرر استبدال معدات SVC الأصلية بمعدات SVG ذات مزايا أكثر وضوحًا. بعد الاستبدال، تبلغ سعات التعويض لمعدات SVG من الطور A والطور B 9 ميجا فولت أمبير و5 ميجا فولت أمبير على التوالي.
3.2 محاولة تعويض SVG أحادي الطور: ظهور مشاكل
بعد الانتهاء من استبدال معدات المرحلة ب، ونظرًا لطول مدة استبدال جهاز تعويض المرحلة أ، ولعدم تلبية معامل القدرة لمتطلبات شركة الكهرباء التي تتجاوز 0.9 أثناء عملية الإنشاء، جرت محاولة لتعويض القدرة التفاعلية للمحطة الفرعية بأكملها بتشغيل الطور الواحد (الطور ب) فقط عند جهد 27.5 كيلو فولت. ومع ذلك، ومن خلال مراقبة بيانات التشغيل بعد التشغيل، ومع تشغيل مولد الطاقة أحادي الطور (SVG) فقط خلال يوم واحد، بلغ معامل القدرة للمحطة الفرعية 0.79. والسبب هو أن القدرة التفاعلية والفعالة للمحطة الفرعية تُحسب على جانب الجهد العالي لنظام 110 كيلو فولت، بينما تقع نقطة التحكم في مولد الطاقة أحادي الطور (SVG) عند جهد 27.5 كيلو فولت من الطور ب، ويتم إنتاج القدرة التفاعلية المعوضة بواسطة الطور ب.
3.3 التحسين والتعديل والتأثير النهائي
لتلبية متطلبات التعويض لجانب الجهد العالي، وُصلت نقطة أخذ العينات الحالية لمولد الطاقة الديناميكية الطور ب (SVG) بجانب الجهد العالي 110 كيلو فولت لمحاولة تعويض القدرة التفاعلية للمحطة الفرعية بأكملها. ومع ذلك، خلال التشغيل التجريبي، ورغم تحسن معامل القدرة بشكل ملحوظ في البداية، ليصل إلى حوالي 0.85، إلا أنه مع زيادة وقت التشغيل، انقطع قاطع دائرة التعويض الديناميكي للطور ب بسبب الجهد الزائد، وتجاوز الجهد المسجل في الموقع لناقل الطاقة 27.5 كيلو فولت 31 كيلو فولت. أخيرًا، بعد تشغيل كلٍّ من معدات مولد الطاقة الديناميكية الطور أ والمرحلة ب (SVG)، أظهر جهاز مولد الطاقة الديناميكية خصائص تعويض جيدة، حيث بلغ معامل القدرة للمحطة الفرعية بأكملها 0.97، كما أظهر أداءً جيدًا في الترشيح.
4. الخاتمة العملية: رؤى رئيسية لتطبيق SVG
تُظهر عملية تجديد محطة ناندان للجر أن مولد الفار الثابت (SVG) يتميز بمزايا بارزة مقارنةً بمُعوض الفار الثابت التقليدي (SVC). مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن طريقة تعويض القدرة التفاعلية للمحطة بأكملها عن طريق تغيير موضع نقطة أخذ العينات عند تشغيل مولد فار ثابت أحادي الطور صعبة التنفيذ، خاصةً عند تركيبه على جانب الحمل الخفيف، مما يُسبب بسهولة تعويضًا زائدًا. لتحقيق تعويض القدرة التفاعلية للمحطة بأكملها، من الضروري تشغيل مرحلتين أو أكثر من معدات مولد الفار الثابت.
تتمتع شركة هينجرونغ للكهرباء المحدودة بخبرة واسعة في مجال تكنولوجيا تعويض القدرة التفاعلية. وبفضل خبرتنا الهندسية الواسعة، نوفر حلول SVG مُخصصة لمساعدة العملاء على تحسين معامل القدرة لأنظمة إمداد طاقة الجر، وتقليل مخاطر الأخطاء التشغيلية، وخفض تكاليف النقل بالسكك الحديدية.