إنه سيناريو يخشاه كل مدير منشأة. أنت تجري اختبارًا روتينيًا شهريًا، أو ما هو أسوأ من ذلك، تعمل أثناء انقطاع التيار الكهربائي، عندما يتعطل المولد فجأة. تومض لوحة التحكم بإنذار بالغ الأهمية - غالبًا ما يكون الرمز 81O أو 'High هرتز'. يتم إيقاف تشغيل الوحدة على الفور، مما يؤدي إلى إغراق المنشأة مرة أخرى في الظلام أو يتركك في محاولة لإعادة ضبط وحدة التحكم. هذه ليست رحلة إزعاج عشوائية. إنه تدخل وقائي مصمم لحماية محرك سيارتك من التدمير الذاتي.
يكمن جذر هذه المشكلة في العلاقة الفيزيائية الصارمة بين سرعة المحرك والإخراج الكهربائي. على عكس الجهد، الذي يتم تنظيمه بواسطة منظم الجهد التلقائي (AVR)، يتم قفل تردد المولد مباشرة على عدد دورات المحرك في الدقيقة. إذا كان المحرك يدور بسرعة كبيرة، فإن التردد يرتفع. في حين أن المشغلين غالبًا ما يلقون اللوم على 'تفريغ الأحمال'، فإن الواقع غالبًا ما يكون أكثر تعقيدًا، بما في ذلك فشل المنظم الميكانيكي، أو عدم استقرار الوقود، أو المعايرة غير الصحيحة.
إن تجاهل هذه الرحلات أمر خطير. إنها تشير إلى أن نظام الطاقة لديك يفقد السيطرة على طاقته الحركية. في هذا الدليل، نتجاوز النظريات الأساسية لاستكشاف الأسباب الجذرية الميكانيكية والتشغيلية للتردد الزائد، وكيفية تشخيصها، وكيفية حماية المعدات النهائية الهامة لديك من الأضرار غير المرئية.
دورة في الدقيقة = هرتز: التردد هو مجرد وظيفة لسرعة المحرك. يجب أن يدور المولد ثنائي القطب بسرعة 3000 دورة في الدقيقة (50 هرتز) أو 3600 دورة في الدقيقة (60 هرتز).
السبب رقم 1: 'رفض الحمل' المفاجئ (إزالة حمل ثقيل على الفور) هو السبب التشغيلي الأكثر شيوعًا، مما يتسبب في زيادة سرعة المحرك قبل أن يمسكه الحاكم.
الأسباب الميكانيكية: إذا كان الحمل مستقرًا، فعادةً ما تكمن المشكلة في 'صيد الحاكم' أو تسرب الهواء في خط الوقود أو روابط المشغل اللزجة.
مخاطر المعدات: التردد العالي يسبب التشبع المغناطيسي وارتفاع درجة حرارة المحولات والمحركات المتصلة بالنظام.
لتشخيص خطأ التردد، يجب عليك أولاً فهم الفيزياء التي تحكم أجهزتك. التردد ليس متغيرًا كهربائيًا يمكنك ضبطه باستخدام قرص؛ فهو نتيجة ميكانيكية لسرعة دوران المحرك. نحدد هذه العلاقة بصيغة محددة.
الفيزياء غير قابلة للتفاوض. عند حساب تردد المولد نستخدم المعادلة: F = (P × N) / 120.
في هذه الصيغة، F يمثل التردد (هرتز)، P هو عدد الأقطاب المغناطيسية في المولد، و N هي سرعة المحرك في عدد الدورات في الدقيقة. لكي ينتج مولد قياسي رباعي الأقطاب 60 هرتز، يجب أن يحافظ المحرك على 1800 دورة في الدقيقة بالضبط. إذا زادت سرعة المحرك حتى 1900 دورة في الدقيقة، يرتفع التردد إلى 63.3 هرتز. ويعني هذا القفل الميكانيكي أن أي عدم القدرة على التحكم في تدفق الوقود يؤدي بشكل مباشر إلى خطأ في التردد.
ليست كل الأحداث عالية التردد متشابهة. يجب على مديري المرافق التمييز بين حالة 'التجاوز' المؤقتة وحالة 'الهروب' الخطيرة. ويوضح الجدول أدناه الاختلافات الحاسمة.
| ميزة | التجاوز | الميكانيكي العابر |
|---|---|---|
| تعريف | ارتفاع مؤقت يحدث مباشرة بعد إزالة حمولة كبيرة. | تسارع غير منضبط حيث يستمر المحرك في التسارع بغض النظر عن الحمل. |
| مدة | يستمر من 1 إلى 5 ثوانٍ قبل الاستقرار. | مستمر حتى إيقاف السلامة أو الفشل. |
| السبب النموذجي | التشغيلية: تفريغ الأحمال أو استجابة الحاكم البطيئة. | الميكانيكية: رف الوقود عالق، أو نوابض حاكمة مكسورة، أو دخول السوائل. |
| حد ايزو 8528 | غالبًا ما يكون الانحراف <10% مقبولًا لفئة الأداء G2. | تعتبر أي عملية مستمرة > 115% من السرعة المقدرة أمرًا بالغ الأهمية. |
التجاوز هو رد فعل. عندما ينخفض حمل ثقيل، يكون لدى المحرك زخم ووقود زائدان. يتم رفع سرعته لفترة وجيزة قبل أن يقطع الحاكم الوقود. ومع ذلك، فإن Runaway هو فشل في حلقة التحكم نفسها. تحتوي وحدات التحكم الحديثة على 'رحلة تجاوز' للقبض على هذا مبكرًا، ولكن الهروب الميكانيكي الحقيقي يمكن أن يؤدي إلى تفكيك كارثي للمحرك إذا فشلت صمامات إغلاق سحب الهواء في التنشيط.
عندما ينطلق الإنذار، يكون السؤال المباشر هو: 'هل تغير الحمل، أم فشل المحرك؟' يمكننا تصنيف الأسباب إلى أربع مجموعات مختلفة.
هذا هو الجاني الأكثر شيوعا. تنتج محركات الديزل عزم الدوران عن طريق حقن الوقود. إذا كان المولد يعمل بقدرة 80%، فإن رف الوقود يكون مفتوحًا على مصراعيه للحفاظ على السرعة مقابل تلك المقاومة. إذا توقف مصعد كبير، أو توقف جهاز التبريد، أو فتح مفتاح التحويل فجأة، فإن هذه المقاومة تختفي على الفور.
لا يزال المحرك يحتوي على كمية كبيرة من الوقود في غرف الاحتراق وخطوط الوقود. هذه الطاقة ليس لها مكان تذهب إليه سوى تسريع دولاب الموازنة. المحرك يدور بسرعة. إذا كان الحاكم بطيئًا جدًا في الاستجابة، فإن عدد الدورات في الدقيقة يتجاوز عتبة الأمان (عادةً 55 هرتز لوحدات 50 هرتز، أو 66 هرتز لوحدات 60 هرتز)، ويتعطل القاطع.
في بعض الأحيان يكون الحمل مستقرًا تمامًا، ومع ذلك يبدو المحرك وكأنه 'يتنفس' - حيث يدور لأعلى ولأسفل بشكل إيقاعي. وهذا ما يسمى الصيد.
يحدث الصيد عندما يكافح الحاكم للعثور على السرعة الصحيحة ولكنه يتجاوز الهدف باستمرار. في أدوات التحكم الإلكترونية، يشير هذا غالبًا إلى إعدادات PID (المشتق المتناسب والتكاملي) غير الصحيحة. إذا تم ضبط 'الكسب' على مستوى عالٍ جدًا، فإن وحدة التحكم تتفاعل بقوة شديدة مع التغييرات الطفيفة في السرعة، مما يتسبب في تأثير البندول. في الضوابط الميكانيكية القديمة، تمنع النوابض ذات وزن الذبابة البالية أو المحامل الكروية اللزجة الحركة السلسة، مما يتسبب في ارتفاع المحرك بشكل غير منتظم بين 48 هرتز و55 هرتز.
يتطلب التردد المستقر إمدادًا ثابتًا بالوقود. إذا دخل الهواء إلى خطوط الوقود من خلال خرطوم فضفاض أو متصدع، فإن كثافة الوقود تتقلب. تحاول وحدة التحكم في المحرك تعويض هذه الجيوب 'الضئيلة' عن طريق فتح دواسة الوقود بشكل أكبر. عندما تصل أخيرًا كمية من الوقود الصلب، يرتفع المحرك بعنف، مما يؤدي إلى زيادة التردد.
تلعب الروابط المادية أيضًا دورًا. إذا كان القضيب الذي يربط المشغل بمضخة حقن الوقود مقيدًا بسبب الأوساخ أو التآكل، فقد لا يعود إلى وضع 'انخفاض الوقود' بسرعة كافية عند إزالة الحمل. يخلق هذا التأخر الجسدي تأخيرًا خطيرًا في التحكم في السرعة.
في بعض الحالات المحيرة، يعمل المحرك بشكل جيد، لكن وحدة التحكم تعتقد أنه يسير بسرعة زائدة. غالبًا ما يكون هذا بسبب RFI (تداخل ترددات الراديو) أو EMI (التداخل الكهرومغناطيسي). يمكن أن تؤدي كابلات الجهد العالي التي تعمل بالقرب من أسلاك وحدة الالتقاط المغناطيسي (MPU) إلى حدوث ضوضاء. يفسر الحاكم هذا الضجيج على أنه نبضات ذات سرعة إضافية، ويحسب ترددًا عاليًا بشكل خاطئ ويؤدي إلى تعثر الوحدة.
وبالمثل، يمكن أن تسبب الأعطال الأرضية المتقطعة صدمات عزم الدوران. تناقش المنتديات الهندسية بشكل متكرر الحالات التي يؤدي فيها الخطأ الأرضي إلى نشوء حمل ثقيل لحظي يتم إزالته على الفور، مما يحاكي بشكل فعال حدث رفض الحمل الذي يربك الحاكم.
غالبًا ما يقوم المشغلون بإعادة ضبط إنذار التردد الزائد معتقدين، 'على الأقل لم يرتفع الجهد الكهربائي'. وهذا مفهوم خاطئ وخطير. التردد العالي هو القاتل الصامت للبنية التحتية للمنشأة، حتى لو ظل الجهد طبيعيًا.
تعمل المحولات والمحركات الحثية على أساس نسبة فولت لكل هرتز (V/هرتز) محددة. وهي مصممة لإدارة التدفق المغناطيسي بكثافة محددة. وعندما يرتفع التردد مع بقاء الجهد ثابتا، تتعطل هذه النسبة. ومع ذلك، إذا ارتفع الجهد أيضًا (وهو ما يحدث غالبًا أثناء تجاوز المولد)، يمكن أن يدخل قلب المحول في مرحلة 'التشبع المغناطيسي'.
يؤدي التشبع إلى خروج تدفق مغناطيسي طائش من القلب وتسخين الصفائح الفولاذية والخزان المحيط. وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بسرعة وتدهور العزل. المحول الذي يتعرض لارتفاعات متكررة في التردد سوف يفشل قبل الأوان، غالبًا بعد أشهر من الحدث.
يتم تحديد سرعة أي محرك تحريضي يعمل بالتيار المتردد من خلال تردد مصدر الطاقة. تؤدي زيادة تردد المولد بنسبة 10% إلى زيادة في سرعة المحرك بنسبة 10%.
بالنسبة لمضخة أو مروحة الطرد المركزي، فإن الطاقة اللازمة لدفع الحمل تزداد مع مكعب السرعة. زيادة السرعة بنسبة 10% لا تعني زيادة في التحميل بنسبة 10%، بل تتطلب طاقة أكبر بنسبة 33% تقريبًا. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة التحميل على ملفات المحرك، أو قطع وصلات العمود الميكانيكية، أو انفجار أنابيب المياه ذات الضغط العالي التي لم يتم تصنيفها لزيادة معدل التدفق.
تعتمد مراكز البيانات على أنظمة إمدادات الطاقة غير المنقطعة (UPS) لسد الفجوة أثناء انقطاع التيار الكهربائي. ومع ذلك، فإن وحدات UPS الحديثة حساسة للغاية. إذا كانت طاقة المولد 'متسخة' ذات تردد غير مستقر، فسوف ترفضها UPS لحماية الخوادم. وسيظل مستهلكًا لطاقة البطارية، وفي النهاية يستنزف بالكامل على الرغم من تشغيل المولد. وهذا يتعارض مع الغرض الكامل من وجود مولد احتياطي.
قبل الاتصال بالفني، يمكنك تضييق نطاق المشكلة باستخدام إطار العزل هذا. يساعد هذا المنطق في تحديد ما إذا كانت المشكلة تتعلق بالجهاز أم بالمبنى.
الإجراء: افتح قاطع الإخراج الرئيسي بحيث يتم فصل المولد تمامًا عن أحمال المنشأة. قم بتشغيل المحرك يدويًا.
منطق القرار:
إذا كان التردد غير مستقر بدون تحميل: فالمشكلة داخلية للمولد. ركز تشخيصك على الحاكم أو نظام الوقود أو المرشحات.
إذا كان التردد مستقرًا بدون تحميل: فمن المحتمل أن يكون المولد سليمًا. تكمن المشكلة في ملف تعريف تحميل المنشأة (انتقل إلى الخطوة 2).
الإجراء: إذا أمكن، استخدم بنك تحميل مقاوم لتطبيق الحمل بزيادات محكومة (25%، 50%، 75%).
الملاحظة: راقب مقياس التردد بعناية. لا تنطلق الوحدة إلا عند إزالة الحمل?
السبب الجذري: إذا حدثت الرحلة على وجه التحديد أثناء إزالة الحمولة، فإن منشأتك تقوم بإلقاء الكثير من الحمولة مرة واحدة. هذه مشكلة تشغيلية وليست عطلًا ميكانيكيًا.
إذا فشلت الوحدة في اختبار عدم التحميل، فقم بإجراء هذه الفحوصات المادية:
تحقق من MPU (وحدة الالتقاط المغناطيسي): قم بفك مستشعر السرعة من مبيت دولاب الموازنة. امسح أي نشارة معدنية. أعد تثبيته وتأكد من ضبط مسافة الفجوة وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة (عادةً ما يتم التراجع عن 1/2 إلى 3/4 دورة بعد الاتصال).
التحقق من الروابط: افصل ذراع المحرك. حرك رف الوقود باليد. يجب أن يكون ملمسه ناعمًا بدون أي بقع أو حصى أو احتكاك.
التحقق من التردد الثابت: هل الإعداد الأساسي مرتفع للغاية؟ لا يترك إعداد عدم التحميل البالغ 53 هرتز (لوحدة 50 هرتز) مجالًا كبيرًا للخطأ. يؤدي ضبطه إلى 51.5 هرتز إلى منح النظام مساحة أكبر لامتصاص الارتفاعات.
بمجرد تحديد المصدر، تعتمد استراتيجية العلاج على الميزانية ودرجة الخطورة. استخدم هذا الدليل لتقرر خطوتك التالية.
إذا كانت المشكلة هي رفض التحميل، فلن تحتاج إلى إصلاحات المحرك؛ تحتاج إلى إدارة التحميل.
خطوات التحميل: أعد برمجة محولات النقل التلقائي (ATS) أو نظام إدارة المباني (BMS). بدلاً من جعل جميع المصاعد والمبردات متصلة بالإنترنت (أو غير متصلة بالإنترنت) في وقت واحد، قم بترتيبها بشكل متدرج. يؤدي التخلص من الحمل على مراحل إلى تقليل 'الركلة' التي يتلقاها المحرك.
ضبط الخمول الأساسي: إذا كان المولد سليمًا ميكانيكيًا ولكنه يتعطل بتفاوتات ضيقة، فقم بخفض إعداد التردد 'عدم التحميل' قليلاً. تأكد من بقائه ضمن الحد الأدنى للمواصفات (على سبيل المثال، ISO 8528 Class G2) للسماح بمخزن مؤقت أكبر للتجاوز.
إذا كان الحاكم يصطاد، يلزم إجراء صيانة احترافية.
ضبط الحاكم: يمكن للفني المؤهل توصيل جهاز كمبيوتر محمول أو استخدام مقياس متعدد لضبط حلقة PID. يمكن أن يؤدي ضبط مقاييس الجهد 'الكسب' و'الاستقرار' إلى تسهيل الاستجابة، والقضاء على التذبذب الذي يؤدي إلى إطلاق الإنذارات.
نزيف نظام الوقود: استبدل جميع مرشحات الوقود وفواصل المياه. قم بتسييل خطوط الضغط العالي لإزالة الهواء المحبوس. يؤدي هذا غالبًا إلى علاج سلوك 'الارتفاع' غير المنتظم الموجود في وحدات الديزل القديمة.
بالنسبة للمشكلات المزمنة في المواقع الهامة، توفر ترقيات الأجهزة أفضل حماية.
التحويل الميكانيكي إلى الإلكتروني: تتفاعل المولدات القديمة المزودة بمنظم وزن الذبابة الميكانيكي ببطء. توفر الترقية إلى مشغل إلكتروني ونظام تحكم أوقات رد فعل على مستوى المللي ثانية، مما يقلل بشكل كبير من التجاوز أثناء تغييرات الحمل.
تحجيم دولاب الموازنة: في التطبيقات الصناعية المتخصصة ذات الأحمال المتغيرة للغاية (مثل كسارات الصخور أو آلات اللحام الكبيرة)، تواجه المولدات القياسية صعوبات. تؤدي زيادة كتلة دولاب الموازنة إلى إضافة القصور الذاتي، مما يؤدي إلى تثبيط تقلبات السرعة جسديًا والحفاظ على استقرار التردد من خلال الطاقة الحركية المطلقة.
نادراً ما يكون مولد التردد الزائد شبحًا عشوائيًا في الجهاز. غالبًا ما يكون ذلك أحد أعراض عدم التطابق بين وقت تفاعل وقود المحرك وتغيرات حمل المنشأة. سواء كان السبب هو مشغل لزج، أو هواء في خطوط الوقود، أو حدث رفض كبير للحمل، فإن الفيزياء تظل كما هي: زيادة عدد الدورات في الدقيقة يساوي الهرتز الزائد.
لا تقم ببساطة بإعادة ضبط المنبه والابتعاد. تشير الرحلات المتكررة ذات التردد الزائد إلى وجود نظام يكافح للحفاظ على الاستقرار. وبمرور الوقت، سيؤدي عدم الاستقرار هذا إلى إتلاف المحركات باهظة الثمن، وارتفاع درجة حرارة المحولات، وربما تدمير المحرك نفسه. نوصي بإجراء اختبار بنك التحميل الاحترافي للتحقق من استجابة الحاكم. يعد تشخيص المشكلة الآن أرخص بكثير من استبدال المحول المنصهر أو قضيب التوصيل الذي تم إلقاؤه لاحقًا.
ج: تعمل المولدات القياسية بتردد 50 هرتز أو 60 هرتز حسب المنطقة. ومع ذلك، في ظل التحكم 'Droop'، يتم عادةً ضبط التردد على مستوى أعلى قليلاً (على سبيل المثال، 51.5 هرتز أو 61.5 هرتز) عند عدم التحميل ويستقر على التردد المقدر عند التحميل الكامل. يعتبر التباين بنسبة 3-5% بشكل عام عملية عادية.
ج: مباشرة، لا. عادةً ما تتسبب البطارية السيئة في فشل بدء التشغيل. ومع ذلك، إذا كان جهد التيار المستمر الذي يتم توفيره لوحدة التحكم الإلكترونية غير مستقر أو متقلب، فقد يتسبب ذلك في تصرف وحدة التحكم بشكل غير منتظم، مما قد يؤدي إلى التحكم غير المستقر في السرعة وصيد التردد.
ج: تسمى هذه الظاهرة 'الصيد'. وتحدث عندما يحاول الحاكم العثور على السرعة الصحيحة ولكنه يبالغ في التصحيح. يحدث هذا عادةً بسبب إعدادات 'الكسب' أو 'الثبات' غير الصحيحة في وحدة تحكم الحاكم، أو النوابض البالية والوصلات اللاصقة في الأنظمة الميكانيكية.
ج: إنها تضر بأشياء مختلفة. غالبًا ما يؤدي انخفاض التردد (انخفاض عدد الدورات في الدقيقة) إلى توقف المحرك أو ارتفاع درجة حرارته بسبب ضعف تدفق هواء التبريد. يعد التردد الزائد (عدد الدورات في الدقيقة المرتفع) أكثر خطورة بشكل عام على الحمل ، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المحولات ودوران المحركات بسرعة خطيرة، مما يؤدي إلى خطر الانفجار الميكانيكي.
