دراسة حالة تطبيقية لتقنية FGI SVG في مصنع كبير للصلب يعمل بفرن القوس الكهربائي

سيناريو التطبيق والقضايا الأساسية

يُعد فرن القوس الكهربائي ذو التيار المتردد، الذي تبلغ سعته 80 طنًا، المعدات الإنتاجية الأساسية في قاعدة صهر الصلب الخاص الكبيرة. أثناء صهر خردة الصلب، يكون تيار تشغيل الفرن غير مستقر للغاية، حيث يُظهر تقلبات عشوائية وسريعة وواسعة النطاق، مما يجعله حملاً غير خطي نموذجيًا من نوع الصدمات. ويتسبب هذا في مشاكل خطيرة في جودة الطاقة في نظام توزيع الطاقة بالمصنع ذي الجهد 10 كيلوفولت.

تأثير الطاقة التفاعلية الشديد : خلال مراحل قصر الدائرة الكهربائية واشتعال القوس الكهربائي، يمتص الفرن كمية كبيرة من الطاقة التفاعلية بشكل فوري. ويتسبب ذلك في تذبذب معامل قدرة الشبكة بشكل حاد بين 0.5 و0.9، بمتوسط ​​معامل قدرة يبلغ 0.78 فقط.

تقلبات ملحوظة في الجهد الكهربائي ووميض : تتسبب التغيرات الحادة في التيار التفاعلي في تقلبات متكررة في جهد ناقل الطاقة. ويؤدي ذلك إلى وميض ملحوظ في إضاءة ورشة العمل، مما يؤثر بشكل خطير على المهام البصرية ويهدد التشغيل المستقر لمعدات دقيقة أخرى مثل أفران التكرير وآلات الصب المستمر.

تلوث توافقي خطير : يُولّد حمل فرن القوس الكهربائي تيارات توافقية كبيرة، وخاصةً من الرتبة الثانية إلى السابعة. وتتسبب هذه التوافقيات في ارتفاع درجة حرارة المحولات والكابلات، مما يُسرّع من تلف عزل المعدات.

وتؤدي هذه المشاكل مباشرة إلى ارتفاع   غرامات رسوم تعديل معامل القدرة. علاوة على ذلك، فإن توقفات الإنتاج وتقلبات الجودة الناجمة عن عدم استقرار الجهد الكهربائي تخلق تكاليف إنتاج خفية كبيرة للمؤسسة.

الحل والتنفيذ

لم تتمكن الحلول التقليدية، مثل بنوك المكثفات الثابتة أو مكثفات الثايرستور، من معالجة هذه المشكلات. فبطء استجابتها (بالثواني) وعدم قدرتها على التعديل المستمر لم يسمحا بمواكبة التغيرات التي تحدث في فرن القوس الكهربائي على مستوى أجزاء من الثانية، بل إنها كانت تُعرّض المصنع لخطر حدوث رنين. وفي نهاية المطاف، اختار مصنع الصلب...FGI SVG كحل.

يعتمد مولد التيار التفاعلي (SVG) على أجهزة طاقة IGBT قابلة للتحكم الكامل، ويعمل كمولد تيار تفاعلي. تكمن ميزته الأساسية في الكشف الفوري عن تيار الحمل ، مما يتيح تعويضًا ديناميكيًا دقيقًا. تضمن المشروع تركيب مجموعة من أجهزة FGI SVG بالتوازي على قضيب التوزيع الكهربائي ذي الجهد 10 كيلوفولت في المحطة. وشملت أبرز ميزات التنفيذ ما يلي:

التتبع السريع : يقوم نظام التحكم في جهاز SVG بمراقبة تيار فرن القوس الكهربائي في الوقت الفعلي. سرعة استجابته الديناميكية أسرع بكثير من معدل تغير ظروف تشغيل الفرن.

إدارة الوظائف المزدوجة : أثناء توليد الطاقة التفاعلية السعوية أو الحثية لموازنة الطلب التفاعلي للنظام، تقوم وظيفة مرشح الطاقة النشط (APF) في الوقت نفسه بتصفية التيارات التوافقية ذات الرتب المحددة.

التشغيل الذكي : يقوم الجهاز بالتبديل تلقائيًا وبسلاسة بين أوضاع تعويض الطاقة التفاعلية وتصفية التوافقيات بناءً على طلب الشبكة، مما يتيح التشغيل التلقائي الكامل على مدار الساعة.

النتائج التشغيلية

بعد تشغيل وحدة توليد الطاقة الكهرومائية FGI SVG، تحسنت جودة الطاقة في المحطة بشكل جذري، مع نتائج ملحوظة:

تحسّن ملحوظ في جودة الطاقة : ارتفع متوسط ​​معامل القدرة بشكل مطرد من 0.78 إلى أكثر من 0.98، مما قضى تمامًا على تأثيرات انخفاض معامل القدرة. وانخفضت سعة تذبذب جهد ناقل الطاقة بأكثر من 70%، واختفى وميض الإضاءة بشكل شبه كامل. وقد وفّر ذلك بيئة جهد مستقرة وموثوقة لخط الإنتاج بأكمله. كما استوفت معدلات محتوى التيارات التوافقية الرئيسية المعايير الوطنية، وتمّ حلّ مشكلات التسخين غير الطبيعي في المحولات والكابلات.

فوائد اقتصادية مباشرة وملحوظة : يوفر المصنع الآن عشرات الآلاف من الدولارات شهريًا من رسوم تعديل معامل القدرة. كما أن انخفاض التوافقيات واستقرار الجهد يقللان بشكل كبير من الفاقد وارتفاع درجة الحرارة في معدات النقل والتوزيع، مثل المحولات والكابلات، مما يطيل عمرها الافتراضي ويقلل تكاليف الصيانة. وقد أدى تحسين استقرار إمدادات الطاقة إلى تقليل حالات التوقف غير المخطط لها في خطوط إنتاج التكرير والصب المستمر المرتبطة بها، والتي كانت ناجمة عن مشاكل الجهد، إلى الصفر، مما يضمن إنتاجية وجودة المنتج.

تشغيل النظام بشكل آمن وموثوق : يعمل جهاز FGI SVG بكفاءة عالية وخسائر منخفضة للغاية (<0.8%). يعمل الجهاز بسلاسة، مما يلغي الحاجة إلى عمليات التبديل المتكررة التي تتطلبها بنوك المكثفات التقليدية، وبالتالي يقلل من مخاطر أعطال لوحة التبديل.

يُعدّ جهاز FGI عالي الجهد SVG حلاً مثالياً لمشاكل جودة الطاقة الناتجة عن الأحمال غير الخطية ذات التأثير المفاجئ، مثل أفران القوس الكهربائي. فهو لا يُتيح فقط تعويضاً سريعاً وديناميكياً للطاقة التفاعلية، ويُثبّت الجهد، ويُحسّن معامل القدرة، بل يُقلّل أيضاً من التوافقيات بفعالية، مُحققاً بذلك "فوائد متعددة بجهاز واحد". يُعوّض هذا الاستثمار تكلفته في فترة وجيزة من خلال توفير الطاقة وخفض الرسوم. والأهم من ذلك، أنه يضمن سلامة واستقرار وكفاءة نظام إمداد الطاقة في المؤسسة على المدى الطويل. كما يُرسي أساساً متيناً للطاقة من أجل إنتاج مستمر وآلي، مُقدّماً قيمة شاملة تتجاوز بكثير قيمة أجهزة التعويض التقليدية.