Gefahren durch häufigen Betrieb von Laststufenschaltern und Analyse der Grenzwerte für die Schalthäufigkeit

Feld: Fertigung

10Year<

China

Der Laststufenschalter (OLTC) ist die Kernkomponente, die die Netzspannungsstabilität aufrechterhält und die Spannungsregelung von Transformatoren unter Last ermöglicht. Da jedoch jeder Schaltvorgang unweigerlich eine Lichtbogenbildung und mechanische Bewegungen mit sich bringt, beschleunigt ein übermäßig häufiges Schalten nicht nur die Alterung der Ausrüstung, sondern kann auch zu schweren Sicherheitsunfällen führen. Dieser Artikel konzentriert sich auf ölgefüllte Laststufenschalter mit Widerstandsübergang, wobei der Anwendungsbereich mit DL/T 574-2021 übereinstimmt.

Zylindrischer, mastmontierter Spannungsregler, ausgestattet mit Manometer und Isolierdurchführungen

1. Hauptrisiken durch häufiges Schalten

Häufige Stufenschaltvorgänge beschleunigen die Verschlechterung des Schalters aus elektrischer, isolatorischer und mechanischer Sicht, wie im Folgenden zusammengefasst:

Gefahr	Mechanismus	Folge
Kontaktverschleiß und erhöhte Erwärmung	Häufige Spannungsregelung verursacht starken mechanischen Verschleiß, elektrische Erosion und Kontaktverschmutzung; bei höheren Lastströmen schwächt der thermische Effekt des Stroms die Federelastizität, wodurch der Kontaktdruck zwischen beweglichen und festen Kontakten verringert und der Übergangswiderstand erhöht wird, was wiederum zur Erwärmung der Kontakte führt	Oxidationskorrosion und mechanische Verformung auf der Kontaktoberfläche beschleunigen sich, was einen Teufelskreis erzeugt, der letztendlich zur Beschädigung des Stufenschalters führen kann
Ausfall des Übergangswiderstands und Kurzschlussrisiko	Der Übergangswiderstand hält bei jedem Schaltvorgang einem großen Stromstoß stand und erzeugt dabei augenblicklich hohe Temperaturen; häufiges Schalten kann sein Material verspröden, seinen Widerstandswert verändern oder ihn sogar durchbrennen lassen	Wenn das Lastschalten fortgesetzt wird, nachdem der Widerstand durchgebrannt ist, entsteht an der Bruchstelle ein starker Lichtbogen, der zu einem Kurzschluss zwischen den Anzapfungen führt, den Anzapfungsabschnitt der Hochspannungswicklung durchbrennt und sogar irreparable Schäden am Schalter verursacht
Verschlechterung der Ölqualität und Isolationsabbau	Lichtbögen durch häufiges Schalten verursachen die Zersetzung des Isolieröls im Schalter, wodurch Verunreinigungen wie freier Kohlenstoff und Feuchtigkeit entstehen	Die Ölqualität verschlechtert sich und die Isolationsfestigkeit sinkt, was nicht nur die Anzahl der Schaltvorgänge begrenzt, sondern auch Teilentladungen oder Überschläge auslösen kann, die den sicheren Betrieb der Anlage gefährden
Ermüdung mechanischer Komponenten und Schaltverweigerung	Langfristiger häufiger Betrieb ermüdet mechanische Komponenten wie die Hauptfeder des Schnellumschaltmechanismus, was möglicherweise zu Schäden am Übertragungssystem, mechanischen Blockierungen und dem Ausfall des Endschalters führen kann	Der Schalter kann nicht schalten oder versagt während des Schaltvorgangs (Schaltverweigerung)

2. Strenge Grenzen für die Stufenschalthäufigkeit

Die Anzahl der Stufenschaltungen eines Laststufenschalters wird durch seine mechanische und elektrische Lebensdauer begrenzt. Gemäß den Produktstandards der Hersteller und der Branchenpraxis beträgt die elektrische Lebensdauer eines Laststufenschalters in der Regel nicht weniger als 200.000 Schaltspiele und die mechanische Lebensdauer nicht weniger als 500.000 Schaltspiele, wobei die Prüfverfahren auf IEC 60214-1:2014 basieren (entspricht dem aktuellen nationalen Standard GB/T 10230.1-2019, Stufenschalter – Teil 1: Leistungsanforderungen und Prüfverfahren). Im tatsächlichen Betrieb gelten gemäß den Instandhaltungsvorschriften die folgenden Grenzwerte:

Grenzwerte für Instandhaltung und Lebensdauer (gemäß dem aktuellen Branchenstandard DL/T 574-2021, Leitfaden für den Betrieb und die Instandhaltung von Stufenschaltern von Leistungstransformatoren):

Ein neu in Betrieb genommener Stufenschalter sollte nach 1–2 Jahren Betriebszeit oder nach 5000 Stufenschaltungen einer Kerninspektion unterzogen werden.
Nachdem die kumulierte Anzahl der Stufenschaltungen den vorgeschriebenen Grenzwert für den Instandhaltungszyklus erreicht hat, sollte eine Generalüberholung durchgeführt werden; wenn kein expliziter Grenzwert festgelegt ist, ist in der Regel auch alle 10.000–20.000 Stufenschaltungen oder alle 3–5 Jahre eine Kerninspektion erforderlich.

Täglicher Grenzwert für die Stufenschalthäufigkeit ：Befolgen Sie die Betriebsvorschriften jedes Netzbetreibers (die Grenzwerte variieren je nach Spannungsklasse und Region; im Allgemeinen wird die tägliche Stufenschalthäufigkeit von Haupttransformatoren ab 110 kV streng kontrolliert).

Schaltpause ：Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stufenschaltungen sollte ein ausreichender Zeitintervall eingehalten werden; spezifische Anforderungen richten sich nach den Betriebsvorschriften und den Anweisungen des Herstellers.

Überlastgrenzwert：Stufenschaltvorgänge sind verboten, wenn der Transformator unter Überlast läuft (außer unter besonderen Umständen).

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3. Weitere Fälle, in denen Stufenschaltungen verboten sind

Zusätzlich zur Überschreitung des Grenzwerts für die Anzahl der Stufenschaltungen ist das Schalten des Laststufenschalters unter den folgenden Bedingungen ebenfalls nicht zulässig:

Unzulässiger Zustand	Beschreibung
Transformator im Überlastbetrieb	Außer unter besonderen Umständen
Das Gasrelais des Laststufenschalters gibt Alarm	—
Die Durchschlagfestigkeit des Öls des Laststufenschalters ist unzureichend	Durchschlagsspannung unter dem Sollwert oder kein Öl im Ölstandsanzeiger
Fehlfunktionen des Laststufenschalters	—

Zusammenfassung

Als Kernkomponente zur Regelung der Transformatorspannung ist der Laststufenschalter bei häufigen Betätigungen einer Reihe schwerwiegender Gefahren ausgesetzt, darunter Kontaktverschleiß, Durchbrennen der Übergangswiderstände, Verschlechterung des Isolieröls und mechanische Ermüdung.

Um die Netzsicherheit zu gewährleisten, müssen Stufenschaltvorgänge die Häufigkeitsgrenzen in den Wartungsvorschriften strikt einhalten (beispielsweise sollte eine Kerninspektion 1–2 Jahre nach der Inbetriebnahme oder nach 5000 Stufenschaltungen durchgeführt werden, und eine Generalüberholung sollte nach Erreichen der vorgeschriebenen Wartungszyklusgrenze erfolgen). Zudem ist die tägliche Häufigkeit der Stufenschaltungen gemäß den Vorschriften des Betreibers zu kontrollieren.

Gleichzeitig ist das Stufenschalten unter abnormalen Bedingungen wie Anlagenüberlastung, Gasrelaisalarm oder unzureichender Ölqualität untersagt.

Bearbeitet von：Garca

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Themen:

Automatischer Spannungsregler