تحلیل تأثیر بازرسی و نگهداری اتاقک قوس خلاء بر بهبود قابلیت اطمینان شکن‌های خلاء

ویسکوند کاترین بريکرز در شبکه‌های توزيع به طور گسترده استفاده می‌شوند. به عنوان قطعات اصلی تجهیزات تامین برق، عملکرد آنها به دو عامل وابسته است: قابلیت‌های مختل‌کننده خلاء و مشخصات مکانیکی کاترین بريکرز (فاصله باز شدن تماس، پیمایش، فشار، سرعت متوسط بستن/باز شدن، زمان جنبش بستن، ناهماهنگی باز-بستن، تعداد عملیات و تخریب مجاز تجمعی تماس‌ها). هر دوی این عوامل برای عملکرد مطمئن ضروری هستند. مختل‌کننده خلاء قلب کاترین بريکر است؛ بدون یک مختل‌کننده با عملکرد بالا و مطمئن، عملکرد مطمئن غیرممکن است. بنابراین، آزمون و نگهداری منظم مختل‌کننده‌ها از طریق ارزیابی کیفی-کمی عملکرد برای عملکرد ایمن و پایدار کاترین بريکر حیاتی است.

1 شاخص‌های عملکرد مختل‌کننده خلاء

یک مختل‌کننده خلاء شامل سیستم عایق‌بندی محکم (پوشش)، سیستم رسانا و سیستم محافظ است. عملکرد آن با سطح عایق‌بندی (مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس یک دقیقه، مقاومت ولتاژ ضربه 1.2/50)، درجه خلاء و مقاومت مستقیم مدار اصلی مشخص می‌شود. تشخیص و ارزیابی دقیق نیازمند آزمون و تحلیل جامع این شاخص‌ها است.

روش مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس به طور معمول برای آزمون عایق‌بندی محلی استفاده می‌شود. با پیشرفت تکنولوژی آزمون، آزمون درجه خلاء نیز به طور گسترده‌تری اعمال می‌شود. با این حال، بعضی از استانداردهای "آزمون‌های واگذاری و پیشگیرانه تجهیزات برق" در برخی استان‌ها به اندازه کافی تأکید بر آزمون درجه خلاء نمی‌کنند و حتی پیشنهاد می‌کنند "در صورت عدم امکان آزمون، از مقاومت ولتاژ شکست به عنوان جایگزین استفاده شود". این موضوع اشتباهات نظری و عملی ایجاد می‌کند و می‌تواند منجر به حوادث مدیریتی و فنی شود. من پیشنهاد می‌کنم که این مقررات به موقع بازنگری شوند تا سیستم ارزیابی عملکرد مختل‌کننده بهبود یابد و عملکرد ایمن تجهیزات شبکه توزیع تضمین شود.

1.2 نوع‌های خرابی مختل‌کننده خلاء

به عنوان یک شرکت‌کننده در آزمون‌های محلی، مشاهده شده است که خرابی‌های مختل‌کننده خلاء به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• خرابی‌های واضح با ویژگی‌هایی مانند پارگی پوشش یا آسیب دهلیز، منجر به ورود هوا، از دست دادن خلاء در مختل‌کننده و ارتباط با جو می‌شوند.

• خرابی‌های پنهانی به کاهش تدریجی درجه خلاء اشاره دارد. اگرچه مختل‌کننده با جو ارتباط ندارد، اما فشار داخلی هوا به دلیل فرآیندهای تولید، حمل و نقل، نصب یا نگهداری بیش از حد مجاز می‌شود که منجر به عدم توانایی مختل‌کننده در قطع به طور معمولی می‌شود. خطر این خرابی‌های پنهانی به طور قابل توجهی بیشتر از خرابی‌های واضح است. کاهش درجه خلاء به طور جدی بر توانایی قطع جریان بیش از حد تاثیر می‌گذارد، عمر مفید کاترین بريکر را به طور شدید کوتاه می‌کند و در شرایط حدی ممکن است منجر به انفجار کلید شود.

1.3 تحلیل محدودیت‌های آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس و آزمون درجه خلاء

از دیدگاه تجربه عملی محلی:

• آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس برای تشخیص خرابی‌های واضح بسیار موثر است و می‌تواند وضعیت مختل‌کننده را به طور کیفی تعیین کند. با این حال، دارای نقطه کوری برای خرابی‌های پنهانی است: وقتی درجه خلاء در محدوده 1×10⁻²Pa تا 1×10⁻³Pa است، آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس هنوز می‌تواند موفق باشد. در این زمان، درجه خلاء کمتر از آستانه ایمنی 1.66×10⁻²Pa شده است و تفاوت‌های جزئی قابل تشخیص نیستند.

• آزمایه‌گر درجه خلاء می‌تواند اندازه‌گیری دقیق در محدوده 1×10⁻¹Pa تا 1×10⁻⁵Pa انجام دهد و آزمون مختل‌کننده را از مرحله تحلیل کیفی به کمی تبدیل می‌کند. همچنین می‌تواند طول عمر مختل‌کننده خلاء را بر اساس تغییر درجه خلاء در یک دوره معین استنتاج کند و پشتیبانی فنی برای ارزیابی قابلیت اطمینان تجهیزات ارائه دهد. با این حال، این روش محدودیت‌هایی در محدوده آزمون دارد: وقتی بیش از 1×10⁻¹Pa تا 1×10⁻⁵Pa می‌شود، رابطه تناسبی بین جریان یونی و چگالی گاز باقی‌مانده (یعنی درجه خلاء) که آزمایه‌گر درجه خلاء به آن متکی است تغییر می‌کند و دقت نتایج آزمون تضمین نمی‌شود. به ویژه برای خرابی‌های واضح با نشت کامل (ارتباط با جو)، مقادیر آزمون معمولاً نزدیک به مقادیر حالت نرمال هستند که می‌تواند منجر به اشتباه در تشخیص شود. دلیل آن می‌تواند با تئوری برخورد گازی توضیح داده شود: وقتی فشار گاز افزایش می‌یابد، چگالی مولکولی افزایش می‌یابد که منجر به کوتاه‌تر شدن مسافت میانگین آزاد الکترون‌ها می‌شود. اگرچه تعداد برخوردها افزایش می‌یابد، اما تجمع کافی انرژی جنبشی الکترون‌ها کاهش می‌یابد و احتمال یونیزاسیون گاز کاهش می‌یابد که باعث می‌شود دستگاه درجه خلاء را به اشتباه خوب تشخیص دهد.

بر اساس تجربه آزمون محلی، باید به خصوص توجه داشت که آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس در آزمون‌ها نباید حذف شود. فقط وقتی مختل‌کننده از آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس موفق می‌شود، می‌توان اطمینان داشت که درجه خلاء در محدوده مؤثر آزمایه‌گر است و نتایج آزمون بعدی درجه خلاء قابل اعتماد خواهد بود. بنابراین، آزمون درجه خلاء و آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس باید به طور ترکیبی استفاده شوند. دو روش یکدیگر را مکمل می‌کنند و تکیه بر یک روش برای تشخیص وضعیت مختل‌کننده محدودیت‌هایی دارد.

1.4 آزمون مقاومت مدار اصلی

در آزمون‌های محلی، روش کاهش ولتاژ مستقیم برای آزمون مقاومت مدار اصلی استفاده می‌شود و از یک آزمایه‌گر با جریان حداقل 100A استفاده می‌شود. مقادیر مقاومت پس از واگذاری و نوسازی باید با مقررات سازنده مطابقت داشته باشند و در حین عملکرد نباید بیش از 1.2 برابر مقدار تولیدی باشد. وقتی از دست دادن تماس مختل‌کننده خلاء باعث تماس نامناسب می‌شود، مسائل می‌توانند از طریق آزمون مقاومت مدار تشخیص داده شوند. اگر مقاومت مدار اصلی برای مدت طولانی معتبر نباشد، می‌تواند باعث سرخ شدن مختل‌کننده شود که منجر به کاهش عملکرد عایق‌بندی قطعات مرتبط و حتی انفجار کوتاه مداری می‌شود.

2 اقدامات برای بهبود قابلیت اطمینان مختل‌کننده خلاء

• به طور منظم آزمون درجه خلاء (ترکیب با آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس 42kV) را برای تشخیص وضعیت مختل‌کننده انجام دهید. وقتی درجه خلاء کاهش یابد، باید مختل‌کننده خلاء جایگزین شود (بیشتر محصولات نیازمند جایگزینی همزمان سه فاز هستند اگر یک فاز معتبر نباشد) و آزمون‌های مشخصاتی مانند پیمایش، هماهنگی و جنبش انجام شود.

• دوره‌های آزمون را بر اساس مقررات آزمون‌های پیشگیرانه تجهیزات برق و شرایط واقعی واحد تدوین کنید. در دو سال اول پس از واگذاری فرکانس نظارت را افزایش دهید؛ توصیه می‌شود که آزمون‌های مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس و درجه خلاء را در نیمه سال، یک سال، 1.5 سال و 2 سال پس از واگذاری انجام دهید و سپس فرکانس را بر اساس شرایط عملکرد پس از 2 سال تنظیم کنید.

• دوره‌های نگهداری را به طور منطقی برنامه‌ریزی کنید و مختل‌کننده‌ها را با آزمون‌های پیشگیرانه سالانه بررسی کنید. پس از 2000 عملکرد عادی یا 10 قطع جریان اسمی، تمام قطعات و پارامترها را بررسی کنید؛ اگر پیچ‌ها لخت نباشند و پارامترهای فنی به استاندارد مطابقت داشته باشند، ادامه استفاده کنید.

• به طور منظم مقاومت تماس بین دو سر مختل‌کننده و ترمینال‌های مدار اصلی را آزمون کنید تا مطمئن شوید که از مقدار مشخص شده بیشتر نیست.

• در صورت امکان، اندازه‌گیری دما با تصویربرداری مادون قرمز روی مدار رسانا از طریق سوراخ مشاهده کنید تا روند دما را پیگیری کنید. مقاومت مدار اصلی نامعتبر، تماس نامناسب، نقص عایق‌بندی یا گرادیان گرمایشی کافی نبود به دلیل طراحی نامناسب مختل‌کننده می‌توانند همگی باعث افزایش دما در قطعات رسانا و عایق‌بندی شوند و منجر به حوادث شوند.

• پرسنل عملیاتی باید به طور منظم مکان کاترین بريکر را پاترول کرده و توجه داشته باشند که آیا خارج از مختل‌کننده خلاء (خروجی معمولاً نشان‌دهنده آزمون درجه خلاء نامعتبر است و نیاز به قطع برق و جایگزینی به موقع دارد) دارای خروجی است. نقاط کلیدی نگهداری:

• بررسی ظاهر و پاک کردن آلودگی

• اگر ضخامت تخریب تجمعی تماس‌های متحرک و ثابت بیش از 3mm باشد، مختل‌کننده خلاء را جایگزین کنید

• به طور منظم فاصله باز شدن تماس، پیمایش فشار و هماهنگی سه فاز را بررسی و تنظیم کنید

3 نتایج

• مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس، درجه خلاء و مقاومت مستقیم مدار اصلی مختل‌کننده خلاء شاخص‌های مهمی برای مشخص کردن عملکرد آن هستند که نقش کلیدی در درک روندهای نشت و برآورد طول عمر دارند.

• آزمون درجه خلاء و آزمون مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس هر دو محدودیت‌هایی دارند و باید به طور ترکیبی استفاده شوند تا تشخیص دقیق قابلیت اطمینان مختل‌کننده امکان‌پذیر باشد.

• این دو آزمون نمی‌توانند یکدیگر را جایگزین کنند؛ مختل‌کننده‌هایی که در آزمون‌ها موفق نیستند باید جایگزین شوند و توصیه می‌شود که مقررات آزمون صنعتی مربوطه به موقع بازنگری شوند.

• بهبود قابلیت اطمینان باید با آزمون‌های منظم درجه خلاء، مقاومت ولتاژ توان‌فرکانس و مقاومت مدار اصلی آغاز شود، آموزش فنی پرسنل عملیاتی و نگهداری را تقویت کنید، پاترول دقیق، اندازه‌گیری دما با مادون قرمز و برنامه‌ریزی دورة آزمون-نگهداری علمی را انجام دهید تا از انفجارها و سایر حوادث ناشی از عملیات غیربرقی نادرست در هنگام عملکرد یا تغییر بار کاترین بريکر پرهیز کنید.