Analyse van de invloed van inspectie en onderhoud van vacuümboogkamers op het verbeteren van de betrouwbaarheid van vacuümschakelaars

Vacuümschakelaars worden wijdverspreid gebruikt in distributienetten. Als kerncomponenten van energievoorzieningsapparatuur hangt hun prestatie af van zowel de capaciteiten van de vacuümonderbrekers als de mechanische kenmerken van de schakelaars (contactafstand, slag, druk, gemiddelde sluit- en opensnelheid, sluitveer, asynchrone sluiten - openen, aantal bedrijfscycli en toegestane cumulatieve slijtage van contacten). Beide zijn cruciaal voor betrouwbare werking. De vacuümonderbreker is het "hart" van de schakelaar; zonder een hoogwaardige, betrouwbare onderbreker is hoge betrouwbaarheidsoperatie onmogelijk. Daarom is regelmatige detectie en onderhoud van onderbrekers, via kwalitatief-kwantitatieve prestatiebeoordeling, essentieel voor veilige, stabiele werking van de schakelaar.

1 Prestatie-indicatoren van vacuümonderbrekers

Een vacuümonderbreker bestaat uit een hermetisch isolatiesysteem (omhulling), geleidingsysteem en schilderingsysteem. De prestatie wordt gekenmerkt door isolatieniveau (1-minuut netfrequentie uithoudspanning, 1.2/50 impulsuithoudspanning), vacuümgraad en hoofdcircuit DC-weerstand. Accurate detectie en evaluatie vereisen grondige testen en analyse van deze indicatoren.

De methode van netfrequentie uithoudspanning wordt vaak gebruikt voor ter plaatse isolatietests. Met de vooruitgang in testtechnologie wordt vacuümgraaddetectie steeds vaker toegepast. Echter, in sommige provinciale "Regels voor overdracht en preventieve tests van elektrische apparatuur" wordt de nadruk op vacuümgradendetectie onvoldoende gelegd, zelfs wordt voorgesteld "netfrequentie uithoudspanning te gebruiken als vervanging wanneer detectie niet mogelijk is". Dit creëert theoretische en praktische misverstanden, met risico's voor management en technische ongevallen. Ik stel voor om de regels tijdig te herzien om het systeem voor beoordeling van onderbrekerprestaties te verbeteren en de veilige werking van distributienetapparatuur te waarborgen.

1.2 Fouttypen van vacuümonderbrekers

Als deelnemer aan ter plaatse detectie is gebleken dat de fouten in vacuümonderbrekers in twee categorieën kunnen worden verdeeld:

• Expliciete fouten worden gekenmerkt door scheuren in de behuizing of beschadiging van de bellow, wat leidt tot luchttoevoer, verlies van vacuüm in de onderbreker en communicatie met de atmosfeer.

• Impliciete fouten verwijzen naar de geleidelijke afname van de vacuümgraad. Hoewel de onderbreker geen communicatie heeft met de atmosfeer, overschrijdt de interne luchtdruk de toegestane waarde wegens productieprocessen, transport, installatie of onderhoudsfactoren, waardoor de onderbreker de normale doorsnede-eigenschappen niet meer kan voldoen. Het gevaar van dergelijke latente fouten is aanzienlijk hoger dan dat van expliciete fouten. De afname van de vacuümgraad zal de overstroomdoorsnede-eigenschappen van de vacuümschakelaar ernstig beïnvloeden, de levensduur van de schakelaar aanzienlijk verkorten en in extreme gevallen kan het tot explosies van de schakelaar leiden.

1.3 Beperkingenanalyse van netfrequentie uithoudspanning en vacuümgradetesten

Vanuit het perspectief van praktijkervaring ter plaatse:

• De netfrequentie uithoudspanningstest is zeer effectief voor de detectie van expliciete fouten en kan de status van de onderbreker kwalitatief bepalen. Echter, er is een detectieblindspot voor impliciete fouten: wanneer de vacuümgraad tussen 1×10⁻²Pa en 1×10⁻³Pa ligt, kan de netfrequentie uithoudspanningstest nog steeds slagen. Op dat moment is de vacuümgraad al lager dan de veiligheidsgrens van 1.66×10⁻²Pa, en kunnen subtiele verschillen niet worden onderscheiden.

• De vacuümgradetester kan nauwkeurige metingen bereiken binnen het bereik van 1×10⁻¹Pa tot 1×10⁻⁵Pa, waarmee de detectie van onderbrekers van kwalitatieve analyse naar kwantitatieve fase wordt gebracht. Het kan ook de levensduur van de vacuümonderbreker afleiden op basis van de verandering van de vacuümgraad over een bepaalde periode, wat technische ondersteuning biedt voor de betrouwbaarheidsbeoordeling van apparatuur. Echter, deze methode heeft beperkingen in het testbereik: wanneer het bereik van 1×10⁻¹Pa tot 1×10⁻⁵Pa wordt overschreden, verandert het evenredige verband tussen ionstroom en restgasdichtheid (dat wil zeggen, vacuümgraad) dat de vacuümgradetester gebruikt, en kan de nauwkeurigheid van de testresultaten niet worden gegarandeerd. Vooral bij expliciete fouten met volledige lekken (communicatie met de atmosfeer) zijn de testwaarden vaak vergelijkbaar met die in de normale staat, wat gemakkelijk tot foute beoordelingen kan leiden. De reden hiervoor kan worden verklaard door de gascollisionstheorie: wanneer de gasdruk toeneemt, neemt de moleculaire dichtheid toe, wat resulteert in een kortere gemiddelde vrije baan van elektronen. Ondanks de toename van botsingen, neemt de accumulatie van kinetische energie van elektronen niet voldoende toe, wat de kans op ionisatie van gasmoleculen vermindert, waardoor het apparaat de vacuümgraad foute beoordeelt als goed.

Op basis van praktijkervaring ter plaatse moet speciale aandacht worden besteed aan het feit dat de netfrequentie uithoudspanningstest niet mag worden weggelaten tijdens de detectie. Alleen als de onderbreker de netfrequentie uithoudspanningstest doorstaat, kan worden gegarandeerd dat de vacuümgraad binnen het effectieve bereik van de tester ligt, en kunnen de daaropvolgende vacuümgradetestresultaten betrouwbaar zijn. Daarom moeten de vacuümgradetest en de netfrequentie uithoudspanningstest in combinatie worden toegepast. De twee methoden vullen elkaar aan, en het vertrouwen op slechts één methode om de status van de onderbreker te beoordelen heeft beperkingen.

1.4 Hoofdcircuitweerstandstest

Bij ter plaatse detectie wordt de DC-spanningsvalmethode gebruikt voor hoofdcircuitweerstandstests, met een tester met een stroom van minimaal 100A. De weerstandswaarden na overdracht en revisie moeten voldoen aan de voorschriften van de fabrikant, en tijdens de exploitatie mogen ze niet meer dan 1,2 keer de fabrieksweerstand bedragen. Wanneer slijtage van de contacten van de vacuümonderbreker leidt tot slechte contacten, kunnen problemen worden gedetecteerd via circuitweerstandstests. Als de hoofdcircuitweerstand langdurig niet voldoet, kan dit leiden tot oververhitting van de onderbreker, wat de isolatie-eigenschappen van gerelateerde componenten kan verzwakken en zelfs korte-sluitexplosies kan veroorzaken.

2 Maatregelen om de betrouwbaarheid van vacuümonderbrekers te verbeteren

• Voer regelmatig vacuümgradetesten uit (in combinatie met een 42kV netfrequentie uithoudspanningstest) om de status van de onderbreker te beoordelen. Wanneer de vacuümgraad daalt, moet de vacuümbubbel worden vervangen (bij de meeste producten moet indien één fase niet voldoet, gelijktijdig alle drie fasen worden vervangen), en moeten kenmerkte tests zoals slag, synchrone en veer worden voltooid.

• Stel detectiecycli op op basis van de voorschriften voor preventieve testen van elektrische apparatuur en de eigen omstandigheden van de eenheid. Verhoog de frequentie van monitoring in de eerste twee jaar na inbedrijfstelling; het wordt aanbevolen om netfrequentie uithoudspanningstesten en vacuümgradetesten uit te voeren op halfjaar, 1 jaar, 1,5 jaar en 2 jaar na inbedrijfstelling, en pas de frequentie vervolgens aan op basis van de bedrijfsomstandigheden na 2 jaar.

• Plan onderhoudscycli op een redelijke manier en controleer onderbrekers in combinatie met jaarlijkse preventieve tests. Na 2.000 normale operaties of 10 nominale stroomonderbrekingen, controleer alle delen en parameters; als bouten niet los zijn en technische parameters voldoen aan de normen, kan gebruik worden voortgezet.

• Voer regelmatig tests uit van de contactweerstand tussen de twee einden van de onderbreker en de hoofdcircuitterminals om ervoor te zorgen dat deze de gespecificeerde waarde niet overschrijdt.

• Indien mogelijk, voer infraroodimaging temperatuurmetingen uit op het geleidende circuit via het observatiegat om temperatuurtrends te volgen. Onvoldoende hoofdcircuitweerstand, slechte contacten, isolatiedefecten of onvoldoende warmteafvoergradiënt door onredelijke ontwerp van de onderbreker kunnen allemaal leiden tot temperatuurstijging in geleidende en isolerende componenten, wat kan leiden tot ongevallen.

• Bedrijfsmedewerkers moeten regelmatig patrouilles uitvoeren langs de schakelaar en letten op eventuele uitslag buiten de vacuümbubbel (uitslag wijst meestal op onvoldoende vacuümgradetest, wat tijdelijke stroomonderbreking vereist voor vervanging). Onderhoudssleutelpunten:

• Controleer uiterlijk en reinig vuil

• Vervang de vacuümbuis als de cumulatieve slijtagedikte van de bewegende en statische contacten 3mm overschrijdt

• Controleer en stel regelmatig de contactafstand, compressiestrekkingsweg en driefase synchronisatie in

3 Conclusies

• De netfrequentie uithoudspanning, vacuümgraad en hoofdcircuit DC-weerstand van de vacuümonderbreker zijn belangrijke indicatoren voor de karakterisering van de prestatie, spelen een cruciale rol in het begrijpen van lekagetreinen en het schatten van de levensduur.

• Vacuümgradetesten en netfrequentie uithoudspanningstest hebben elk hun beperkingen en moeten in combinatie worden toegepast om de betrouwbaarheid van de onderbreker accuraat te diagnosticeren.

• De twee tests kunnen elkaar niet vervangen; onderbrekers die de tests niet doorstaan, moeten worden vervangen, en het wordt aanbevolen om de relevante sectorale testvoorschriften op tijd te herzien.

• Het verbeteren van de betrouwbaarheid moet beginnen met regelmatige vacuümgradetesten, netfrequentie uithoudspanningstesten en hoofdcircuitweerstandstesten, versterking van technische opleiding voor bedrijfs- en onderhoudspersoneel, zorgvuldige patrouilles, infrarood temperatuurmetingen en wetenschappelijke planning van detectie- en onderhoudscycli om explosies en andere ongevallen veroorzaakt door niet-elektrische foute bediening tijdens de werking van de schakelaar of belastingsswitching te voorkomen.