Анализ влияния осмотра и обслуживания вакуумной дуговой камеры на повышение надежности вакуумных выключателей

Вакуумные выключатели широко используются в распределительных сетях. Как ключевые компоненты оборудования питания, их производительность зависит как от возможностей вакуумных прерывателей, так и от механических характеристик выключателей (расстояние между контактами, ход, давление, средняя скорость включения/отключения, время отскока при включении, асинхронность включения-отключения, количество операций и кумулятивный допустимый износ контактов). Оба этих фактора критически важны для надежной работы. Вакуумный прерыватель — это «сердце» выключателя; без высокопроизводительного и надежного прерывателя невозможно обеспечить высоконадежную работу. Поэтому регулярное обнаружение и обслуживание прерывателей, путем качественно-количественной оценки их производительности, крайне важно для безопасной и стабильной работы выключателя.

1 Показатели производительности вакуумных прерывателей

Вакуумный прерыватель состоит из герметичной изоляционной системы (корпус), проводящей системы и системы экранирования. Его производительность характеризуется уровнем изоляции (выдерживаемое напряжение промышленной частоты в течение 1 минуты, импульсное выдерживаемое напряжение 1.2/50), степенью вакуума и сопротивлением постоянному току главной цепи. Точное обнаружение и оценка требуют комплексного тестирования и анализа этих показателей.

Метод выдерживаемого напряжения промышленной частоты обычно используется для испытания изоляции на месте. С развитием технологий тестирования все больше применяется тестирование степени вакуума. Однако некоторые провинциальные «Правила передачи и предупредительных испытаний электрооборудования» недостаточно подчеркивают важность обнаружения степени вакуума, даже предлагая «использовать выдерживаемое напряжение разрыва в качестве замены, если обнаружение невозможно». Это создает теоретические и практические недоразумения, рискуя вызвать управленческие и технические аварии. Рекомендую своевременно пересмотреть правила, чтобы улучшить систему оценки производительности прерывателей и обеспечить безопасную работу оборудования распределительных сетей.

1.2 Типы неисправностей вакуумных прерывателей

Как участник полевых испытаний, было обнаружено, что неисправности вакуумных прерывателей делятся на две категории:

• Очевидные неисправности характеризуются разрывом корпуса или повреждением гофры, что приводит к проникновению воздуха, потере вакуума в прерывателе и его связи с атмосферой.

• Скрытые неисправности относятся к постепенному снижению степени вакуума. Хотя прерыватель не связан с атмосферой, внутреннее давление воздуха превышает допустимое значение из-за факторов производства, транспортировки, установки или обслуживания, что приводит к тому, что прерыватель не соответствует нормальной коммутирующей способности. Опасность таких скрытых неисправностей значительно выше, чем очевидных. Снижение степени вакуума серьезно влияет на способность выключателя отключать перегрузочные токи, резко сокращает срок службы выключателя и может привести к взрыву выключателя в крайних случаях.

1.3 Анализ ограничений методов испытаний выдерживаемым напряжением промышленной частоты и степени вакуума

С точки зрения практического опыта на месте:

• Испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты высокоэффективно для обнаружения очевидных неисправностей и может качественно определить состояние прерывателя. Однако оно имеет слепую зону для скрытых неисправностей: когда степень вакуума находится в диапазоне от 1×10⁻²Па до 1×10⁻³Па, испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты все еще может быть пройдено. В этот момент степень вакуума уже ниже порога безопасности 1.66×10⁻²Па, и небольшие различия не могут быть выявлены.

• Тестер степени вакуума может достичь точного измерения в диапазоне от 1×10⁻¹Па до 1×10⁻⁵Па, переходя от качественного анализа к количественному этапу. Он также может вывести срок службы вакуумного прерывателя на основе изменения степени вакуума за определенный период, предоставляя техническую поддержку для оценки надежности оборудования. Однако этот метод имеет ограничения в диапазоне тестирования: при превышении диапазона от 1×10⁻¹Па до 1×10⁻⁵Па соотношение между ионным током и плотностью остаточного газа (то есть степенью вакуума), на которое опирается тестер степени вакуума, изменяется, и точность результатов тестирования не может быть гарантирована. Особенно для очевидных неисправностей с полной утечкой (связью с атмосферой) значения теста часто близки к нормальным, что может привести к ошибочной оценке. Причина этого объясняется теорией столкновения газов: при увеличении давления газа плотность молекул увеличивается, что приводит к уменьшению средней свободной длины пути электронов. Хотя число столкновений увеличивается, недостаточное накопление кинетической энергии электронов снижает вероятность ионизации молекул газа, что приводит к тому, что прибор ошибочно оценивает степень вакуума как хорошую.

На основании практического опыта на месте следует особо отметить, что испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты не должно пропускаться при обнаружении. Только когда прерыватель проходит испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты, можно быть уверенным, что степень вакуума находится в эффективном диапазоне тестера, и последующие результаты тестирования степени вакуума будут надежными. Поэтому тестирование степени вакуума и испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты должны применяться в сочетании. Эти два метода дополняют друг друга, и полагаться исключительно на один из них для оценки состояния прерывателя имеет ограничения.

1.4 Испытание сопротивления главной цепи

При полевых испытаниях для испытания сопротивления главной цепи используется метод падения постоянного напряжения, используя тестер с током не менее 100А. Значения сопротивления после передачи и ремонта должны соответствовать требованиям производителя, а во время эксплуатации не должны превышать 1.2 раза заводское значение. Если износ контактов вакуумного прерывателя приводит к плохому контакту, проблемы могут быть обнаружены через испытание сопротивления цепи. Если сопротивление главной цепи длительное время не соответствует нормам, это может привести к перегреву прерывателя, снижению изоляционных свойств связанных компонентов и даже коротким замыканиям и взрывам.

2 Меры по улучшению надежности вакуумных прерывателей

• Регулярно проводить тестирование степени вакуума (в сочетании с испытанием выдерживаемым напряжением 42кВ промышленной частоты) для оценки состояния прерывателя. Когда степень вакуума снижается, вакуумный пузырь должен быть заменен (большинство продуктов требует замены всех трех фаз, если одна фаза не соответствует), и должны быть выполнены характеристические испытания, такие как ход, синхронизация и отскок.

• Разрабатывать циклы обнаружения на основе правил предупредительных испытаний электрооборудования и фактических условий предприятия. Увеличить частоту мониторинга в первые два года после ввода в эксплуатацию; рекомендуется проводить испытания выдерживаемым напряжением промышленной частоты и степенью вакуума через полгода, год, 1.5 года и 2 года после ввода в эксплуатацию, затем корректировать частоту в зависимости от условий эксплуатации после 2 лет.

• Рационально планировать циклы обслуживания и проверять прерыватели в сочетании с ежегодными предупредительными испытаниями. После 2000 нормальных операций или 10 отключений номинального тока проверьте все части и параметры; если болты не ослаблены и технические параметры соответствуют стандартам, продолжайте использование.

• Регулярно проверять контактное сопротивление между двумя концами прерывателя и главными цепями, чтобы убедиться, что оно не превышает установленное значение.

• При возможности проводить инфракрасное термографическое измерение температуры проводящего контура через наблюдательное отверстие для отслеживания температурных трендов. Некачественное сопротивление главной цепи, плохой контакт, дефекты изоляции или недостаточный градиент теплопередачи из-за нерационального дизайна прерывателя могут привести к повышению температуры проводящих и изоляционных компонентов, что может вызвать аварии.

• Операционный персонал должен регулярно осматривать выключатель и обращать внимание на наличие разрядов снаружи вакуумного пузыря (разряды обычно указывают на некачественное тестирование степени вакуума, требующее своевременного отключения для замены). Ключевые моменты обслуживания:

• Проверка внешнего вида и удаление загрязнений

• Замена вакуумной трубки, если суммарная толщина износа движущихся и неподвижных контактов превышает 3 мм

• Регулярная проверка и регулировка расстояния между контактами, сжатия хода и трехфазной синхронизации

3 Выводы

• Выдерживаемое напряжение промышленной частоты, степень вакуума и сопротивление постоянному току главной цепи вакуумного прерывателя являются важными показателями, характеризующими его производительность, играющими ключевую роль в определении тенденций утечек и оценке срока службы.

• Тестирование степени вакуума и испытание выдерживаемым напряжением промышленной частоты имеют свои ограничения и должны применяться в сочетании для точной диагностики надежности прерывателя.

• Эти два теста не могут заменять друг друга; прерыватели, не прошедшие тесты, должны быть заменены, и рекомендуется своевременно пересматривать соответствующие отраслевые правила тестирования.

• Улучшение надежности должно начинаться с регулярного тестирования степени вакуума, выдерживаемого напряжения промышленной частоты и сопротивления главной цепи, усиления технической подготовки операционного и сервисного персонала, проведения тщательных осмотров, инфракрасного измерения температуры и научного планирования циклов обнаружения и обслуживания, чтобы избежать взрывов и других аварий, вызванных неэлектрическими ошибками при работе выключателя или переключении нагрузки.