Ühendvooltõmmatavate ühendussildide veafanaalüüs ülevooltspäindeste muundurite vahetitelt blokeerimisel

1.Ültravooltide konvertereeringi ventiilide blokeerimise printsiip
1.1 Konvertereeringi ventiilide tööpõhimõte
Ültravooltide (UHV) konvertereeringi ventiilid kasutavad tavaliselt tajustooride ventiile või eraldatud kaasajoone bipoolaartransistorite (IGBT) ventiile, et teisendada vahelduvvoolu (AC) otsesse voolu (DC) ja vastupidi. Tajustoori ventiili näitel see koosneb mitmest sereega ja paralleelselt ühendatud tajustoorist. Tajustooride käivitamise (sisse lülitamise) ja väljalülitamise kontrollimisel reguleerib ventiil ja teisendab elektrivoolu. Tavalises töös teisendab konvertereeringi ventiil AC-d DC-ks või DC-d AC-ks eelnevalt määratud käivitamise järjekorra ja ajastuse järgi [1].

1.2 Konvertereeringi ventiili blokeerimise põhjuste ja protsessi
Konvertereeringi ventiili blokeerimine võib algatuda mitmete tegurite poolt, sealhulgas ülevoolu, ülevoolu, sisemiste komponentide läbikukkumiste ja juhtimise ning kaitse süsteemi anormaalsete olude tõttu. Selliste anomaliate tuvastamisel andestab kiiresti juhtimise ja kaitse süsteem blokeerimiskäsk, lõpetades kõigi tajustooride või IGBT-ventiilide käivitamise, mis blokeerib konvertereeringi ventiili.

Blokeerimisperioodil toimuvad süsteemi elektriliste parameetrite suured muutused. Näiteks retsifitseeriva poolel, pärast konvertereeringi ventiili blokeerimist, langemisele aeglustab AC-vool kiiresti. Kuid liininduktiivsuse tõttu ei lange DC-vool kohe nullini, vaid jätkab voolu neutraaljuhes, moodustades vaba voolu. See hetkel peab neutraaljuhe lüliti kiiresti lülitama, et katkestada DC-vool ja kaitsta süsteemi seadmeid ülevoolu põhjustatud kahjustuste eest [2].

2.Neutraaljuhe lülitise töötingimused konvertereeringi ventiili blokeerimisel
2.1 Elektriliste parameetrite muutused
Kui konvertereeringi ventiil on blokeeritud, toimuvad neutraaljuhe lülitise kohal elektriliste parameetrite drastilised muutused. DC-pooltel, kuna blokeeritud konvertereeringi ventiil takistab tavalist voolu, tekib ülevool neutraaljuhes ja seotud seadmetes. Samuti võib süsteemi elektromagnetiliste lühiajalisete protsesside tõttu ilmneda ülevool neutraaljuhe lülitise kohal.

Näiteks teatud UHV DC edasijõudmise projektis, pärast konvertereeringi ventiili blokeerimist, tõusis neutraaljuhe vool kohe 2–3 korda normaalsest voolust ja neutraaljuhe lülitise kohal olev voltihoo näitas märkimisväärseid lünke, jõudes 1,5 korda tavalisest töövoltaga. Tabel 1 illustreerib graafikulises kujul elektriliste parameetrite muutusi konvertereeringi ventiili blokeerimisel.

Tabel 1: Elektriliste parameetrite muutused konvertereeringi ventiili blokeerimisel teatud UHV DC edasijõudmise projektis

2.2 Pingevariatsioonid
Kui muundurivalve blokeeritakse, peab neutraaljoone puhverlülitiit vastandama nii elektrilisele kui ka mehaanilisele pingele. Elektriline pinge tekib peamiselt ülepinge ja üleliikumise tõttu, mis intensiivdavad lülitiidi kontaktide elektrilist erosiooni ja lühendavad nende kasutusaega. Mehaniiline pinge tuleneb peamiselt kiire hoolduse seadme poolt tekitatud mõjudest kiire avamise ja sulgemise käigus, samuti kiirede muutuste tõttu tekkinud elektromagnetilistest jõududest. Näiteks sagedaste muundurivalve blokeerimise sündmuste korral võivad neutraaljoone puhverlülitiidi hoolduse seadme komponendid muutuda lasuvaks või sõrmeks, mille tulemuseks on nende normaalse avamise ja sulgemise suutlikkuse halvenemine [3].

3.Tavalised Vead ja Nende Põhjuse Analüüs Neutraaljoone Puhverlülitiitidel UHV Muundurivalve Blokeerimisel
3.1 Isolatsioonivead
3.1.1 Veade Ilmnemine
Isolatsioonivead on üks tavalisemaid veatüüpe neutraaljoone puhverlülitiitidel muundurivalve blokeerimisel. See ilmneb peamiselt sisesekste isolatsioonimaterjalide vananemise või kahjustumise kaudu, mis viib isolatsioonisuutlikkuse heakskiitmiseni ja selle tagajärjel silmadetulekahju või läbimurduni. Näiteks mõnes pikas ajas töötavas UHV DC edastamisprojektis on neutraaljoone puhverlülitiidi sees olevatel eralduskeramikupuhatel ilmunud pinna kontamineerimine ja raskused, mis oluliselt halvendavad isolatsioonisuutlikkust.

3.1.2 Põhjuse Analüüs
Isolatsiooniveade põhjused hõlmavad mitut aspekti. Esiteks, pikas ajas kõrgepinge ja suure liikumise all toimimine viib samm-sammult isolatsioonimaterjalide vananemiseni, vähendades nende isolatsioonivõimet aja jooksul. Teiseks, muundurivalve blokeerimisel tekkinud ülepinge ja üleliikumine avaldavad isolatsioonimaterjalidele tugevat pinget, kiirendades vananemisprotsessi. Lisaks, raskest toimimiskeskkonnast—näiteks kõrge niiskus ja tugev kontamineerimine—tekitavad isolatsioonipinna kontamineerimise, mille tulemuseks on isolatsioonisuutlikkuse täiendav halvenemine. Näiteks, ranniku UHV DC edastamisprojektis, kus on kõrge niiskus ja soola sisaldav õhk, moodustub neutraaljoone puhverlülitiidi eralduskeramikupuhatel pinna juures vedelik film, mis oluliselt vähendab isolatsioonitugevust ja tekitab sagedaseid silmadetulekahjusid.

3.2 Hoolduse Seadme Vedad
3.2.1 Veade Ilmnemine
Hoolduse seadme veade peamiselt ilmnevad ebatavaliste avamise/sulgemise aegade või avamise/sulgemise ebaõnnestumise (operatsioonide ebaõnnestumise) kaudu. Näiteks, muundurivalve blokeerimisel võib neutraaljoone puhverlülitiit näidata liiga pikka avamisaega, mis ei suuda DC liikumist kohe katkestada, või võib ebaõnnestuda paremalt sulgeda, mis viib halvale kontaktile.

3.2.2 Põhjuse Analüüs
Hoolduse seadme veade põhjused on keerukad. Ühest küljest, mehaanilised komponendid samm-sammult vananevad sagedaste operatsioonide tõttu, kannatades sõrmeksi või muutudes, mis halvendab nende toimivust. Näiteks, seadmes olevad vedelikud võivad väsimise tõttu kaotada elastilisuse, mis viib puuduliku avamise/sulgemise jõuga. Teisest küljest, juhtimiskõrguse veade—nagu releed või katkestatud juhtimiskabelid—võivad takistada seadmet saamast või täitmast käsklusi korrektselt. Lisaks, muundurivalve blokeerimisel tekkinud elektromagnetiline segadus võib häirida juhtimissignale, tekitades veategevust või operatsioonide ebaõnnestumist. Näiteks, mõnes UHV DC edastamisprojektis, kus juhtimiskabelid on paigutatud lähedal suure liikumisega joontele, tekkinud tugev magnetiline segadus muundurivalve blokeerimisel, mis viis lülitiidi avamise ebaõnnestumiseni.

3.3 Kontaktide Vedad
3.3.1 Veade Ilmnemine
Kontaktide veade peamiselt hõlmavad kontaktide erosiooni, kontaktide vastupidavuse suurenemist ja kontaktide külgendumist. Muundurivalve blokeerimisel, kui neutraaljoone puhverlülitiit katkestab suured liikumised, tekivad kõrge temperatuuriga plasmavarjud, mis tekitavad kontaktide pinna erosiooni. Pikaajaline erosioon viib ebavõrdsete kontaktide pinna ja suurema vastupidavuse, mille tulemuseks on normaalse toimimise halvenemine. Tõsistes juhtudel võivad kontaktid külgenduda, takistades lülitiidi avamist.

3.3.2 Põhjuse Analüüs
Kontaktide veade peamiselt põhjustab suured liikumised ja kõrge temperatuuriga plasmavarjud, mis tekivad muundurivalve blokeerimisel. Suure liikumise vool tekitab Joule'i soojenemise, tõstab kontaktide temperatuuri, samas kui plasmavarju tugev soojus kiirendab erosiooni. Lisaks, kontaktide materjali omadused ja tootmise kvaliteet mõjutavad plasmavarju vastupidavust. Kontaktid, mis on valmistatud materjalidest, mis on halvad kõrge temperatuuri või plasmavarju vastu, või need, mis on toodetud alalistest protsessidest, on rohkem alt erosiooni. Näiteks, mõnes UHV DC projektis, kus neutraaljoone puhverlülitiit kasutas kontaktidega, mis olid piisavalt plasmavarju vastu tugevad, pärast mitmeid blokeerimise sündmusi tekkinud tõsine erosioon, mis oluliselt suurendas kontaktide vastupidavust ja häirivas normaalset toimimist.

3.4 Voolutransformaatori Vedad
3.4.1 Veade Ilmnemine
Voolutransformaatori veade peamiselt hõlmavad teise poole lahti jätmist, keevitusisolatsiooni kahjustumist ja tuumiku ülekoormamist. Muundurivalve blokeerimisel, kogu DC voolu otseline muutus avaldab voolutransformaatorile tugevat pinget, mis teeb selle tundliku veadele. Näiteks, teise poole lahti jäämine võib tekitada ohtlikult kõrgeid pingi, ohustades seadmeid ja inimesi; keevitusisolatsiooni kahjustumine võib tekitada sisesekste lühikeseid, mille tulemuseks on mõõtmise täpsuse heakskiitmine; ja tuumiku ülekoormamine suurendab mõõtmise vigu, mis võib välja kutsuda valeid kaitsemeetmeid.

3.4.2 Põhjuse Analüüs
Voolutransformaatori veade põhjused hõlmavad järgmist: Esiteks, muundurivalve blokeerimisel tekkinud üleliikumine avaldab keevitustel kõrget soojenemispinget ja elektromagnetilist pinget, mis võib kahjustada isolatsiooni. Teiseks, isolatsiooni toimivus samm-sammult vananeb, mis teeb transformaatorid tundlikumaks veadele ebatavalistes tingimustes, nagu muundurivalve blokeerimine. Lisaks, vale disain või valik—nagu vale määratud vool või täpsuse klass—võib viia tuumiku ülekoormamiseni blokeerimise sündmuste ajal. Näiteks, mõnes UHV DC projektis, kus voolutransformaatori määratud vool oli liiga madal; muundurivalve blokeerimisel tuumik kiiresti ülekoormati, mis ei suutnud voolu täpselt mõõta ja tekitas kaitserellede vale toimimise.

Et paremat mõistmist saada sellest, kui suur on iga veatüübi osakaal neutraalne bussi lüliti veebide ehituse ajal teisendusväärtuses, antud artikkel tegi statistilise analüüsi veandmetest mitmest UHV DC edastamisprojektist, tulemused on näidatud tabelis 2.

Tabel 2: Neutraalne bussi lüliti veatüüpide osakaal UHV teisendusväärtuse blokeerimisel

4.Viga ennetamise ja lahendamise meetmed neutraaljuhe lüliti UHV-muunduri blokeerimisel
4.1 Viga ennetamise meetmed
4.1.1 Seadmete valiku ja disaini optimeerimine
UHV-DC-elektrijaama projekti ehitamise ajal tuleks täielikult arvesse võtta muunduri blokeerimise ja sarnaste mitte-tavaliste tingimuste mõju neutraaljuhe lülitile ning vastavalt seadmeid valida ja nende disaini optimeerida. Tuleks valida kõrge insulatsioonitasega, suure voolusirguse vastupidavusega kontaktidega, usaldusväärsed tööriistadega ja sobivalt reitingutatud transformatoritega varustatud olulised komponendid. Näiteks on insulatsiooniporcelainide kasutamine, mis on valmistatud edasijõudnute insulatsioonimaterjalide ja tootmismeetodite abil, parandab insulatsiooniusaldusväärsust; voolusirguse vastupidavusega kontaktilised materjalid pikendavad kontaktide eluajad; ja hästi disainitud tööriist tagab täpse ja usaldusväärse avamise/sulgemise erinevatel töötingimustel.

4.1.2 Seadmete jälgimise ja hoolduse tugevdamine
Tuleks luua täielik seadme jälgimissüsteem, et pidevalt jälgida neutraaljuhe lüliti töötamisparameetreid, sealhulgas elektrilisi parameetreid, temperatuuri, rõhu, vibratsiooni ja muud staatuse näitajaid. Andmeanalüüsi kaudu saab vara tuvastada potentsiaalseid vigade ohte. Näiteks võib infrapunekaameraid kasutada kontaktide ja ühenduspunktide temperatuuri jälgimiseks; ebavõrdsete temperatuuritõusude korral viiakse läbi õiged kontrollid ja parandusmeetmed. Insulatsioonipäringute ja osaliselt laengutavaid voolusirgusi jälgides hinnatakse insulatsioonitingimusi. Lisaks tuleks tugevdada rutinoomilist hooldust, mis hõlmab puhastamist, silindrimist ja kinnitamist, et tagada seadme optimaalne töötingimus.

4.1.3 Töökeskkonna kvaliteedi parandamine
Neutraaljuhe lüliti töökeskkonda tuleb parandada, et vähendada negatiivset keskkonnaimpaktu. Näiteks võidakse ümberkogudes paigaldada õhupuhastussüsteeme, et vähendada õhus leevelduvate kontsentrante ja korroodeerivaid gaase; efektiivsed niiskuse kontrollimeetmed, nagu dehümidifikaatorid, aitavad säilitada seadme ümber kuiva keskkonna. Rannikualadel või rasketes tööstuslikest saasteallikatest mõjutatud piirkondades võivad spetsiaalsed kaitsemeetmed, nagu korrosioonikindlad kattelineed, parandada seadme vastupidavust keskkondlikule kaaremisele.

4.2 Vigade lahendamise meetmed
4.2.1 Kiire viga diagnoosimise tehnoloogiate kasutamine
Kui neutraaljuhe lüliti korral tuvastatakse viga, tuleks kasutada kiireid vigade diagnoosimise tehnoloogiaid, et täpselt tuvastada viga tüüp ja põhjust. Intellektuaalsed diagnostikasüsteemid, kombineritud reaalajas tööandmete ja vigade omadustega, võimaldavad andmeanalüüsi ja mudelite kaudu kiiresti lokaliseerida viga. Näiteks reaalajas järelevalve ja analüüs, hõlmades voolu ja pingeparameetreid, aitab kindlaks teha, kas tegemist on insulatsioonikaobuse, kontaktide kahjustuse või voolustransformatori pettusega; vibratsioonianalüüs aitab tuvastada mehaanilisi probleeme tööriistas.

4.2.2 Põhjapanevad viga lahendamise protseduuride loomine
Tuleks välja töötada üksikasjalikud ja põhjapanevad viga lahendamise protseduurid, et tagada kiire ja efektiivne reageerimine vigade esinemisel. Need protseduurid peaksid hõlmama vigade raporteerimist, paigaliku kontrolli, vigade diagnoosimist, remondiplaanide koostamist, remondi rakendamist, seadme testimist ja vastuvõtmise kontrollimist. Kogu protsessi käigus on oluline järgida rangeid ohutuseeskirju, et kaitsta inimesi ja seadmeid. Näiteks, kui lahendatakse insulatsiooniga seotud vigu, tuleb eelnevalt lülita võimetus välja ja välja lasuda salvestatud energia, enne kontrolli ja remondi; komponentide asendamise järel tuleb rangest testimist ja vastuvõtmise kontrolli läbi viia, et kinnitada, et jõudlus vastab nõuetega.

4.2.3 Hädavarausringlaad ja varukava
Et vähendada neutraaljuhe lüliti vigade mõju süsteemi tööle, tuleks olla kättesaadav hädavarustus ja välja töötatud varukava. Tõsise viga esinemisel, mille ei saa kiiresti parandada, võib hädavarustust kiiresti kasutuselevõtta, et taastada normaalne süsteemi töö. Hädavarustuse regulaarne hooldus ja testimine on vajalik, et tagada see oleks heas valmisolekus. Varukavas tuleks määrata hädareageerimise protseduurid, isikute vastutused, kommunikatsiooniprotsessid ja muud olulised elemendid, et tagada korralik ja efektiivne hädareageerimine.

5.Järeldus
UHV-muunduri blokeerimisel on neutraaljuhe lüliti silmitsi mitmete vigadeohtudega, sealhulgas insulatsioonikaobuse, tööriista pettuse, kontaktide kahjustuse ja voolustransformatori vigaga, mis võivad oluliselt nõrgendada UHV-DC-elektrijaama ohutut ja stabiilset tööd. Muunduri blokeerimise mehhanismi ja neutraaljuhe lüliti töötingimuste alusel on selgelt tuvastatud levinud vigatüübid ja nende põhjused, toetatud üksikasjalike juhtumite uurimisega. Et efektiivselt ennetada ja lahendada neid vigu, tuleks rakendada ennetavaid meetmeid seadme valikus ja disainis, tööjälgimises ja hoolduses, ning keskkonnapiirkonna parandamisel. Samal ajal tuleks kasutusele võtta vigade lahendamise strateegiad, sealhulgas kiired diagnostikatehnoloogiad, standardiseeritud remondiprotseduured ja hädavarustus, et veelgi parandada UHV-DC-elektrijaama töökindlust.