Az ultra magas feszültségű konvertervályak blokkolásakor fellépő hibák elemzése a munkaáram-összekötő átmeneti adatátváltóban

1. Az ultra magas feszültségű konverterkapcsolók blokkolási elve
1.1 A konverterkapcsolók működési elve
Az ultra magas feszültségű (UMF) konverterkapcsolók általában thyristor kapcsolókat vagy izolált geréjű bipolár transzisztor (IGBT) kapcsolókat használnak az alternatív áram (AC) és a direct áram (DC) közötti átalakításra, valamint fordítva. A thyristor kapcsoló például több sorban és párhuzamosan csatlakoztatott thyristorból áll. A thyristorok indítása (bekapcsolása) és kikapcsolása szabályozza és átalakítja az áramot. A normál működés során a konverterkapcsoló az AC-t DC-vé, vagy a DC-t AC-vé alakítja át előre meghatározott indítási sorrendben és időzítéssel [1].

1.2 A konverterkapcsolók blokkolásának okai és folyamata
A konverterkapcsolók blokkolását számos tényező okozhatja, beleértve a túlfeszültséget, a túlmelegedést, a belső komponensek hibáit, valamint a vezérlési és védelmi rendszer anomáliáit. Ha ilyen anomáliák észlelhetőek, a vezérlési és védelmi rendszer gyorsan blokkolási parancsot ad ki, megállítva minden thyristor vagy IGBT kapcsoló indítását, ezzel blokkolva a konverterkapcsolót.

A blokkolási folyamat során jelentős változások történnek a rendszer elektromos paramétereiben. Például a rektifikációs oldalon, miután a konverterkapcsoló blokkolódik, az AC-oldali áram gyorsan csökken. Azonban a vonalindukció miatt a DC-oldali áram nem esik azonnal nullára, hanem tovább folyik a neutrális buszbáron keresztül, formálva egy szabadfutó áramot. Ebben a pillanatban a neutrális buszbár áramkiejtő gyorsan működni kell, hogy megszakítsa a DC-áramot, és védje a rendszereszközöket a túlmelegedéstől eredő károsodástól [2].

2. A neutrális buszbár áramkiejtő működési feltételei a konverterkapcsoló blokkolása közben
2.1 Elektromos paraméterek változásai
Amikor a konverterkapcsoló blokkolódik, a neutrális buszbár áramkiejtőn keresztül haladó feszültség és áram drasztikus változásokon megy keresztül. A DC-oldalon, mivel a blokkolt konverterkapcsoló megakadályozza a normál áramfolyást, túlmelegedés lép fel a neutrális buszbárban és a hozzá kapcsolódó eszközökben. Ugyanakkor a rendszer elektromágneses tranzienst folyamatai miatt túlfeszültség is jelenhet meg a neutrális buszbár áramkiejtőn.

Például egy bizonyos UMF DC-átviteli projektben, a konverterkapcsoló blokkolása után a neutrális buszbár árama azonnal 2–3-szeresére emelkedett a nominális árampa, és a neutrális buszbár áramkiejtőn keresztül haladó feszültség jelentős fluktuációkat mutatott, amely 1,5-szeresére nőtt a normál működési feszültségen. A Táblázat 1 vizuálisan illusztrálja a konverterkapcsoló blokkolása közben bekövetkező elektromos paraméterek változásait.

Táblázat 1: Elektromos paraméterek változásai a konverterkapcsoló blokkolása közben egy bizonyos UMF DC-átviteli projektben

2.2 Feszültségi Változások
Amikor a konverterkapcsoló zárt állapotban van, a nullpólós buszkutatónek nem csak elektromos, de mechanikai feszültség is ki kell állnia. Az elektromos feszültség főleg túlfeszültségből és túlramenetből ered, ami súlyosbítja a kapcsoló érintkezőinek elektrikus erozióját, és rövidíti az élettartamukat. A mechanikai feszültség elsősorban a gyors megnyitási és bezáró műveletek során a működési mechanizmus által generált ütközőerőkből, valamint a gyors áramváltozásokból eredő elektromágneses erőkből adódik. Például a gyakori konverterkapcsoló blokkolási események során a nullpólós buszkutató működési mechanizmusának elemei felhajlíthatnak vagy elhasználhatnak, ami kedvezőtlen hatással lehet a normális megnyitási és bezáró teljesítményre [3].

3. Gyakori Hiba Típusok és Okanalízis a Nullpólós Buszkutatóknál a Konverterkapcsoló Blokkolása Során
3.1 Izolációs Hiba
3.1.1 Hibajelenségek
Az izolációs hiba egyike a leggyakrabban előforduló hibatípusoknak a nullpólós buszkutatóknál a konverterkapcsoló blokkolása során. Főleg a belső izolációs anyagok öregedése vagy károsodása formájában jelentkezik, ami rombolja az izolációs teljesítményt, és ezáltal villogást vagy átmenetet okoz. Például néhány hosszú ideje működő UHV DC átviteli projektben a nullpólós buszkutató izoláló porcelángépeken felbukkanó felületi szennyezés és repedések súlyosan rombolták az izolációs teljesítményt.

3.1.2 Okanalízis
Az izolációs hibák okai több aspektusból erednek. Először is, a magas feszültség és nagy áram melletti hosszú ideje tartó működés lassan öregíti az izolációs anyagokat, ami idővel csökkenti az izolációs képességüket. Másodszor, a konverterkapcsoló blokkolása során keletkező túlfeszültség és túlrameneti állapot súlyos stresszt jelent az izolációs anyagokra, ami gyorsítja az öregedési folyamatot. Ezenkívül, a súlyos működési környezet, például a magas páratartalom és a súlyos szennyezettség miatt az izolációs felületekön szennyeződés keletkezik, ami tovább rombolja az izolációs teljesítményt. Például egy part menti UHV DC átviteli projektben, ahol a levegő páratartalma magas és sótartalmú, a nullpólós buszkutató izoláló porcelángépének felületén könnyen levezető réteg alakul ki, ami jelentősen csökkenti az izolációs erejét, és gyakran okoz villogási hibákat.

3.2 Működési Mechanizmus Hiba
3.2.1 Hibajelenségek
A működési mechanizmus hibái főleg anormális megnyitási/bezáró idők vagy a működési utasítások nem betartása (működési utasítások elutasítása) formájában jelentkeznek. Például a konverterkapcsoló blokkolása során a nullpólós buszkutató túl hosszú megnyitási időt mutathat, ami megakadályozza a DC áram gyors megszakítását, vagy a megfelelő bezáródást nem tudja végrehajtani, ami rossz érintkezést eredményez.

3.2.2 Okanalízis
A működési mechanizmus hibáinak oka összetett. Egyfelől, a gyakori működés során a mechanikai elemek elhasználódnak, szenvednek viszonylagosan gyors haszontalanul, ami rombolja a teljesítményüket. Például a mechanizmusban lévő rugók fáradtság miatt elveszíthetik rugalmasságukat, ami a megnyitási/bezáró erőt csökkenti. Másfelől, a vezérlő áramkörökben bekövetkező hibák, például relék kudarcos működése vagy megsérült vezérlőkábelyek, akadályozhatják a mechanizmus helyes parancsok fogadását vagy végrehajtását. Ezenkívül, a konverterkapcsoló blokkolása során fellépő elektromágneses interferencia is megzavarhatja a vezérlő jeleket, ami hibás működést vagy működési utasítások elutasítását okoz. Például egy bizonyos UHV DC átviteli projektben a nagy áramú buszból közel haladó vezérlőkábelyek a kapcsoló blokkolása során erős mágneses interferenciának voltak kitettek, ami a kapcsoló megnyitásának elutasítását eredményezte.

3.3 Kapcsoló Érintkezési Hiba
3.3.1 Hibajelenségek
A kapcsoló érintkezési hibái főleg az érintkező erozió, a növekvő érintkezési ellenállás és az érintkezők összeolvadása formájában jelentkeznek. A konverterkapcsoló blokkolása során, amikor a nullpólós buszkutató nagy áramot szakít, magas hőmérsékletű ív alakul ki, ami az érintkező felületek erozióját okozza. A hosszú ideje tartó erozió egyenletesen elosztott érintkező felületekhez és magasabb ellenálláshoz vezet, ami károsítja a normál működést. Súlyos esetekben az érintkezők összeolvadhathatnak, ami a kapcsoló megnyitását megakadályozza.

3.3.2 Okanalízis
A kapcsoló érintkezési hibák fő oka a konverterkapcsoló blokkolása során keletkező nagy áram és a magas hőmérsékletű ív. A nagy áramfolyton keresztül a Joule-féle hőtermelés növeli az érintkező hőmérsékletét, míg az ív intenzív hője gyorsítja az eroziót. Ezenkívül, az érintkező anyag jellemzői és a gyártási minőség befolyásolja az ívszűrő képességet. Olyan anyagból készült érintkezők, amelyek rosszul teljesítenek magas hőmérsékleten vagy ív hatására, vagy alacsony minőségű gyártási folyamatokkal készültek, könnyebben elhasználódnak. Például egy UHV DC projektben a nullpólós buszkutató érintkezői alacsony ívszűrő képességgel rendelkeztek; többszörös blokkolási események után súlyos erozió történt, ami jelentősen növelte az érintkezési ellenállást, és zavarba hozta a normális működést.

3.4 Áramerő-meghajtó Hiba
3.4.1 Hibajelenségek
Az áramerő-meghajtó hibái főleg a második oldali nyílt áramkör, a tekercs izolációs károsodása és a mag telítettsége formájában jelentkeznek. A konverterkapcsoló blokkolása során a DC áram gyors változása jelentős stresszt jelent az áramerő-meghajtó számára, ami hibákat okozhat. Például, egy nyílt második oldali áramkör veszélyesen magas feszültséget generálhat, ami károsíthatja a berendezéseket és a munkatársakat; a tekercs izolációs károsodása belsejében rövidzárat okozhat, ami rombolja a mérés pontosságát; a mag telítettsége pedig növeli a mérési hibákat, ami hibás védelmi műveleteket indíthat el.

3.4.2 Okanalízis
Az áramerő-meghajtó hibák okai a következők: Először is, a konverterkapcsoló blokkolása során keletkező túlrameneti állapot súlyos hő- és elektromágneses stresszt jelent a tekercsre, ami károsíthatja az izolációt. Másodszor, az izolációs teljesítmény természetes öregedésével az áramerő-meghajtók érzékenyebbé válnak a konverterkapcsoló blokkolása során fellépő anomáliákra. Ezenkívül, a helytelen tervezés vagy kiválasztás, például a helytelen beállított nominális áram vagy a pontossági osztály, a blokkolási események során a mag telítettségét okozhatja. Például egy UHV DC projektben az áramerő-meghajtó nominális árama túl alacsony volt; a konverterkapcsoló blokkolása során a mag gyorsan telített, ami a hibás árammérés miatt a védelmi relék hibás működését okozta.

A konvertálóvállalat blokkolásakor fellépő közös busz vezetékvezető kikapcsoló hibák különböző típusainak arányának jobb megértéséhez ebben a tanulmányban statisztikai elemzést végeztek több UHV DC átviteli projekt hibáján. Az eredmények a 2. táblázatban láthatók.

Táblázat 2: A közös busz vezetékvezető kikapcsoló hibatípusainak aránya UHV konvertálóvállalat blokkolása esetén

4.Hibaelhárító és kezelő intézkedések a nullelőáramkörváltó kijelzőkre vonatkozóan UHV konverterváltozó blokkolása esetén
4.1 Hibaelhárító intézkedések
4.1.1 Felszerelés kiválasztásának és tervezésének optimalizálása
Az UHV DC átviteli projektek építési fázisában a konverterváltozó blokkolásához hasonló rendellenességek hatását a nullelőáramkörváltó kijelzőkre kell teljesen figyelembe venni, és ennek megfelelően optimalizálni a felszerelés kiválasztását és tervezését. Kiemelt komponensek—mint például magas izolációs teljesítményű áramkörváltók, nagy húzódási ellenállású kapcsolópontok, megbízható működési mechanizmusok, és megfelelően besorolt áramerősítő transzformátorok—kell kiválasztani. Például a fejlett izolációs anyagokból és gyártási folyamatokból készült izolációs porcelánbukorok javíthatják az izoláció megbízhatóságát; a nagy húzódási ellenállású kapcsolóanyagok meghosszabbítják a kapcsolópont élettartamát; és egy jól tervezett működési mechanizmus biztosítja a pontos és megbízható nyitást/lezárást különböző működési feltételek között.

4.1.2 Felszerelés monitorozásának és karbantartásának erősítése
Teljes körű felszerelés-monitorozási rendszert kell létrehozni, hogy folyamatosan figyelje a nullelőáramkörváltó kijelző működési paramétereit, beleértve az elektromos paramétereket, a hőmérsékletet, a nyomást, a rezgést és más állapotmutatókat. Az adatelemzés révén korai felismerésre kerülhetnek a potenciális hiba kockázatai. Például a hőmérséklet-vizsgálat segítségével lehet monitorozni a kapcsolópontok és csatlakozási pontok hőmérsékletét; a rendellenes hőmérséklet-emelkedés időben indít el vizsgálatokat és korrekciós intézkedéseket. Az izolációs ellenállás és a részleges lezárási online monitorozása segít a izolációs állapot becslésében. Ezenkívül a rutin karbantartás—ami tartalmaz tisztítást, szírkodást és szorítást—is erősítendő, hogy a felszerelés optimális működési állapotban maradjon.

4.1.3 Működési környezet minőségének javítása
A nullelőáramkörváltó kijelző működési környezetét javítani kell, hogy enyhítsük a kedvezőtlen környezeti hatásokat. Például a levegőtisztító rendszereket telepíthetik a szabályozóállomásokba, hogy csökkentsék a levegőbeli szennyezőanyagokat és korrodáló gázokat; hatékony páratartalom-kezelési intézkedések—mint például a szárítóberendezések—tartják száraz állapotot a felszerelés körül. Partvidéken vagy súlyos ipari szennyezésben élő területeken speciális védelmi kezelések—mint például a rosszindulatú lapok—alkalmazhatók, hogy megerősítsék a felszerelés ellenállását a környezeti romlás ellen.

4.2 Hiba kezelő intézkedések
4.2.1 Gyors hibadiagnosztikai technológiák alkalmazása
Amennyiben a nullelőáramkörváltó kijelzőben hiba detektálódik, gyors hibadiagnosztikai technológiákat kell alkalmazni, hogy pontosan azonosítsa a hiba típusát és az alapvető okát. Intelligens diagnosztikai rendszerek, valós idejű működési adatokkal és hiba jellemzőkkel, lehetővé teszik a gyors hiba helyzetmeghatározást adatelemzés és modellalapú számítások révén. Például a jelenlegi és feszültségparaméterek valós idejű monitorozása és elemzése segít meghatározni, hogy izolációs hiba, kapcsolópont károsodása, vagy áramerősítő transzformátor hiba történt-e; a rezgéstanulmányok felfedik a működési mechanizmusokban lévő mechanikai problémákat.

4.2.2 Ésszerű hiba kezelő eljárások kialakítása
Részletes és ésszerű hiba kezelő eljárásokat kell kidolgozni, hogy gyors és hatékony választ biztosítsanak, amikor hibák merülnek fel. Ezek az eljárások hiba bejelentését, helyszíni vizsgálatot, hibadiagnosztikát, javítási tervezést, javítások végrehajtását, felszerelés tesztelését és elfogadási ellenőrzést tartalmazzák. A folyamat során szigorúan tiszteletben kell tartani a biztonsági protokollokat, hogy megvédjük a személyzetet és a felszerelést. Például az izolációs hibák kezelésekor először le kell kapcsolni az áramot, és ki kell takarítani a tárolt energiát, mielőtt a vizsgálatot és a javítást végzik; a komponenscseré után szigorú tesztelés és elfogadási ellenőrzések kell, hogy igazolják, hogy a teljesítmény megfelel a követelményeknek.

4.2.3 Vészhelyzeti tartalék felszerelés és készültségi tervek
A nullelőáramkörváltó kijelző hibái minimális hatásra csökkentése érdekében vészhelyzeti tartalék felszerelésnek kell rendelkezni, és teljes körű készültségi tervet kell kialakítani. Súlyos hiba esetén, amelyet nem lehet gyorsan javítani, a tartalék felszerelést gyorsan üzembe lehet helyezni, hogy visszaállítsa a rendszer normális működését. A tartalék felszerelés rendszeres karbantartása és tesztelése szükséges, hogy jó állapotban legyen. A készültségi tervben a vészhelyzeti reagálási eljárások, a személyzet felelősségei, a kommunikációs protokollok és egyéb kulcsfontosságú elemek szerepeljenek, hogy rendezett és hatékony vészhelyzeti kezelést biztosítsanak.

5.Közvetlen következmények
Az UHV konverterváltozó blokkolása esetén a nullelőáramkörváltó kijelzők több hiba kockázatnak is kitartanak—mint például az izolációs hiba, a működési mechanizmus hiba, a kapcsolópont károsodása, és az áramerősítő transzformátor hiba—minden egyes hiba jelentősen befolyásolhatja az UHV DC átviteli rendszerek biztonságos és stabil működését. A konverterváltozók blokkolási mechanizmusának és ilyen körülmények közötti működési állapotának alapos elemzésével az általános hiba típusokat és okait világosan azonosították, részletes esettanulmányokkal támogatva. A hibák hatékony megelőzéséhez és kezeléséhez a felszerelés kiválasztásában és tervezésében, a működési monitorozásban és karbantartásban, valamint a környezeti javításban prevenciós intézkedéseket kell végrehajtani. Egyidejűleg, a hiba kezelési stratégiák—gyors diagnosztikai technológiák, standardizált javítási eljárások, és vészhelyzeti tartalék rendszerek—alkalmazásával tovább javítható az UHV DC átviteli rendszerek működési megbízhatósága.