Ultraaugstsprieguma konvertera ventilu bloķēšanas laikā neitrālā mūkveida salīdzinātāja defektu analīze

1. Bloķēšanas princips ultraugstsprieguma konvertera ventilē
1.1 Konvertera ventilu darbības princips

Ultraugstsprieguma (UA) konvertera ventilus parasti veido tijistoru ventilos vai izolētās šķēres bipolāros tranzistoros (IGBT), lai pārvērstu maiņstrādi (MS) uz īpašstrādi (IS) un otrādi. Ņemot kā piemēru tijistoru ventilu, tas sastāv no vairākiem tijistoriem, kas savienoti virzienā un blakus. Kontrolierot tijistoru aktiveringšanu (ieslēgšanu) un atslēgšanu, ventilis regulē un pārvērš elektrisko strāvu. Normālajā darbībā konvertera ventilis pārvērš MS uz IS vai IS uz MS saskaņā ar iepriekš noteiktu aktiveringa secību un laiku [1].

1.2 Konvertera ventilu bloķēšanas cēloņi un process
Konvertera ventilu bloķēšana var būt aktivizēta dažādiem faktoriem, tostarp pārspriegumam, pārstrāvei, iekšējiem komponentu bojājumiem un kontrolēšanas un aizsardzības sistēmas nelabvēlīgām situācijām. Kad tādas anomalijas tiek uztvertas, kontrolēšanas un aizsardzības sistēma ātri izdod bloķēšanas komandu, apturējot visu tijistoru vai IGBT ventilu aktiveringšanu, tādējādi bloķējot konvertera ventilu.

Bloķēšanas procesā notiek nozīmīgas izmaiņas sistēmas elektriskajos parametrijos. Piemēram, rektifikatora pusē, kad konvertera ventilis ir bloķēts, MS strāva ātri samazinās. Tomēr, tā kā dēļ līnijas indukcijas, IS strāva ne tūlīt pazūd, bet turpina plūst caur ceļiem, piemēram, caur nulles busolu, veidojot brīvplūsmas strāvi. Šobrīd nulles busoles šķērslecei jādarbojas ātri, lai pārtrauktu IS strāvi un aizsargātu sistēmas iekārtas no pārstrāves radītām bojājumiem [2].

2. Nulles busoles šķērslecē darbības apstākļi konvertera ventilu bloķēšanas laikā
2.1 Elektrisko parametru izmaiņas
Kad konvertera ventilis tiek bloķēts, nulles busoles šķērslecē notiek drastiskas izmaiņas spriegumā un strāvā. IS pusē, tā kā bloķētais konvertera ventilis nepiedāvā normālu strāvas plūsmu, nulles busolē un saistītajā aprīkojumā rodas pārstrāve. Tāpat, dēļ elektromagnētiskajiem tranzitorajiem procesiem sistēmā, var rasties pārspriegums nulles busoles šķērslecē.

Piemēram, kādā UA IS pārraides projektā, pēc konvertera ventilu bloķēšanas, nulles busoles strāva tūlītēji pieauga līdz 2–3 reizes lielākai par nomālo strāvi, un nulles busoles šķērsleces spriegums pierādīja zināmu nestabilitāti, sasniedzot 1,5 reizes lielāku par normālo darbības spriegumu. Tabula 1 vizuāli attēlo elektrisko parametru izmaiņas konvertera ventilu bloķēšanas laikā.

Tabula 1: Elektrisko parametru izmaiņas konkrētā UA IS pārraides projektā konvertera ventilu bloķēšanas laikā

2.2 Sprieguma mainīgumi
Kad konvertera vārte ir bloķēta, neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāts jāiztur ne tikai elektriskam, bet arī mehāniskam spriegumam. Elektriskais spriegums galvenokārt rodas pārslikuma un pārstrāvas dēļ, kas palielina elektroerosiju automāta kontaktos un īsina to darbības laiku. Mehānisks spriegums galvenokārt rodas no iedarbības mehānismā radītajiem uzplūdiem straujā atvēršanas un slēgšanas operācijā, kā arī no strauji mainīgā strāvas radītajiem elektromagnētiskajiem spēkiem. Piemēram, biežos konvertera vārtes bloķēšanas notikumos, neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāta iedarbības mehānisma daļas var kļūt saldzes vai nomierinātas, negatīvi ietekmējot tā normālo atvēršanas un slēgšanas veiktspēju [3].

3.Bieži sastopami defektu veidi un cēloņu analīze neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automātiem UHV konvertera vārtes bloķēšanas laikā
3.1 Izolācijas trūkums
3.1.1 Defektu manifestācija
Izolācijas trūkums ir viens no biežāk sastopamiem defektu veidiem neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automātiem konvertera vārtes bloķēšanas laikā. Tas galvenokārt manifestējas kā iekšējo izolācijas materiālu novecošana vai bojājums, kas noved pie izolācijas veiktspējas pasliktināšanās un rezultē ar apgaismošanos vai traucējumu. Piemēram, dažos ilgstošos UHV DC transmisijas projektos, neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāta izolācijas porcelāna cilindri ir parādījuši virsmas piesārņojumu un spraugas, smagi pasliktinot izolācijas veiktspēju.

3.1.2 Cēloņu analīze
Izolācijas trūkuma cēloņi ietver vairākas aspektus. Pirmkārt, ilgstoša darbība augstā sliekainā un lielā strāvā pašreizēji noveco izolācijas materiālus, samazinot to izolācijas spēju laikā. Otrkārt, pārslikums un pārstrāva, kas rodas konvertera vārtes bloķēšanas laikā, rada smagu spriegumu izolācijas materiāliem, paātrinot novecošanas procesu. Papildus tam, smagā darbības vide—piemēram, augsta mitruma un smaga piesārņojuma dēļ—izolācijas virsmai var akumulēties piesārņojumi, papildus pasliktinot izolācijas veiktspēju. Piemēram, krasta tuvumā esošā UHV DC transmisijas projektā ar augstu mitrumu un sāls saturu, neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāta izolācijas porcelāna virsmai viegli veidojas vedējs plāksne, smagi samazinot izolācijas stiprumu un izraisojot biežas apgaismošanās defektus.

3.2 Iedarbības mehānisma trūkums
3.2.1 Defektu manifestācija
Iedarbības mehānisma trūkumi galvenokārt manifestējas kā normālas atvēršanas/slēgšanas laika novirzēm vai atvēršanas/slēgšanas neveiksme (darbības liegums). Piemēram, konvertera vārtes bloķēšanas laikā neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāts var rādīt pārāk ilgu atvēršanas laiku, nepabeidzot DC strāvas pārtraukšanu, vai var neatvērties pareizi, rezultējot slikta kontakta.

3.2.2 Cēloņu analīze
Iedarbības mehānisma trūkumu cēloņi ir sarežģīti. No vienas puses, mehāniskās daļas laikā noveco, cieš noslāpumu vai deformāciju, kas pasliktina to veiktspēju. Piemēram, mehānismā esošie resorte var zaudēt elastību no noslāpuma, nesnodrošinot pietiekamu atvēršanas/slēgšanas spēku. No otras puses, vadības ceļa defekti—piemēram, releja trūkums vai salauztas vadības kabeles—var nepiedāvāt mehānismam pareizi saņemt vai izpildīt komandas. Tāpat, konvertera vārtes bloķēšanas laikā elektromagnētiskā interferenča var traucēt vadības signāliem, izraisojot neveiksmes vai darbības liegumu. Piemēram, dažā UHV DC transmisijas projektā, vadības kabeles, kas novietotas tuvu lielas strāvas šķidrleņķim, pieredzēja stipru magnētisko interferenci vārtes bloķēšanas laikā, izraisot automāta liegumu atvērties.

3.3 Kontaktu trūkums
3.3.1 Defektu manifestācija
Kontaktu trūkumi galvenokārt ietver kontaktu erosiju, kontaktu pretestības palielināšanos un kontaktu savienojumu. Konvertera vārtes bloķēšanas laikā, kad neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāts pārtrauc lielu strāvu, formas augstas temperatūras loks, kas izraisa kontaktu virsmas erosiju. Ilgstoša erosija noved pie nevienmērīgām kontaktu virsmām un augstākām pretestībām, pasliktinot normālo darbību. Smagākos gadījumos, kontakti var savienoties, nepiedāvājot automātam atvērties.

3.3.2 Cēloņu analīze
Kontaktu trūkuma galvenais cēlonis ir liela strāva un augstā temperatūras loks, kas rodas konvertera vārtes bloķēšanas laikā. Lielā strāva veido Joule siltumu, paaugstinot kontaktu temperatūru, kamēr loka intensīvais siltums paātrina erosiju. Papildus tam, kontaktu materiāla īpašības un ražošanas kvalitāte ietekmē arkā rezi. Kontakti, kas izgatavoti no materiāliem ar nabadzīgu augstā temperatūras vai arka rezi, vai tie, kas ražoti ar neskaidriem procesiem, ir vairāk mazāk izturīgi pret erosiju. Piemēram, dažā UHV DC projektā, neitrālā šķidrleņķa izslēgšanas automāts izmantoja kontaktus ar nabadzīgu arka rezi; pēc vairāku bloķēšanas notikumu, notika smaga erosija, ļoti palielinot kontaktu pretestību un traucējot normālai darbībai.

3.4 Strāvas transformatora trūkums
3.4.1 Defektu manifestācija
Strāvas transformatora trūkumi galvenokārt ietver otrās puses atvēršanu, vijumu izolācijas bojājumu un kodola saturošanos. Konvertera vārtes bloķēšanas laikā, strāvas grieziena strauja maiņa rada strāvas transformatoram smagu spriegumu, padarot to vairāk izturīgu pret trūkumiem. Piemēram, atvērta otrā puse var radīt bīstami augstu sliekaini, apdraudot aprīkojumu un personālu; vijumu izolācijas bojājums var izraisīt iekšējos īsos sliekainus, pasliktinot mērījumu precizitāti; un kodola saturošanās palielina mērījumu kļūdas, iespējams, izraisojot nepareizus aizsardzības darbības.

3.4.2 Cēloņu analīze
Strāvas transformatora trūkumu cēloņi ietver šādus aspektus: Pirmkārt, pārstrāva konvertera vārtes bloķēšanas laikā rada viju augstu termisko un elektromagnētisko spriegumu, iespējams, bojājot izolāciju. Otrkārt, izolācijas veiktspēja dabiski noveco laikā, padarot transformatorus vairāk izturīgus pret trūkumiem nevēlamās situācijās, piemēram, vārtes bloķēšanas laikā. Papildus tam, nepareiza dizains vai izvēle—piemēram, nepareiza nominālā strāva vai precizitātes klase—var izraisīt kodola saturošanos bloķēšanas notikumos. Piemēram, dažā UHV DC projektā, strāvas transformatora nominālā strāva bija pārāk zema; vārtes bloķēšanas laikā, kodols ātri saturojās, neveicot precīzu strāvas mērījumu un izraisot aizsardzības releju nepareizu darbību.

Lai labāk izprastu katra defektu veida proporciju starp neitrālās šķidrleņķa līdzstrāvas traucējumiem pārvērtnes ventilu bloķēšanas laikā, šajā darbā tika veikta statistiskā analīze vairāku UHV DC pārnesei projektu defektu datiem, ar rezultātiem, kas atspoguļoti Tabulā 2.

Tabula 2: Neitrālās šķidrleņķa līdzstrāvas traucējumu veidu proporcija UHV pārvērtnes ventilu bloķēšanas laikā

4.Neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāju traucējumu novēršanas un risināšanas pasākumi laikā, kad UHV pārveidotāja vārdiņi tiek bloķēti
4.1 Traucējumu novēršanas pasākumi
4.1.1 Iekārtu atlases un dizainā optimizācija
UHV DC pārraides projektu būvniecības posmā ir jāņem vērā tādu nelielāku stāvokļu kā pārveidotāja vārdiņu bloķēšana ietekme uz neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētājiem, un atbilstoši jāoptimizē iekārtu atlase un dizains. Būtiskiem komponentiem—piemēram, augstas izolācijas veiktspējas izolētājiem, labiem arkaugražības kontaktiem, uzticīgiem darbības mehāniem un piemēroti aprekinātiem strāvas pārveidotājiem—ir jābūt atlasītiem. Piemēram, izolējošie porceļānas čiekuri, kas izgatavoti no modernām izolācijas materiāliem un ražošanas procesiem, var palielināt izolācijas uzticamību; kontaktmateriali ar lielu arkaugražību var pagarināt kontaktu dzīveslaiku; un labi izstrādāts darbības mehānis nodrošina precīzu un uzticamu atvēršanu/ieslēgšanu dažādos darbības stāvokļos.

4.1.2 Paaugstināta iekārtu monitorings un uzturēšana
Jāizveido visaptverošs iekārtu monitoringa sistēma, lai nepārtraukti monitorētu neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāju darbības parametrus, tostarp elektriskos parametrus, temperatūru, spiedienu, vibrāciju un citus stāvokļa rādītājus. Ar datu analīzi var agrīnā stadijā identificēt potenciālas traucējumu riskus. Piemēram, infrasarkana termogrāfija var tikt izmantota, lai monitorētu temperatūras kontaktos un savienojumu punktos; neatbilstošas temperatūras pieaugums aktivizē laikus pārbaudes un labojumus. Tīmekļa monitornieki izolācijas pretestībai un daļējam izdevenumam palīdz novērtēt izolācijas stāvokli. Papildus tam, regulārā uzturēšanai, ieskaitot tīrīšanu, smaržēšanu un stiprināšanu, ir jāpastiprina, lai nodrošinātu, ka iekārta paliek optimālā darbības stāvoklī.

4.1.3 Darbības vides kvalitātes uzlabošana
Neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāju darbības videi ir jāuzlabo, lai samazinātu sliktās vides ietekmi. Piemēram, transformatoru stacijās var ieviest gaisa tīrīšanas sistēmas, lai samazinātu gaisā esošos piesārņojuma avotus un korozijas gāzes; efektīvas mitruma kontrolēšanas pasākumi, piemēram, mitruma izsūknēšanas ierīces, var uzturēt tīrākos apstākļos apkārt iekārtai. Krasta vai smagās rūpnieciskās piesārņojuma zonās, īpaši aizsardzības procedūras, piemēram, pretkorozijas apklājumi, var tikt piemēroti, lai palielinātu iekārtu atbalstu pret vides degradāciju.

4.2 Traucējumu risināšanas pasākumi
4.2.1 Ātras traucējumu diagnosticēšanas tehnoloģijas pielietošana
Kad notiek traucējums neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētājā, ir jāpielieto ātras traucējumu diagnosticēšanas tehnoloģijas, lai precīzi identificētu traucējuma veidu un galveno cēloni. Intelektuālās diagnostikas sistēmas, kombinētas ar reāllaika darbības datiem un traucējumu raksturojumiem, ļauj ātri noteikt traucējuma atrašanās vietu, izmantojot datus analīzi un modeļu balstītus aprēķinus. Piemēram, strāvas un sprieguma parametru reāllaika monitoringa un analīze var palīdzēt noskaidrot, vai notikusi izolācijas trūkums, kontaktu bojājums vai strāvas pārveidotāja trūkums; vibrācijas analīze var atklāt mehāniskus jautājumus darbības mehānismā.

4.2.2 Racionālu traucējumu risināšanas procedūru izveide
Detaļas un racionālas traucējumu risināšanas procedūras ir jāizveido, lai nodrošinātu ātru un efektīvu reakciju, kad notiek traucējumi. Šīs procedūras ir jāiekļauj traucējumu ziņošana, vietas pārbaude, traucējumu diagnosticēšana, remonta plānošana, remonta īstenošana, iekārtu testēšana un akceptācijas pārbaude. Visā procesā ir jāievēro drošības protokoli, lai aizsargātu personālu un iekārtu. Piemēram, risinājot izolācijas traucējumus, jāatslēdz enerģija un jāizlādē saglabātā enerģija, pirms veic pārbaudes un remontu; pēc komponentu aizvietošanas, stingri testēšanas un akceptācijas pārbaudes ir jāapstiprina, ka veiktspēja atbilst prasītajiem standartiem.

4.2.3 Nodrošinājuma iekārtas un neskaidrošanas plāni
Lai minimizētu neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāju traucējumu ietekmi uz sistēmas darbību, jānodrošina nodrošinājuma iekārtas un jāizstrādā visaptveroši neskaidrošanas plāni. Gadījumā, ja notiek smags traucējums, ko nevar strauji labot, nodrošinājuma iekārtas var tikt strauji izmantotas, lai atjaunotu normālo sistēmas darbību. Regulāra nodrošinājuma iekārtu uzturēšana un testēšana ir nepieciešama, lai nodrošinātu, ka tās paliek labā stāvoklī. Neskaidrošanas plānā jānorāda neskaidrošanas procedūras, personāla pienākumi, saziņas protokoli un citi būtiski elementi, lai nodrošinātu kārtīgu un efektīvu neskaidrošanu.

5.Secinājums
UHV pārveidotāja vārdiņu bloķēšanas laikā neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāji saskaras ar vairākiem traucējumu riskiem, ieskaitot izolācijas trūkumu, darbības mehānis trūkumu, kontaktu bojājumu un strāvas pārveidotāju traucējumus, visi kuri var būtiski ietekmēt UHV DC pārraides sistēmu drošo un stabilo darbību. Griezīgi analizējot pārveidotāja vārdiņu bloķēšanas mehānismu un neitrālās šķidrlejas līkstrādņa izolētāju darbības stāvokli šādos apstākļos, ir skaidri identificēti bieži sastopami traucējumu veidi un to cēloņi, atbalstīti detaļā izstrādātajiem gadījumu pētījumiem. Lai efektīvi novērstu un risinātu šos traucējumus, ir jāievieš novēršanas pasākumi iekārtu atlase un dizains, operatīvais monitoring un uzturēšana, un vides uzlabošana. Tāpat, traucējumu risināšanas stratēģijas, ieskaitot ātras diagnostikas tehnoloģijas, standartizētas remonta procedūras un neskaidrošanas sistēmas, ir jāpieņem, lai papildus palielinātu UHV DC pārraides sistēmu darbības uzticamību.