Foutanalyse van de neutrale busbalkontaktdozer tijdens het blokkeren van ultra-hoge-spanningsomzetterventielen

1.Blokkering Principe van Ultra-Hoge Spanning Converter Valven
1.1 Werkingsprincipe van Converter Valven
Ultra-hoge spanning (UHV) converter valven gebruiken meestal thyristor valven of geïsoleerde gate bipolaire transistor (IGBT) valven om wisselstroom (AC) om te zetten in gelijkstroom (DC) en vice versa. Met de thyristor valve als voorbeeld, bestaat deze uit meerdere thyristors die in serie en parallel zijn verbonden. Door het beheersen van het activeren (aanzetten) en uitschakelen van thyristors, reguleert en zet de valve elektrische stroom om. Tijdens normaal gebruik zet de converter valve AC om naar DC of DC naar AC volgens een vooraf gedefinieerde ontstekingsvolgorde en timing [1].

1.2 Oorzaken en Proces van Converter Valve Blokkering
Converter valve blokkering kan worden geactiveerd door verschillende factoren, waaronder overspanning, overspanning, interne componentenfouten en afwijkingen in het beheer- en beschermingssysteem. Wanneer dergelijke afwijkingen worden gedetecteerd, geeft het beheer- en beschermingssysteem snel een blokkeercommando, waardoor het activeren van alle thyristors of IGBT valven wordt gestopt, waardoor de converter valve wordt geblokkeerd.

Tijdens het blokkeringsproces vinden er significante veranderingen plaats in de elektrische parameters van het systeem. Bijvoorbeeld, aan de rectifierkant, nadat de converter valve is geblokkeerd, daalt de AC-stroom snel. Echter, vanwege lijninductie, daalt de DC-stroom niet onmiddellijk tot nul en blijft in plaats daarvan stromen via paden zoals de neutrale busleiding, wat resulteert in een freewheeling stroom. Op dit moment moet de neutrale busleiding schakelaar snel werken om de DC-stroom te onderbreken en het systeemequipment te beschermen tegen schade door te hoge stroom [2].

2.Werkomstandigheden van de Neutrale Busleiding Schakelaar Tijdens Converter Valve Blokkering
2.1 Veranderingen in Elektrische Parameters
Wanneer de converter valve wordt geblokkeerd, ondergaan de spanning en stroom over de neutrale busleiding schakelaar drastische veranderingen. Aan de DC-kant, aangezien de geblokkeerde converter valve de normale stroomtoevoer verhindert, treedt er overstroom op in de neutrale busleiding en gerelateerde apparatuur. Tegelijkertijd kan, vanwege elektromagnetische tijdelijke processen in het systeem, overspanning optreden over de neutrale busleiding schakelaar.

Bijvoorbeeld, in een bepaald UHV DC-overdrachtproject, na blokkering van de converter valve, steeg de neutrale busleiding stroom onmiddellijk tot 2–3 keer de nominale stroom, en toonde de spanning over de neutrale busleiding schakelaar significante fluctuaties, met pieken van 1,5 keer de normale bedrijfsspanning. Tabel 1 illustreert visueel de veranderingen in elektrische parameters tijdens converter valve blokkering.

Tabel 1: Veranderingen in Elektrische Parameters Tijdens Converter Valve Blokkering in een Bepaald UHV DC Overdrachtproject

2.2 Spannings- en belastingsvariaties
Wanneer de omzetterklep geblokkeerd is, moet de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit niet alleen elektrische spanning maar ook mechanische spanning doorstaan. Elektrische spanning ontstaat voornamelijk door overspanning en overstroming, wat de elektrische erosie van de schakelaarkontakten verergert en hun levensduur verkort. Mechanische spanning ontstaat vooral door de klapkrachten die worden opgewekt door het bedrijfsmechanisme tijdens snelle open- en sluitbewegingen, evenals de elektromagnetische krachten die worden veroorzaakt door snelle stroomveranderingen. Bijvoorbeeld, bij frequente blokkeringen van de omzetterklep kunnen onderdelen van het bedrijfsmechanisme van de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit losraken of slijten, wat nadelig is voor de normale open- en sluitprestaties [3].

3.Algemene type storingen en oorzakenanalyse van schakelaars van het neutrale busbalkcircuit tijdens blokkering van UHV-omzetterkleppen
3.1 Isolatiefaal
3.1.1 Storingmanifestaties
Isolatiefaal is een van de meer voorkomende type storingen voor schakelaars van het neutrale busbalkcircuit tijdens blokkering van de omzetterklep. Het manifesteert zich voornamelijk als veroudering of beschadiging van interne isolatiematerialen, wat leidt tot verslechterde isolatieprestaties en resulteert in bliksemovergang of doorbraak. Bijvoorbeeld, in sommige langdurig opererende UHV-DC-overdrachtprojecten zijn er oppervlaktecontaminatie en scheuren opgetreden op de isolerende porseleinen bushingen binnen de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit, wat ernstig de isolatieprestaties heeft aangetast.

3.1.2 Oorzakenanalyse
De oorzaken van isolatiefaal omvatten verschillende aspecten. Ten eerste, langdurig werken onder hoge spanning en grote stroom doet isolatiematerialen geleidelijk verouderen, waardoor hun isolatiecapaciteit met de tijd afneemt. Ten tweede leggen de overspanning en overstroming die tijdens de blokkering van de omzetterklep ontstaan, zware stress op isolatiematerialen, waardoor het verouderingsproces wordt versneld. Bovendien veroorzaken strenge werkomstandigheden—zoals hoge luchtvochtigheid en zwaar vervuiling—dat isolatieoppervlakken contaminanten verzamelen, wat de isolatieprestaties verder vermindert. Bijvoorbeeld, in een kustgebieds UHV-DC-overdrachtproject met hoge luchtvochtigheid en zoutbevattende lucht, vormt zich gemakkelijk een geleidend film op het oppervlak van de isolerende porseleinen bushing van de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit, wat de isolatiesterkte aanzienlijk vermindert en frequent bliksemovergang veroorzaakt.

3.2 Faal van het bedrijfsmechanisme
3.2.1 Storingmanifestaties
Faalt van het bedrijfsmechanisme manifesteert zich voornamelijk als abnormale open- en sluitingstijden of faal om te openen/sluiten (weigeren om te functioneren). Bijvoorbeeld, tijdens blokkering van de omzetterklep kan de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit abnormaal lange openingstijden vertonen, waardoor de DC-stroom niet snel genoeg wordt onderbroken, of kan deze niet goed sluiten, wat leidt tot slechte contacten.

3.2.2 Oorzakenanalyse
De oorzaken van faal van het bedrijfsmechanisme zijn complex. Enerzijds, mechanische componenten verslijten na verloop van tijd door frequente bewegingen, wat slijtage of vervorming veroorzaakt die de prestaties beïnvloedt. Bijvoorbeeld, veren in het mechanisme kunnen door vermoeidheid elasticiteit verliezen, wat leidt tot onvoldoende open- en sluitkracht. Anderzijds, storingen in het besturingsschakeling—zoals relaisfouten of gebroken besturingskabels—kunnen voorkomen dat het mechanisme commando's correct ontvangt of uitvoert. Bovendien kan elektromagnetische interferentie tijdens blokkering van de omzetterklep besturingsignalen verstoren, wat leidt tot malfunctions of weigeren om te functioneren. Bijvoorbeeld, in een bepaald UHV-DC-overdrachtproject, werden besturingskabels die dicht bij hoge stroombusbars liepen tijdens klep-blokkering blootgesteld aan sterke magnetische interferentie, wat leidde tot weigeren van de schakelaar om te openen.

3.3 Contactfaal
3.3.1 Storingmanifestaties
Contactfaal omvat voornamelijk erosie van contacten, toename van contactweerstand en contactwelding. Tijdens blokkering van de omzetterklep, wanneer de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit grote stromen onderbreekt, vormen zich hoge temperatuur bogen, wat erosie van het contactoppervlak veroorzaakt. Lange termijn erosie leidt tot oneffen contactoppervlakken en hogere weerstand, wat de normale werking beïnvloedt. In ernstige gevallen kunnen contacten aan elkaar smelten, waardoor de schakelaar niet kan openen.

3.3.2 Oorzakenanalyse
De belangrijkste oorzaak van contactfaal is de grote stroom en de hoge temperatuurbogen die tijdens blokkering van de omzetterklep ontstaan. Grote stroomstroom produceert Joule-verwarming, wat de contacttemperatuur verhoogt, terwijl de intense hitte van de boog de erosie versnelt. Bovendien beïnvloeden de eigenschappen van het contactmateriaal en de productiekwaliteit de boogbestendigheid. Contacten gemaakt van materialen met slechte hoge temperatuur- of boogbestendigheid, of die met substandaard processen geproduceerd zijn, zijn gevoeliger voor erosie. Bijvoorbeeld, in een UHV-DC-project, gebruikte de schakelaar van het neutrale busbalkcircuit contacten met onvoldoende boogbestendigheid; na meerdere blokkeringsgebeurtenissen trad er ernstige erosie op, wat de contactweerstand aanzienlijk verhoogde en de normale werking verstoorde.

3.4 Faal van stroomtransformator
3.4.1 Storingmanifestaties
Storingen van stroomtransformators omvatten voornamelijk open secundaire circuits, windingisolatiebeschadiging en kernverzadiging. Tijdens blokkering van de omzetterklep, onderwerpt de plotselinge verandering in DC-stroom de stroomtransformator aan significante stress, waardoor deze vatbaar is voor faal. Bijvoorbeeld, een open secundair circuit kan gevaarlijk hoge spanningen genereren, wat apparatuur en personeel in gevaar brengt; windingisolatiebeschadiging kan interne kortsluitingen veroorzaken, wat de meetnauwkeurigheid vermindert; en kernverzadiging verhoogt meetfouten, wat potentiële foute beschermingsacties kan activeren.

3.4.2 Oorzakenanalyse
De oorzaken van stroomtransformatorfaal omvatten het volgende: Ten eerste, overstroming tijdens blokkering van de omzetterklep onderwerpt windingen aan hoge thermische en elektromagnetische stress, waardoor isolatie kan beschadigen. Ten tweede, de isolatieprestaties nemen natuurlijk met de tijd af, waardoor transformatoren kwetsbaarder zijn voor faal onder abnormale omstandigheden zoals klep-blokkering. Bovendien kan onjuiste ontwerp of selectie—zoals onjuiste nominale stroom of nauwkeurigheidsklasse—leiden tot kernverzadiging tijdens blokkeringsgebeurtenissen. Bijvoorbeeld, in een UHV-DC-project was de nominale stroom van de stroomtransformator te laag; tijdens klep-blokkering verzadigde de kern snel, waardoor de stroom niet nauwkeurig werd gemeten en beschermingsrelais foutief functioneerden.

Om een beter inzicht te krijgen in de verhouding van elk type fout onder neutral busbar circuit breaker storingen tijdens het blokkeren van converter kleppen, werd in dit artikel een statistische analyse uitgevoerd van foutgegevens van meerdere UHV DC-transmissieprojecten, met resultaten zoals weergegeven in Tabel 2.

Tabel 2: Verhouding van Neutral Busbar Circuit Breaker Fouttypen Tijdens UHV Converter Kleppen Blokkering

4.Foutpreventie- en afhandelingsmaatregelen voor neutrale busleidingsschakelaars tijdens het blokkeren van UHV-converteerders
4.1 Foutpreventiemaatregelen
4.1.1 Optimalisatie van de selectie en ontwerp van apparatuur
Tijdens de bouwfase van UHV DC-overdrachtprojecten dient rekening gehouden te worden met de impact van abnormale toestanden, zoals het blokkeren van converteerders, op neutrale busleidingsschakelaars, en de selectie en ontwerpen van apparatuur dienen daarnaar te worden geoptimaliseerd. Belangrijke componenten, zoals schakelaars met een hoge isolatieprestatie, uitstekende boogbestendige contacten, betrouwbare bedieningsmechanismen en gepast gerateerde stroomtransformatoren, moeten worden geselecteerd. Bijvoorbeeld, isolerende porseleinbuisjes gemaakt van geavanceerde isolatiematerialen en fabricageprocessen kunnen de betrouwbaarheid van de isolatie verbeteren; contactmaterialen met sterke boogbestendigheid verlengen de levensduur van de contacten; en een goed ontworpen bedieningsmechanisme zorgt voor nauwkeurige en betrouwbare opening/afsluiting onder diverse bedrijfsomstandigheden.

4.1.2 Versterkte toezicht en onderhoud van apparatuur
Een omvattende toezichtsysteem moet worden opgezet om de operationele parameters van de neutrale busleidingsschakelaar continu te bewaken, waaronder elektrische parameters, temperatuur, druk, trilling en andere statusindicatoren. Door middel van data-analyse kunnen potentiële foutrisico's vroeg worden geïdentificeerd. Bijvoorbeeld, infraroodthermografie kan worden gebruikt om temperaturen bij contacten en aansluitpunten te bewaken; abnormale temperatuurstijgingen activeren tijdige inspecties en correctieve maatregelen. Online toezicht op isolatieweerstand en partiële ontlading helpt de isolatieconditie te beoordelen. Daarnaast dient het reguliere onderhoud, inclusief reinigen, smeren en vastdraaien, te worden versterkt om ervoor te zorgen dat de apparatuur in optimale bedrijfsconditie blijft.

4.1.3 Verbetering van de kwaliteit van de bedrijfsomgeving
De bedrijfsomgeving van de neutrale busleidingsschakelaar dient te worden verbeterd om nadelige milieuinvloeden te verminderen. Bijvoorbeeld, luchtreinigingssystemen kunnen in transformatorstations worden geïnstalleerd om luchtverontreinigingen en corrosieve gassen te verminderen; effectieve vochtcontrolemaatregelen, zoals dehumidificators, kunnen droge omstandigheden rond de apparatuur handhaven. In kustgebieden of zwaar industrieel vervuilde gebieden kunnen speciale beschermingsbehandelingen, zoals anticorrosielak, worden toegepast om de bestendigheid van de apparatuur tegen milieudegradatie te versterken.

4.2 Foutafhandelingsmaatregelen
4.2.1 Toepassing van snelle foutdiagnostische technologieën
Bij het detecteren van een fout in de neutrale busleidingsschakelaar moeten snelle foutdiagnostische technologieën worden ingezet om de fouttype en oorzaak nauwkeurig te identificeren. Slimme diagnostische systemen, gecombineerd met real-time operationele gegevens en foutkenmerken, maken snelle foutlocatie mogelijk door middel van gegevensanalyse en modelberekeningen. Bijvoorbeeld, real-time monitoring en analyse van stroom- en spanningparameters kunnen helpen vaststellen of er sprake is van isolatiefout, contactschade of stroomtransformatorfout; trillingsanalyse kan mechanische problemen in het bedieningsmechanisme onthullen.

4.2.2 Opzetten van rationele foutafhandelingsprocedures
Gedetailleerde en rationele foutafhandelingsprocedures moeten worden opgesteld om een snelle en effectieve respons te waarborgen wanneer storingen optreden. Deze procedures moeten foutmelding, ter plaatse inspectie, foutdiagnose, reparatieplanning, uitvoering van reparaties, apparaattoetsing en acceptatiecontrole omvatten. Tijdens het hele proces is strikte naleving van veiligheidsprotocollen essentieel om personeel en apparatuur te beschermen. Bijvoorbeeld, bij het aanpakken van isolatiefouten moet eerst de stroom worden afgesloten en de opgeslagen energie worden ontladen voordat inspectie en reparatie plaatsvinden; na het vervangen van componenten moet grondige testen en acceptatiecontroles bevestigen dat de prestaties voldoen aan de vereiste normen.

4.2.3 Noodapparatuur en noodplannen
Om de impact van storingen in neutrale busleidingsschakelaars op de systeembewerking te minimaliseren, dient noodapparatuur beschikbaar te zijn en omvattende noodplannen te worden opgesteld. Bij een ernstige fout die niet snel hersteld kan worden, kan noodapparatuur snel worden ingezet om de normale systeembewerking te herstellen. Regelmatig onderhoud en testen van noodapparatuur zijn nodig om ervoor te zorgen dat het in goede stand-byconditie blijft. Het noodplan moet noodgevalreactieprocedures, persoonsverantwoordelijkheden, communicatieprotocollen en andere belangrijke elementen specificeren om geordende en efficiënte noodafhandeling mogelijk te maken.

5.Conclusie
Tijdens het blokkeren van UHV-converteerders staan neutrale busleidingsschakelaars bloot aan meerdere foutrisico's, waaronder isolatiefout, bedieningsmechanisme fout, contactschade en stroomtransformatorfout, die allemaal de veilige en stabiele werking van UHV DC-overdrachtsystemen aanzienlijk kunnen compromitteren. Door grondige analyse van het blokkeermechanisme van converteerders en de operationele staat van neutrale busleidingsschakelaars onder dergelijke omstandigheden, zijn veelvoorkomende fouttypen en hun oorzaken duidelijk geïdentificeerd, gesteund door gedetailleerde casestudies. Om deze fouten effectief te voorkomen en te verhelpen, dient preventieve maatregelen te worden genomen in de selectie en ontwerp van apparatuur, operationeel toezicht en onderhoud, en milieuverbetering. Tegelijkertijd moeten foutafhandelingsstrategieën, waaronder snelle diagnostische technologieën, gestandaardiseerde reparatieprocedures en noodsystemen, worden toegepast om de operationele betrouwbaarheid van UHV DC-overdrachtsystemen verder te versterken.