Ultra Yüksek Gerilimli Dönüştürücü Valflerinin Engellenmesi Sırasında Nötr Anahtarlama Kemerinin Kusur Analizi

1. Çok Yüksek Gerilimli Dönüştürücü Valflerin Engelleme Prensibi
1.1 Dönüştürücü Valflerinin Çalışma Prensibi
Çok yüksek gerilimli (ÇYG) dönüştürücü valfler genellikle alternatif akımı (AC) doğrudan akıma (DC) ve tam tersine dönüştürmek için tiristör valfleri veya yalıtımlı kapaklı bipolar tranzistör (IGBT) valflerini kullanır. Tiristör valfi örneğinde, birden fazla seri ve paralel bağlı tiristörden oluşur. Tiristörlerin tetiklenmesi (açılışı) ve kapanması ile valf elektrik akımını düzenleyip dönüştürür. Normal işletim sırasında, dönüştürücü valf, belirlenmiş ateşleme sırasına ve zamanlamasına göre AC'yi DC'ye veya DC'yi AC'ye dönüştürür [1].

1.2 Dönüştürücü Valfin Engellenmesinin Nedenleri ve Süreci
Dönüştürücü valfin engellenmesi aşırı gerilim, aşırı akım, iç bileşen arızaları ve kontrol ve koruma sistemindeki anormallikler gibi çeşitli faktörler tarafından tetiklenebilir. Bu anormallikler tespit edildiğinde, kontrol ve koruma sistemi hızlı bir şekilde tüm tiristörlerin veya IGBT valflerinin tetiklenmesini durduracak bir engelleme komutu verir, bu da dönüştürücü valfi engeller.

Engelleme süreci sırasında, sistemin elektrik parametrelerinde önemli değişiklikler meydana gelir. Örneğin, düzleştirici tarafında, dönüştürücü valf engellendikten sonra, AC tarafındaki akım hızla düşer. Ancak, hat indüktansı nedeniyle, DC tarafındaki akım hemen sıfıra düşmez ve yerel busbar yoluyla devam ederek serbest akım oluşturur. Bu anda, yerel busbar devre kesicisi, aşırı akımdan kaynaklanan hasarı önlemek için hızlı bir şekilde DC akımını kesmelidir [2].

2. Dönüştürücü Valfin Engellenmesi Sırasında Yerel Busbar Devre Kesicinin İşletme Koşulları
2.1 Elektrik Parametrelerinde Oluşan Değişiklikler
Dönüştürücü valf engellendiğinde, yerel busbar devre kesicisindeki gerilim ve akımda büyük değişiklikler meydana gelir. DC tarafında, engellenen dönüştürücü valf normal akım akışını engellediği için, yerel busbar ve ilgili ekipmanlarda aşırı akım oluşur. Ayrıca, sistemdeki elektromanyetik geçici süreçler nedeniyle, yerel busbar devre kesicisinde aşırı gerilim oluşabilir.

Örneğin, belirli bir ÇYG DC iletim projesinde, dönüştürücü valf engellendikten sonra, yerel busbar akımı anında nominal akımın 2-3 katına yükseldi ve yerel busbar devre kesicisindeki gerilim önemli dalgalanmalara uğradı, normal işletme geriliminin 1.5 katına ulaşarak zirve yaptı. Tablo 1, dönüştürücü valf engellenmesi sırasında elektrik parametrelerindeki değişiklikleri görsel olarak gösterir.

Tablo 1: Belirli Bir ÇYG DC İletim Projesinde Dönüştürücü Valf Engellenmesi Sırasında Elektrik Parametrelerindeki Değişiklikler

2.2 Gerilim Değişkenlikleri
Dönüştürücü vanenin bloke edildiğinde, nötr anahtar kemer devresi kesicisi sadece elektriksel gerilim değil, aynı zamanda mekanik gerilime de dayanmalıdır. Elektriksel gerilim çoğunlukla aşırı gerilim ve aşırı akımdan kaynaklanır, bu da kesici kontaklarının elektriksel aşınmasını artırır ve hizmet ömrünü kısaltır. Mekanik gerilim, hızlı açma-kapatma işlemler sırasında işletim mekanizması tarafından üretilen darbe kuvvetlerinden ve hızlı akım değişikliklerinden kaynaklanan manyetik kuvvetlerden oluşur. Örneğin, sık dönüşüm vanesi bloke etme olaylarında, nötr anahtar kemer devresi kesicisinin işletim mekanizmasının bileşenleri gevşeyebilir veya aşınabilir, bu da normal açma-kapatma performansını olumsuz etkileyebilir [3].

3.Yüksek Voltajlı Dönüştürücü Vanesi Bloke Edilmesi Sırasında Nötr Anahtar Kemer Devresi Kesicilerinde Ortak Arızalar ve Neden Analizi
3.1 yalıtım Hatası
3.1.1 Arıza Gösterimi
Yalıtım hatası, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında nötr anahtar kemer devresi kesicilerinde görülen daha yaygın arıza türlerinden biridir. Bu, genellikle iç yalıtım malzemelerinin yaşlanması veya hasar görmesinden kaynaklanır, bu da yalıtım performansını azaltır ve patlama veya çökme sonucu ortaya çıkar. Örneğin, bazı uzun süre çalışan UHV DC iletim projelerinde, nötr anahtar kemer devresi kesicisinin içindeki yalıtım seramik tüplerin yüzeyinde kirletme ve çatlaklar belirmiş, bu da yalıtım performansını ciddi şekilde zayıflattı.

3.1.2 Neden Analizi
Yalıtım hatasının nedenleri birkaç aspekti içerir. İlk olarak, yüksek gerilim ve büyük akım altında uzun süreli işlem, yalıtım malzemelerinin yavaş yavaş yaşlanmasına neden olur, zamanla yalıtım yeteneğini azaltır. İkinci olarak, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında oluşan aşırı gerilim ve aşırı akım, yalıtım malzemelerine ciddi bir gerilim uygular, yaşlanma sürecini hızlandırır. Ayrıca, nemli ve ağır kirlilik gibi zorlu çalışma ortamları, yalıtım yüzeylerine kirletmelerin birikmesine neden olur, bu da yalıtım performansını daha da azaltır. Örneğin, nemli ve tuzlu havada bulunan bir sahil UHV DC iletim projesinde, nötr anahtar kemer devresi kesicisinin yalıtım seramiklerinin yüzeyinde iletken bir film kolayca oluşur, bu da yalıtım gücünü önemli ölçüde azaltır ve sık patlama arızalarına neden olur.

3.2 İşletim Mekanizması Hatası
3.2.1 Arıza Gösterimi
İşletim mekanizması hataları, genellikle anormal açma-kapatma süreleri veya açma-kapatma başarısızlığı (çalışma reddi) şeklinde ortaya çıkar. Örneğin, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında, nötr anahtar kemer devresi kesicisi çok uzun açma süreleri gösterebilir, DC akımıyi zamanında kesemez veya düzgün kapanamaz, bu da kötü temas sonuçlarına yol açabilir.

3.2.2 Neden Analizi
İşletim mekanizması hatalarının nedenleri karmaşıktır. Bir yandan, mekanik bileşenlerin sıklıkla kullanımı sonucunda aşınma veya deformasyon geçirerek performansları azalır. Örneğin, mekanizmadaki yaylar yorgunluk nedeniyle elastisitelerini kaybedebilir, bu da yetersiz açma-kapatma kuvvetine neden olur. Diğer yandan, kontrol devresindeki hatalar—örneğin röle arızası veya kopmuş kontrol kabloları—mekanizmanın komutları doğru almasını veya yerine getirmesini önleyebilir. Ayrıca, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında elektromanyetik interferans, kontrol sinyallerini bozabilir, bu da işlevsizlik veya çalışma reddine neden olabilir. Örneğin, belirli bir UHV DC iletim projesinde, yüksek akım kemerlerine yakın yönlendirilen kontrol kabloları, vanesi bloke edilmesi sırasında güçlü manyetik interferansa maruz kaldı, bu da kesicinin açılmamasına neden oldu.

3.3 Temas Hatası
3.3.1 Arıza Gösterimi
Temas hataları, genellikle temas aşınması, artan temas direnci ve temas kaynaşması içerir. Dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında, nötr anahtar kemer devresi kesicisi büyük akımları keserken, yüksek sıcaklık ark oluşturur, bu da temas yüzeylerinin aşınmasına neden olur. Uzun süreli aşınma, eşitsiz temas yüzeyleri ve daha yüksek direnç sonucunu getirir, normal işleme zarar verir. Aşırı durumlarda, temasaşarlar birleşebilir, bu da kesicinin açılmasını engeller.

3.3.2 Neden Analizi
Temas hatasının başlıca nedeni, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında oluşan büyük akım ve yüksek sıcaklık arkıdır. Büyük akım akışı, Joule ısılmasını artırarak temas sıcaklığını yükseltir, aynı zamanda arkın yoğun ısı aşınmayı hızlandırır. Ayrıca, temas malzemesinin özellikleri ve üretim kalitesi, ark direncini etkiler. Yüksek sıcaklık veya ark direnci düşük olan malzemelerden yapılmış veya standart olmayan süreçlerle üretilmiş temasaşarlar, aşınmaya daha yatkındır. Örneğin, bir UHV DC projesinde, nötr anahtar kemer devresi kesicisi yetersiz ark direncine sahip temasaşar kullandı; birden fazla bloke etme olayından sonra ciddi aşınma meydana geldi, bu da temas direncini önemli ölçüde artırdı ve normal işleme zarar verdi.

3.4 Akım Dönüştürücüsü Hatası
3.4.1 Arıza Gösterimi
Akim dönüştürücüsü hataları, genellikle ikincil taraf açık devreleri, sarım yalıtım hasarı ve çekirdek doygunluğu içerir. Dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında, DC akımındaki ani değişim, akım dönüştürücüsünü ciddi gerilime tabi tutar, bu da hataya sebep olur. Örneğin, ikincil devre açık olması tehlikeli derecede yüksek gerilimler oluşturabilir, ekipman ve personelin güvenliğini tehdit edebilir; sarım yalıtım hasarı, iç kısa devreler oluşmasına neden olabilir, ölçüm doğruluğunu azaltır; ve çekirdek doygunluğu ölçüm hatalarını artırır, yanlış koruma eylemlerini tetikleyebilir.

3.4.2 Neden Analizi
Akim dönüştürücüsü hatasının nedenleri şunları içerir: İlk olarak, dönüştürücü vanesi bloke edilmesi sırasında oluşan aşırı akım, sarımlara yüksek termal ve manyetik gerilim uygular, bu da yalıtımı hasarlı hale getirebilir. İkinci olarak, yalıtım performansı doğal olarak zamanla azalır, bu da valf bloke edilmesi gibi anormal koşullarda hataya daha yatkın hale gelir. Ayrıca, yanlış tasarım veya seçim—örneğin yanlış nominal akım veya doğruluk sınıfı—valf bloke edilmesi sırasında çekirdek doygunluğuna neden olabilir. Örneğin, bir UHV DC projesinde, akım dönüştürücüsünün nominal akımı çok düşüktü; valf bloke edilmesi sırasında, çekirdek hızlı bir şekilde doygunlaştı, akımı doğru ölçemedi ve koruma rölelerinin yanlış çalışmasına neden oldu.

Dönüştürücü valf kilitlenmesi sırasında nötr anahtar şinası devre kesicilerindeki her hata türünün oranını daha iyi anlamak için bu makale, birden fazla UHV DC iletim projesinden elde edilen hata verilerinin istatistiksel bir analizini gerçekleştirdi. Sonuçlar Tablo 2'de gösterilmiştir.

Tablo 2: Dönüştürücü Valfi Kilitlendiğinde Nötr Anahtar Şinası Devre Kesici Hata Türlerinin Oranı

4.Yüksek Gerilimli Dönüştürücü Valfi Engellenmesi Sırasında Nötr Anahtar Çubuğu Kesicileri İçin Arızanın Önlenmesi ve İşleme Tedbirleri
4.1 Arızanın Önlenmesi Tedbirleri
4.1.1 Ekipman Seçiminin ve Tasarımının Optimize Edilmesi
Yüksek gerilimli DC iletim projelerinin inşaat aşamasında, dönüştürücü valfin engellenmesi gibi anormal durumların nötr anahtar çubuğu kesicileri üzerindeki etkisi tam olarak düşünülmeli ve ekipman seçimi ve tasarımı buna göre optimize edilmelidir. Yüksek yalıtım performansına sahip devre kesiciler, mükemmel ark dirençli kontaklar, güvenilir işletim mekanizmaları ve uygun derecelendirilmiş akım dönüşüm cihazları gibi kritik bileşenler seçilmelidir. Örneğin, gelişmiş yalıtım malzemelerinden ve üretim süreçlerinden üretilen yalıtım porselen tüpler, yalıtım güvenilirliğini artırabilir; güçlü ark dirençli kontakt malzemeleri, kontakt ömrünü uzatabilir; ve iyi tasarlanmış bir işletme mekanizması, çeşitli işletme koşulları altında hassas ve güvenilir açma/kapanmayı sağlar.

4.1.2 Ekipman İzleme ve Bakımını Güçlendirme
Nötr anahtar çubuğu kesicisinin operasyonel parametrelerini—elektriksel parametreler, sıcaklık, basınç, titreşim ve diğer durum göstergelerini—sürekli olarak izleyecek kapsamlı bir ekipman izleme sistemi kurulmalıdır. Veri analizi yoluyla potansiyel arıza riskleri erken tespit edilebilir. Örneğin, kızılötesi termografi, kontakt ve bağlantı noktalarındaki sıcaklıkları izlemek için kullanılabilir; anormal sıcaklık yükseltmeleri zamanında incelemeler ve düzeltici işlemlere yol açar. Yalıtım direncinin ve kısmi salınımın çevrimiçi izlenmesi, yalıtım durumunun değerlendirilmesine yardımcı olur. Ayrıca, temizlik, yağlama ve sıkıştırma dahil olmak üzere rutin bakım işlemleri güçlendirilmeli ve ekipmanın optimal işletme koşullarında kalmasını sağlamak için uygulanmalıdır.

4.1.3 İşletme Ortam Kalitesinin İyileştirilmesi
Nötr anahtar çubuğu kesicisinin çalışma ortamı, olumsuz çevre etkilerini azaltmak için iyileştirilmelidir. Örneğin, hava arındırma sistemleri, alt istasyonlarda havada bulunan kirleticileri ve koruyucu gazları azaltmak için kurulabilir; nem kontrolü gibi etkili önlemler, dehumidifyerler kullanılarak ekipmanın etrafında kuru koşullar sağlanabilir. Sahil veya ağır endüstriyel kirlilik alanlarında, anti-korozif kaplamalar gibi özel koruma uygulamaları, ekipmanın çevre tarafından kaynaklanan bozulmalara karşı direncini artırmak için uygulanabilir.

4.2 Arızanın İşleme Tedbirleri
4.2.1 Hızlı Arıza Tanı Teknolojilerinin Uygulanması
Nötr anahtar çubuğu kesicisinde bir arıza tespit edildiğinde, arıza tipini ve kök nedenini doğru bir şekilde belirlemek için hızlı arıza tanı teknolojileri kullanılmalıdır. Akıllı tanı sistemleri, gerçek zamanlı işletme verileri ve arıza özellikleriyle birleştirildiğinde, veri analizi ve model tabanlı hesaplamalar aracılığıyla hızlı arıza yerleştirme mümkün hale gelir. Örneğin, akım ve voltaj parametrelerinin gerçek zamanlı izlenmesi ve analizi, yalıtım başarısızlığı, kontakt hasarı veya akım dönüşüm cihazı arızası olup olmadığını belirlemeye yardımcı olabilir; titreşim analizi, işletme mekanizmasındaki mekanik sorunları ortaya çıkarabilir.

4.2.2 Mantıklı Arıza İşleme Prosedürlerinin Kurulması
Arızalar olduğunda hızlı ve etkili bir yanıt sağlayacak detaylı ve mantıklı arıza işleme prosedürleri geliştirilmelidir. Bu prosedürler, arıza bildirimi, yerinde inceleme, arıza tanı, onarım planlaması, onarım uygulama, ekipman testi ve kabul doğrulaması içermelidir. Süreç boyunca, personel ve ekipman koruması için güvenlik protokollerine sıkı sıkıya uyulmalıdır. Örneğin, yalıtım arızalarını ele alırken, önce enerji kesilmeli ve depolanan enerji boşaltılmalı, ardından inceleme ve onarım yapılmalıdır; parça değiştirildikten sonra, performansın gerekli standartları karşıladığına dair sert testler ve kabul kontrolleri yapılmalıdır.

4.2.3 Acil Durumda Yedek Ekipman ve Plan B Oluşturma
Nötr anahtar çubuğu kesicilerindeki arızaların sistem işletmesi üzerindeki etkisini en aza indirmek için acil durumda kullanılacak yedek ekipman bulunmalı ve kapsamlı plan B'ler oluşturulmalıdır. Ciddi bir arıza anında onarılamıyorsa, yedek ekipman hızla dağıtılarak normal sistem işletmesi yeniden kurulabilir. Yedek ekipmanın iyi bir bekletme durumunda kalması için düzenli bakım ve testler gereklidir. Plan B, acil durum yanıt prosedürlerini, personel sorumluluklarını, iletişim protokollerini ve diğer önemli unsurları belirleyerek düzenli ve etkili bir acil durum işleme sağlar.

5.Sonuç
Yüksek gerilimli dönüştürücü valfi engellenmesi sırasında, nötr anahtar çubuğu kesicileri —yalıtım başarısızlığı, işletme mekanizması arızası, kontakt hasarı ve akım dönüşüm cihazı arızaları dahil— birden fazla arıza riskiyle karşı karşıyadır ve bu riskler yüksek gerilimli DC iletim sistemlerinin güvenli ve istikrarlı işletmesini önemli ölçüde tehlikeye atabilir. Dönüştürücü valflerin engelleme mekanizması ve bu koşullar altında nötr anahtar çubuğu kesicilerinin işletme durumu ayrıntılı olarak analiz edilerek, yaygın arıza tipleri ve nedenleri, detaylı vaka çalışmaları ile desteklenmiştir. Bu arızaların etkili bir şekilde önlenmesi ve ele alınması için, ekipman seçimi ve tasarım, işletme izleme ve bakım, çevre iyileştirme konularında önleyici tedbirler uygulanmalıdır. Aynı zamanda, hızlı tanı teknolojileri, standartlaştırılmış onarım prosedürleri ve acil durum yedek sistemleri dahil olmak üzere arıza işleme stratejileri benimsenerek, yüksek gerilimli DC iletim sistemlerinin işletme güvenilirliği daha da artırılmalıdır.