Análisis y Procesamiento de Defectos en Interruptores de Circuito LW12-500 Dead Tank

Introducción

El interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 es un interruptor de circuito de alta tensión nacional. A medida que el tiempo de operación aumenta continuamente, las fallas frecuentes del cuerpo principal y el mecanismo de operación han tenido un impacto significativo en la operación segura y estable de la red eléctrica, afectando la confiabilidad del suministro de energía y causando que el costo de mantenimiento del interruptor de circuito aumente año tras año. Este artículo propone medidas preventivas y de control correspondientes para las deficiencias y fallos comunes del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500, con el fin de eliminar completamente los riesgos ocultos del equipo y mejorar el nivel de operación de la red eléctrica.

Visión General del Equipo

El interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 utiliza gas SF₆ como medio de aislamiento y extinción del arco. El mecanismo de operación adopta presión hidráulica pura, y los componentes principales del mecanismo hidráulico son importados de Hitachi. El interruptor de circuito tiene una estructura de doble interrupción, con capacitores paralelos instalados en ambos extremos de la interrupción principal. Los capacitores paralelos son proporcionados por la empresa Murata de Japón.

Condiciones de Servicio del Equipo

Todavía hay muchos interruptores de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 en servicio dentro del sistema de la Corporación Estatal de Red Eléctrica. Al final de 2014, había 33 de estos interruptores de circuito en operación en la Compañía Jibei, 14 de los cuales estaban equipados con resistencias de cierre, y el tiempo de operación era ≥10 años.

Situaciones de Fallo del Equipo

• En septiembre de 2002, se produjo un fallo de toma de tierra monofásico en la fase B de un interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500. Las fases B de los interruptores 5031 y 5032 en una subestación determinada se desconectaron. La fase B del interruptor 5032 se recerró con éxito, mientras que la fase B del interruptor 5031 no logró recerrarse. Tras la inspección, se descubrió que, debido al aflojamiento de la tuerca de ajuste del interruptor de presión, el valor de presión de bloqueo de cierre cambió, lo que resultó en la incapacidad del interruptor de circuito para recerrarse.

• De abril a junio de 2004, durante el mantenimiento y pruebas previas normales del equipo, los interruptores de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5053, 5043 y 5012 en una subestación determinada mostraron el fenómeno de negarse a abrir durante la operación. La inspección reveló que el fallo fue causado por la degradación del aceite hidráulico en el mecanismo de operación, lo que llevó a un mal movimiento del cuerpo de la válvula.

• En junio de 2004, durante la operación, la fase C del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5052 en una subestación determinada tuvo un fallo de descarga interna en el tanque debido a la desprendimiento de la capa de plata del cilindro de presión dentro de la cámara de extinción del arco.

• En junio de 2005, cuando una subestación determinada realizó la operación normal de apertura de alimentación en el interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5043, el pasador de eje rotatorio del perno de liberación de apertura debajo del electroimán de apertura del mecanismo de operación de la fase B se rompió, lo que causó que la fase B del interruptor de circuito no se separara. Al mismo tiempo, la resistencia en serie en el circuito de apertura se dañó y se desoldó. Tras la inspección, después de reemplazar el perno de liberación dañado, la bobina de apertura y la resistencia en serie de apertura, el equipo se puso nuevamente en operación.

• En junio de 2005, cuando la barra 2# de una subestación determinada se alimentó, la fase C del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5053 se desconectó inmediatamente después de cerrarse. La inspección reveló que la deformación del perno golpeador causó que la válvula de apertura de primera etapa no pudiera reiniciar, y el interruptor de circuito se desconectó continuamente. Volvió a la normalidad después de reemplazar el perno golpeador.

• En mayo de 2006, debido a los fallos de desconexión continua de una línea determinada, la bobina de cierre de la fase B del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5012 se quemó. La inspección reveló que el fallo fue causado por el atasco del perno de cierre en la fase B, lo que hizo que la bobina de cierre se cargara durante mucho tiempo y provocó el sobrecalentamiento.

• En julio de 2007, se produjo un fallo de descarga interna en el tanque de la fase B del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5031 en una subestación determinada durante la operación. La razón fue un proceso de pintura aislante deficiente (pintura manual) del varillaje conductor dentro del embudo. Debido a la pintura irregular, materiales extraños como cerdas del cepillo se adhirieron al varillaje conductor, y las cerdas cayeron sobre el escudo, causando que el escudo descargara hacia la pared interna del tanque.

• En noviembre de 2007, durante un fallo en la Subestación 3#, el interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5013 experimentó múltiples fallos de apertura y cierre, lo que llevó a la escalada del accidente.

• En febrero de 2009, durante una prueba de actuación de protección después de un mantenimiento de apagado en el interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5012, la fase C no pudo cerrarse. La inspección reveló que el eje que conecta el perno de cierre y el gancho en el mecanismo no era flexible, impidiendo que el perno y el gancho se liberaran y causando el fallo de cierre de la fase.

• En junio de 2009, ocurrió un flashover interno en la fase A del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5021 durante la transmisión de energía después de un gran mantenimiento. El fallo se atribuyó a esquinas vivas en el ensamblaje del escudo y a un interior no limpio del tanque.

• En marzo de 2012, después de la apertura, la fase A del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5053 experimentó primero un fallo de interrupción, que luego se desarrolló en un fallo de toma de tierra. La inspección reveló que la degradación de las placas de los capacitores paralelos entre las interrupciones causó que el capacitor explotara después de la ruptura, desencadenando una descarga entre el escudo y el tanque.

• En enero de 2013, después de la apertura, la fase B del interruptor de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500 5043 experimentó nuevamente un fallo de interrupción, seguido de un fallo de toma de tierra; el arco de 12 segundos entre las interrupciones en la fase A fue eliminado por la protección diferencial de la barra antes de desarrollarse en un fallo de toma de tierra. El fallo fue causado de manera similar por la degradación de las placas de los capacitores paralelos entre las interrupciones, con la ruptura y explosión del capacitor desencadenando una descarga entre el escudo y el tanque.

Defectos Principales

• Las unidades de producción temprana tenían una mala aplicación de pintura aislante en el varillaje conductor dentro del embudo (proceso de pincelado manual), dejando riesgos ocultos de descarga interna de aislamiento debido a la adherencia de cerdas del cepillo, desprendimiento y pelado de la pintura.

• La superficie interna del tanque tenía un mal acabado de pintura aislante, propensa al desprendimiento y pelado, causando riesgos de descarga interna de aislamiento; el escudo de gradiente dentro del tanque tenía un mal mecanizado y montaje, con esquinas vivas y salientes.

• La capa de plata en la superficie interna del cilindro de presión de la cámara de extinción del arco era propensa al desprendimiento y pelado.

• Una mala alineación de los contactos móviles y estacionarios o resortes de contacto de baja calidad causaba fragmentación y desprendimiento de los dedos de contacto de arco y boquillas.

• La degradación de las placas de los capacitores paralelos entre las interrupciones suponía riesgos de ruptura de aislamiento.

• Un diseño poco razonable de los sistemas de calefacción y sellado del mecanismo causó alarmas de presión de aceite ultra alta en varios interruptores de circuito durante las transiciones estacionales.

• Fallas frecuentes del mecanismo hidráulico, especialmente altas tasas de daño de sellos y acumuladores de presión, redujeron la confiabilidad del mecanismo:

• Múltiples ocurrencias de "recierre inmediato después de la apertura" o "desconexión continua" debido a un mal mecanizado de la válvula primaria del mecanismo hidráulico;

• Degradación severa del aceite hidráulico, lo que llevó a la presurización frecuente y fugas de aceite;

• Insuficiente resistencia y propensión a fracturas/deformaciones de algunas piezas metálicas (por ejemplo, pernos) en el mecanismo de operación debido a mala calidad del material o mecanizado;

• Problemas de calidad con los acumuladores de presión, causando caídas de presión pre-cargada en varias unidades que no cumplieron con los requisitos operativos después de un funcionamiento prolongado.

Medidas de Refacción

Las medidas de mantenimiento implementadas para los interruptores de circuito LW12-500 incluyen:

• Reemplazo del varillaje conductor dentro del embudo con un nuevo tipo que cuenta con tecnología avanzada de revestimiento aislante.

• Inspección y mantenimiento exhaustivo del tanque: centrado en la verificación de la capa de pintura interna, el ensamblaje de la resistencia de cierre, la capa de plata del cilindro de presión (reemplazada si está desprendida/pelada) y el ajuste de alineación de los contactos móviles/estacionarios.

• Inspección y mantenimiento del mecanismo de operación: incluyendo sistemas de válvulas, acumuladores de presión, cilindros de trabajo, bombas hidráulicas y reemplazo completo del aceite hidráulico.

• Reemplazo de las placas de los capacitores paralelos de interrupción con componentes de proceso mejorado proporcionados por la Corporación Murata de Japón.

Medidas de Mejora Sugeridas

• Para garantizar la seguridad y estabilidad de la red eléctrica, el mantenimiento oportuno de los interruptores de circuito tipo LW12 es crucial. Sin embargo, los desafíos en el suministro de repuestos y servicios técnicos, agravados por la discontinuación a largo plazo del interruptor y la mala disponibilidad de repuestos, han dificultado el mantenimiento, con costos de revisión unitaria elevados que se acercan a los de comprar nuevos interruptores. Considerando la seguridad, economía y avance tecnológico, se recomienda la sustitución general de los interruptores de circuito SF₆ tipo tanque LW12-500.

• Antes de su retiro, fortalecer la supervisión y el mantenimiento de las condiciones operativas de los interruptores LW12. Utilizar tecnologías avanzadas como la detección de descargas parciales ultrasónicas y el análisis cromatográfico de gas SF₆ para evaluar regularmente el estado de aislamiento interno bajo voltaje de operación, acortar los ciclos de detección y hacer un seguimiento oportuno de las tendencias de degradación del aislamiento. Esto permite tomar medidas dirigidas para prevenir fallos repentinos de aislamiento interno durante la operación.