Υψηλής Τάσης Στροφές Αποσύνδεσης και Αποτυχίες Λειτουργικού Μηχανισμού
Οι υψηλής τάσης διαχωριστές (HVDs) είναι κρίσιμοι μηχανισμοί στα ηλεκτρικά δίκτυα, χρησιμοποιούμενοι κυρίως για την απομόνωση πηγών ενέργειας σε συνδυασμό με προστατικούς σπάστες. Με την πρόταση «ψηφιακών δικτύων», τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας υψηλής τάσης και την επέκταση του ηλεκτρικού δικτύου της Κίνας, οι εφαρμογές HVD έχουν αυξηθεί σημαντικά σε ποσότητα και ποικιλία. Ο ηλεκτρικός λειτουργικός μηχανισμός, ένα βασικό συστατικό που ελέγχει τις κινήσεις των HVD, απαιτεί εξαιρετική αξιοπιστία και σταθερότητα.
Τα HVD αντιπροσωπεύουν υψηλό ποσοστό αποτυχιών μεταξύ των υψηλής τάσης εξοπλισμών, με τους λειτουργικούς μηχανισμούς να είναι η κύρια αιτία των παραλείψεων. Συνηθισμένες αποτυχίες των λειτουργικών μηχανισμών περιλαμβάνουν αρνησικυρία σύνδεσης, λειτουργική αποτυχία και ανόητη ανοίγματος/κλεισίματος. Η ανεξέλεγκτη λειτουργία του λειτουργικού μηχανισμού, όπου ο μοτέρ συνεχίζει να λειτουργεί, μπορεί να οδηγήσει σε μεγάλες διακοπές ρεύματος στον εξοπλισμό του δικτύου. Από αυτές, οι αποτυχίες ανοίγματος/κλεισίματος (συμπεριλαμβανομένης της αρνησικυρίας σύνδεσης, ανόητης λειτουργίας και χαμηλής ακρίβειας σύνδεσης) επηρεάζουν σημαντικά τη σταθερότητα του δικτύου.
Η έρευνα δείχνει ότι οι αποτυχίες HVD που προκαλούνται από ηλεκτρικούς λειτουργικούς μηχανισμούς προέρχονται κυρίως από ζητήματα δευτερεύουσας διατροπής, όπως η αποτυχία ελέγχου λόγω χαμηλής ποιότητας ηλεκτρικών συστατικών ή χαλαρών συνδέσεων στη δευτερεύουσα διατροπή. Για τους ευρέως χρησιμοποιούμενους CJx-τύπου ηλεκτρικούς λειτουργικούς μηχανισμούς, οι εσωτερικοί μοτέρ προστατεύονται με θερμομαγνητικούς σπάστες και ηλεκτρονικά συστήματα προστασίας του μοτέρ. Εκτεθειμένοι στο εξωτερικό για μακρόχρονο, αυτοί οι μηχανισμοί διατηρούν λειτουργικές στάσεις για 3-6 χρόνια μετά την εγκατάσταση, αλλά τα ηλεκτρικά συστατικά ελέγχου είναι ευάλωτα και ευαίσθητα σε περιβαλλοντικούς παράγοντες.
Η μακρά λειτουργία μπορεί να ξεφορτώσει τους περιοριστικούς σταθμούς και τα βολτίδια, οδηγώντας σε ανόητη σύνδεση αν δεν ανιχνευθεί (π.χ., η απόκλιση 5° στη θέση στο Σχήμα 1 αποτελεί προς το δίκτυο κίνδυνο). Οι σταθμοί μετακίνησης, οι οποίοι είναι κρίσιμοι για τη μετάβαση της διαδικασίας σύνδεσης, υφίστανται οξείδωσης των επαφών και μείωσης της ζωής τους λόγω περιβαλλοντικών επιρροών.
Σύνοψη και Κατάσταση Έρευνας των Αποτυχιών των Διαχωριστών Υψηλής Τάσης
Σε σύνοψη, οι κύριες αιτίες των αποτυχιών ανοίγματος/κλεισίματος των διαχωριστών υψηλής τάσης (HVD) μπορούν να χαρακτηριστούν σε δύο τύπους: αποτυχίες της ηλεκτρικής διατροπής ελέγχου και αποτυχίες του μηχανικού συστήματος. Αυτό το έγγραφο εστιάζει στην ηλεκτρική διατροπή ελέγχου, η οποία περιλαμβάνει κυρίως αποτυχίες της διατροπής του μοτέρ, αποτυχίες περιοριστικών σταθμών και ζητήματα δευτερεύουσας διατροπής. Η ανάλυση δείχνει ότι ο υψηλός ρυθμός αποτυχιών σύνδεσης αποδίδεται κυρίως σε αποτυχίες του μοτέρ και της δευτερεύουσας διατροπής, επηρεάζοντας σημαντικά τη λειτουργία των HVD. Έτσι, η επίλυση της ασφάλειας και της αξιοπιστίας των λειτουργικών μηχανισμών HVD είναι επείγουσα.
1. Κατάσταση Έρευνας των Διαχωριστών Υψηλής Τάσης
Πολλοί ερευνητές και μηχανικοί έχουν διεξάγει εκτεταμένες μελέτες για τα παραπάνω ζητήματα και έχουν προτείνει κατασκευαστικές λύσεις, συνοψιζόμενες σε δύο βασικά σημεία:
1.1 Κατάσταση Έρευνας των Αποτυχιών της Δευτερεύουσας Διατροπής
Πολλές μελέτες έχουν ασχοληθεί με τα ζητήματα των ηλεκτρικών συστατικών στη δευτερεύουσα διατροπή. Η κακή σφράγιση του κιβωτίου του λειτουργικού μηχανισμού επιτρέπει την εισόδου υγρού, προκαλώντας ρίγος, αποτυχία επιμελητών/ρελέ και χαλαρές επαφές, καθώς και μηχανικές συρρίκνωσης - οδηγώντας σε αρνησικυρία σύνδεσης ή ανόητη λειτουργία. Προτεινόμενες λύσεις περιλαμβάνουν τακτική συντήρηση, προστασία από υγρό και διαγράμματα αποτυχιών για ταχεία εντοπισμό.
Για μηχανική φθορά, όπως μεταμορφωμένα καθίζοντα, χαλαρά βολτίδια περιορισμού ή φθαρμένα βίτσια λόγω της μηχανικής ενέργειας του μοτέρ, προτείνονται μέτρα όπως συχνές επιθεωρήσεις και εγκαίρως εξάλειψη των αδυναμιών. Αντιοξειδωτικά υλικά προτείνονται για τις φθαρμένες συνδέσεις καθώς και μέθοδοι μέτρησης τάσης/αντίστασης βοηθούν στη διάγνωση των αποτυχιών της δευτερεύουσας διατροπής - ενισχυμένες από καταγραφή αδυναμιών για βελτίωση της αποτελεσματικότητας εντοπισμού. Έχουν προταθεί θερμαντικά συστήματα για την αντιμετώπιση των προβλημάτων υγρότητας, όπως η ανάλογη στροφή των επιμελητών και η κακή επαφή στους ηλεκτρικούς λειτουργικούς μηχανισμούς.
Ωστόσο, οι υπάρχουσες μελέτες απλώς απαριθμούν τα σημεία αποτυχίας και επιμένουν στη συντήρηση χωρίς βασικές λύσεις, αντικατοπτρίζοντας χαμηλή προσοχή στη δευτερεύουσα διατροπή. Το προσωπικό συντήρησης συχνά υποεκτιμά τα ηλεκτρικά συστατικά σε σχέση με τα μηχανικά, και η άγνοια των δομών/αρχών των δευτερευόντων συστατικών, σε συνδυασμό με την παραμέληση των τακτικών επιθεωρήσεων, είναι έμμεσες αιτίες αποτυχιών.
1.2 Κατάσταση Έρευνας των Ζητημάτων Ακρίβειας Σύνδεσης
Για την αντιμετώπιση της ακρίβειας σύνδεσης και της μηχανικής ενέργειας, οι μελετητές έχουν βελτιώσει τον έλεγχο του μοτέρ, σχεδιάζοντας λειτουργικούς μηχανισμούς με μοτέρ άνευ ενισχυτή (BLDC) και συνεχής μαγνητικής συγχρονισμένης μηχανή (PMSM). Ένας BLDC-βασισμένος λειτουργικός μηχανισμός HVD με καρδιά DSP και διπλή κλειστή λειτουργία έχει αποδείξει αποτελεσματική ρύθμιση της ταχύτητας σύνδεσης. Παρόμοιες μέθοδοι για πραγματικό χρόνο ελέγχου ταχύτητας εξασφαλίζουν ομαλή λειτουργία και βελτιωμένη ακρίβεια κλεισίματος, δημιουργώντας τη βάση για την ανάπτυξη του εξυπερληπτικού δικτύου. Σημειώνεται, ότι αυτά τα σχεδιασμοί παραμένουν σε θεωρητική έρευνα και στάδιο εργαστηριακής σιμουλάσης, με απροσδιόριστη αξιοπιστία σε πρακτικές εφαρμογές.
2 Σχεδιασμός Διανεμημένου Ηλεκτρικού Λειτουργικού Μηχανισμού
Βάσει της παραπάνω ανάλυσης, η κύρια αιτία των αποτυχιών των λειτουργικών μηχανισμών είναι η χαμηλή αξιοπιστία της ηλεκτρικής διατροπής ελέγχου, η οποία είναι ευάλωτη σε περιβαλλοντικούς παράγοντες. Η καθυστερημένη συντήρηση ή άλλα προβλήματα μπορούν να ζημιώσουν τα ηλεκτρικά συστατικά, οδηγώντας σε αποτυχίες σύνδεσης. Σε απάντηση, αυτό το έγγραφο προτείνει έναν διανεμημένο σχεδιασμό για ηλεκτρικούς λειτουργικούς μηχανισμούς.
2.1 Έννοια Διανεμημένου Ελέγχου για Ηλεκτρικούς Λειτουργικούς Μηχανισμούς
Ο διανεμημένος έλεγχος διαιρεί το σύνολο του συστήματος σε ξεχωριστά τμήματα, καθένα ελεγχόμενο ανεξάρτητα από έναν κύριο ελεγκτή. Αυτός ο σχεδιασμός χωρίζει το μέτρο ηλεκτρικού ελέγχου από το μέτρο οδηγίας του μοτέρ:
Λαμβάνοντας υπόψη το μεταβαλλόμενο περιβάλλον εξωτερικά και την ευάλωτη φύση των καλωδίων, έχει εγκριθεί μια στρατηγική κατανεμημένης χρήσης καλωδίων με βάση την αρχή πολλαπλής χρήσης του TRIZ. Επειδή οι διατροπές ελέγχου του μοτέρ και οι διατροπές ενδείξεων κατάστασης σύνδεσης δεν χρειάζονται να ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα, αυτή η προσέγγιση επιτρέπει τη μεταφορά σημάτων για τον έλεγχο του μοτέρ και την ένδειξη της θέσης του διαχωριστή χρησιμοποιώντας μόνο 5 καλώδια. Αυτό μειώνει σημαντικά τις εξωτερικές περιβαλλοντικές επιρροές στον ηλεκτρικό λειτουργικό μηχανισμό. Η συνολική έννοια ελέγχου του διανεμημένου ηλεκτρικού λειτουργικού μηχανισμού είναι παρουσιασμένη στο Σχήμα 2.
2.2 Σχεδιασμός Διανεμημένων Μονάδων Ελέγχου
Οι ευρέως εφαρμοσμένοι CJx-σειράς ηλεκτρικοί λειτουργικοί μηχανισμοί είναι σχεδιασμένοι με ενσωματωμένα ηλεκτρικά και μηχανικά συστατικά, λειτουργώντας εξωτερικά ολόκληρο το έτος σε σταθερή διάταξη από την εγκατάσταση. Αυτή η ολοκλήρωση είναι ένας κύριος παράγοντας που συμβάλλει στο υψηλό ποσοστό αποτυχιών. Ο μοντουλάρης σχεδιασμός διακόπτει αυτή την ολοκληρωμένη εξωτερική διάταξη, χωρίζοντας τον μηχανισμό σε δύο ξεχωριστές μονάδες: μονάδα ηλεκτρικού ελέγχου και μονάδα οδηγίας μοτέρ.
Ο μοντουλάρης σχεδιασμός παρέχει ξεχωριστά πλεονεκτήματα: επιτρέπει στη μονάδα ηλεκτρικού ελέγχου να είναι στοχευμένη σε θερμοκρασιακά σταθερό περιβάλλον, μειώνοντας σημαντικά τις περιβαλλοντικές επιρροές στις λειτουργίες σύνδεσης HVD· και μειώνει την ενδομονάδα σύνδεση, επιτρέποντας ταχεία αντικατάσταση των αδυνάμων μονάδων - δίνοντα
