Mga Switch na May Mataas na Voltaje at Mga Pagkakamali sa Mekanismo ng Paggana
Ang mga high-voltage disconnect switch (HVD) ay mahahalagang mga aparato para sa switching sa power grid, na pangunahing ginagamit upang i-isolate ang mga pinagmulan ng kuryente kasama ang mga circuit breaker. Sa pagproporsya ng "digital grids," patuloy na pag-unlad ng teknolohiya ng high-voltage switchgear, at paglaki ng power grid ng Tsina, ang aplikasyon ng HVD ay lumago sa halaga at iba't ibang uri. Ang electric operating mechanism, isang mahalagang komponente na nagpapatakbo ng mga paggalaw ng HVD, nangangailangan ng walang tatalo na reliabilidad at estabilidad.
Ang mga HVD ay may mataas na rate ng pagkakamali sa mga high-voltage equipment, kung saan ang mga operating mechanism ang pangunahing sanhi ng mga pagkakamali. Ang mga karaniwang pagkakamali sa operational mechanism ay kinabibilangan ng pagtutol sa switching, operational failure, at hindi kumpleto na pagbubukas/pagsasara. Ang pagtatakip ng operating mechanism—kung saan patuloy na tumatakbo ang motor—ay maaaring magresulta sa malaking brownout sa grid equipment. Sa mga ito, ang pagbubukas/pagsasara failures (kasama ang pagtutol sa switching, hindi kumpleto na operasyon, at mababang switching accuracy) ay may malaking epekto sa estabilidad ng grid.
Ang mga pag-aaral ay nagpapahiwatig na ang mga pagkakamali ng HVD na dulot ng electric operating mechanisms ay pangunahin ay nagmumula sa secondary circuit issues, tulad ng control failures dahil sa mahinang kalidad ng mga electrical components o loose connections sa secondary circuit. Para sa malawakang ginagamit na CJx-type electric operating mechanisms, ang mga internal motors ay protektado ng thermal-magnetic circuit breakers at electronic motor protection devices. Matagal na nakalantad sa labas, ang mga mekanismo na ito ay nananatiling operational sa loob ng 3-6 taon pagkatapos ng commissioning, ngunit ang kanilang mga electrical control components ay delikado at madaling maapektuhan ng environmental factors.
Ang matagal na operasyon ay maaaring makalunas ng mga limit switches at bolts, na nagdudulot ng hindi kumpleto na pag-switch kung hindi napagtanto (halimbawa, ang 5° positional deviation sa Figure 1 ay nagpapahamak sa grid). Ang mga travel switches, na mahalaga para sa mga transisyon ng switching process, ay nakakaranas ng oxidized contacts at maikling lifespan dahil sa mga impluwensya ng kapaligiran.
Buod at Status ng Pag-aaral ng Mga Kamalian sa High-Voltage Disconnect Switch
Sa buod, ang pangunahing sanhi ng mga pagkakamali sa pagbubukas/pagsasara ng high-voltage disconnect switch (HVD) ay maaaring ikategorya sa dalawang uri: electrical control circuit faults at mechanical system faults. Ang paper na ito ay nakatuon sa electrical control circuit, na pangunahing binubuo ng motor circuit failures, limit switch malfunctions, at secondary circuit issues. Ang analisis ay nagpapakita na ang mataas na rate ng pagkakamali sa switching ay pangunahin ay inuugnay sa mga pagkakamali ng motor at secondary circuit, na may malaking epekto sa operasyon ng HVD. Kaya, ang pagresolba ng seguridad at reliabilidad ng mga operating mechanism ng HVD ay urgent.
1. Status ng Pag-aaral ng High-Voltage Disconnect Switches
Ang mga kaugnay na mananaliksik at inhinyero ay nag-conduct ng malawakang pag-aaral sa mga nabanggit na isyu at inihain ang mga constructive solutions, na sumaryo sa dalawang pangunahing aspeto:
1.1 Status ng Pag-aaral ng Secondary Circuit Faults
Maraming pag-aaral ang tumutugon sa mga isyu ng mga electrical component sa secondary circuits. Ang mahinang sealing ng operating mechanism box ay nagpapahintulot sa pumasok ng ulan, na nagdudulot ng corrosion ng mga komponent, auxiliary switch/relay failure, loose button contacts, at mechanical jams—na nagresulta sa pagtutol sa switching o hindi kumpleto na operasyon. Ang mga inihandang solusyon ay kinabibilangan ng regular na maintenance, moisture protection, at fault flowcharts para sa mabilis na troubleshooting.
Para sa mechanical wear tulad ng deformed pins, loose limit bolts, o worn screws dahil sa motor inertia, inirerekomenda ang mga pamamaraan tulad ng regular inspections at timely defect elimination. Inirerekomenda rin ang anti-oxidation materials para sa corroded wire joints, habang ang voltage/resistance testing methods ay nakakatulong sa pag-diagnose ng secondary circuit faults—na pinahusay pa ng defect logging upang mapabuti ang efficiency ng troubleshooting. Inihandog din ang heating devices upang tugunan ang mga isyu na dulot ng humidity tulad ng auxiliary switch misalignment at poor contact sa electric operating mechanisms.
Gayunpaman, ang mga umiiral na pag-aaral ay simpleng nagsasaad ng mga fault points at nagbibigay-diin sa maintenance nang walang fundamental solutions, na nagpapakita ng mababang pagbibigay-diin sa secondary circuits. Ang mga maintenance personnel ay madalas undervaluing ang mga electrical components kumpara sa mechanical parts, at ang kakulangan ng pagka-kilala sa secondary component structures/principles—kasama ang inaabandunang regular inspections—ay mga indirect causes ng pagkakamali.
1.2 Status ng Pag-aaral ng Mga Isyu sa Switching Accuracy
Upang tugunan ang switching accuracy at mechanical inertia, ang mga scholar ay naimprove ang motor control sa pamamagitan ng disenyo ng brushless DC motor (BLDC) at permanent magnet synchronous motor (PMSM) operating mechanisms. Ang BLDC-based HVD mechanism na may DSP core at dual closed-loop control strategy ay ipinakita ang epektibong switching speed regulation. Ang mga katulad na pamamaraan para sa real-time speed monitoring ay nagse-set ng smooth operation at improved closing accuracy, na naglalayong palakasin ang smart grid development. Mahalagang tandaan, ang mga disenyo na ito ay nasa theoretical research at laboratory simulation stages, at ang reliability sa praktikal na aplikasyon ay hindi pa napapatunayan.
2 Distributed Electric Operating Mechanism Design Scheme
Batay sa analisis na ito, ang pangunahing sanhi ng mga pagkakamali sa operating mechanism ay ang mahinang reliabilidad ng electrical control circuit, na napaka-sensitive sa environmental factors. Ang delayed maintenance o iba pang isyu ay maaaring masira ang mga electrical components, na nagdudulot ng mga pagkakamali sa switching. Bilang tugon, ang paper na ito ay inihahandog ang isang distributed design para sa electric operating mechanisms.
2.1 Distributed Control Concept for Electric Operating Mechanisms
Ang distributed control ay hinahati ang buong sistema sa hiwalay na segment, bawat isa ay independiyenteng kontrolado ng main controller. Ang disenyo na ito ay naghihiwalay ng electrical control module mula sa motor drive module:
Bilang isang pag-considera sa variable outdoor environment at cable susceptibility, ang time-division shared cable strategy ay inadopt batay sa principle of multi-usage ng TRIZ. Dahil ang motor control circuits at switching status indicator circuits ay hindi kailangang aktibo nang sabay, ang approach na ito ay nagbibigay-daan sa signal transmission para sa parehong motor control at disconnect switch position indication gamit ang lamang 5 cables. Ito ay significantly reduces external environmental impacts on the electric operating mechanism. Ang overall control concept ng distributed electric operating mechanism ay ipinapakita sa Figure 2.
2.2 Disenyo ng Distributed Control Modules
Ang malawakang ginagamit na CJx-series electric operating mechanisms ay disenyo bilang integrated electrical at mechanical components, na nag-ooperate outdoors buong taon sa isang fixed configuration simula ng commissioning. Ang integrasyon na ito ay isang pangunahing factor na nagdudulot ng kanilang mataas na rate ng pagkakamali. Ang modular design ay naglabas sa all-in-one outdoor setup sa pamamagitan ng paghahati ng mekanismo sa dalawang hiwalay na modules: electrical control module at mechanical drive module.
Ang modular design ay nagbibigay ng distinct advantages: ito ay nagbibigay-daan para sa electrical control module na ilagay sa isang temperature-stabilized environment, na significantly reducing environmental impacts on HVD switching operations; at ito ay minimizes inter-module wiring, enabling quick replacement of faulty modules—prioritizing "replace-first, repair-later" upang mapabuti ang maintenance efficiency at mabawasan ang grid downtime.
2.2.1 Electrical Control Module
Ang electrical control module ay binubuo ng main controller, open/close transfer switch, relays, position indication circuits, at phase-loss protector, bilang inilalarawan sa design concept ng Figure 3.
Ang control logic functions bilang sumusunod: ang switching signal (open/close) mula sa button ay ipinapadala sa controller, na nagreregulate ng operasyon ng motor batay sa command. Kapag ang HVD ay nasa open state, ang open-position circuit ay aktibo, na nag-i-light ng indicator. Ang pindutan ng close button ay nag-trigger sa controller upang i-engage ang main motor relay at close-circuit transfer relay, na nagdradrive ng HVD upang magsara. Pagkatapos, ang motor relay ay de-energizes, na nag-aactivate ng close-position circuit at indicator. Ang phase-loss protector ay nagbibigay-proteksyon sa motor circuit na may timer functionality, na nag-disconnect ng main circuit sa loob ng specified time frame sa kaso ng mga pagkakamali.
2.2.2 Motor Drive Module
Ang motor drive module ay pangunahing binubuo ng AC motor, speed reducer, friction coupling, Siemens auxiliary switch, thyristor arc-suppression circuit, limit stops, at mechanical locking device. Kapag ang main controller ay nagpadala ng open/close command, ang motor control circuit ay aktibo, na nagdradrive ng speed reducer at main shaft sa pamamagitan ng motor para sa switching operations. Ang limit stops sa tuktok ng main shaft, kasama ang mechanical locking device, ay nagkontrol ng switching position accuracy. Samantalang, ang Siemens auxiliary switch ay nagtrabaho kasama ang thyristor arc-suppression circuit upang idisconnect ang motor control circuit, na huminto sa operasyon ng motor. Ang 90-degree rotational margin sa connection ng speed reducer at main shaft ay nagbibigay ng no-load starting ng motor. Ang hitsura ng motor drive module ay ipinapakita sa Figure 4.
2.3 Solusyon para sa Closing Accuracy ng Disconnect Switch
Ang closing action ay isang mahalagang hakbang para sa high-voltage switchgear. Ang hindi sapat na closing accuracy ay maaaring makaapekto sa stable operation ng buong power system. Upang paunlarin ang opening at closing accuracy ng electric operating mechanism, ang disenyo na ito ay gumagamit ng mechanical locking device, kasama ang Siemens auxiliary switch at friction coupler, upang mapabuti ang accuracy ng isang tiyak na antas.
2.3.1 Siemens Auxiliary Switch at Thyristor Arc - Suppression Circuit
Ang auxiliary switch ay konektado sa main motor circuit upang kontrolin ang on-off ng motor circuit. Ang auxiliary switch ay hindi prone sa rust dahil sa external environmental influences, at ang internal friction mechanism nito ay nagpre-prevent ng accidental closures. Ang mga contact ay gumagamit ng spring-loaded pin at hard sheath upang matiyak ang stable at reliable connections. Ang specific structure ay ipinapakita sa Figure 6.
Design Principle ng Thyristor Arc - Suppression Circuit: Kapag ang auxiliary switch ay idisconnect, ang arc ay ginagawa. Upang maiwasan ang arc na maging too large at makasira ng switch, ang thyristor arc - suppression circuit ay konektado sa parallel sa auxiliary switch upang i-absorb ang arc. Ang specific circuit design ay ipinapakita sa Figure 7, kung saan ang contacts 1, 2, 3, at 4 ay lahat auxiliary switch contacts. (Contacts 1 at 2 ay ginagamit para kontrolin ang on-off ng thyristor arc - suppression circuit, at contacts 3 at 4 ay ginagamit para kontrolin ang on-off ng main motor circuit. Itinatakda na ang contacts 1 at 2 ay idisconnect pagkatapos ng contacts 3 at 4 upang makamit ang layunin ng arc suppression).
2.3.2 Function ng Friction Coupler
Ang friction coupler ay nagbibigay-proteksyon sa motor sa anumang abnormal operating conditions. Kapag ang high-voltage disconnect switch ay nasa lugar pagkatapos ng closing, ang main motor circuit ay mabilis na ididisconnect. Gayunpaman, dahil sa mechanical rotational inertia, ang motor ay hindi maaaring huminto agad. Sa oras na ito, ang friction coupler ay gumagamit bilang force-relieving component. Ito ay nagbibigay-daan para sa friction gear na mag-idle, na nagdissipate ng mechanical inertia ng motor at matiyak ang precise positioning ng high-voltage disconnect switch sa panahon ng opening at closing operations. Karagdagang, sa pamamagitan ng pag-adjust ng tightness ng spring, ang friction torque ay maaaring baguhin upang tugunan ang opening at closing operations ng iba't ibang disconnect switches. Ang friction coupler ay ipinapakita sa Figure 8.
Advantages ng Designed Scheme sa CJx-type Electric Operating Mechanisms
Ang proposed design ay nagtanggal ng electrical components tulad ng travel switches at limit switches, na nagbabawas ng instability factors at nagpapabuti ng reliabilidad ng electric operating mechanism. Ito ay nagtanggal din ng terminal block na may maraming contacts, na nag-simplify ng wiring circuit. Sa modular design, lamang limang cables ang nagko-connect sa dalawang modules, na nagpapabuti ng fault-repair efficiency. Karagdagang, ito ay maaaring bumuo ng multiple protection layers kasama ang thermomagnetic circuit breakers at existing electronic motor protection devices. Kahit na ang electrical control circuit ay may malfunction, ang mechanical locking device at friction coupler ay nagpapabuti ng seguridad ng motor. Ang friction coupler ay kontra-balanse sa force mula sa motor mechanical inertia, at ang mechanical locking device ay nagpaprevent ng limit stop mula sa "rebounding," na matitiyak ang accurate opening at closing ng high-voltage disconnect switch at protektado ang integrity nito. Bukod dito, ang no-load starting ng motor ay minimizes ang starting current, na nag-iwas sa equipment shock at nagpapahaba ng service life ng operating mechanism.
3 Experimental Verification
Tumutugon sa relevant standards tulad ng "High-Voltage AC Disconnect Switches and Earthing Switches" at "Common Technical Requirements for High-Voltage AC Switchgear and Controlgear," ang combination ng mechanical locking device at friction coupler ay lalo pang nagpapabuti ng opening at closing accuracy ng disconnect switch. Kumpara sa CJx series electric operating mechanisms, ito ay nagbibigay ng mas mataas na reliabilidad at seguridad. Ang error detection, sa pamamagitan ng maraming opening at closing tests at angular deviation measurements sa pagitan ng limit stop at limit screw, ay nagpapakita na sila ay malapit na aligned, na may actual machining error na nasa loob ng 1°, na fully meeting the technological standards. Ang actual position ay ipinapakita sa Figure 9.
4 Conclusion
Bilang isa sa mga key equipment sa power grid, ang reliabilidad at seguridad ng operating mechanism ng high-voltage disconnect switches ay napakahalaga. Ang paper na ito ay nagtutuon sa electric operating mechanism bilang subject ng pag-aaral, nagbibigay ng detalyadong disenyo at analisis ng kanyang distributed control method, at inverify ito sa pamamagitan ng mga eksperimento, na nagresulta sa inaasahang resulta.Batay sa konsepto ng distributed control, ang motor ay idrive ng main controller upang macontrol nang ligtas at accurately ang opening at closing operations ng high-voltage disconnect switches.
Sa pamamagitan ng modular design approach, ang electric operating mechanism ay pangunahing nahahati sa electrical control module at motor drive module, na nagbabawas ng complexity ng wiring at nagpapabuti ng maintenance speed.Inilagay ang mechanical locking device. Kasama ang espesyal na structures ng Siemens auxiliary switch at friction coupler, ang opening at closing accuracy ng disconnect switch ay nai-improve.
