उच्च-वोल्टता डिसकनेक्ट स्विच और संचालन मैकेनिज़म की विफलताएँ

उच्च-वोल्टेज डिस्कनेक्ट स्विच (HVDs) विद्युत ग्रिड में महत्वपूर्ण स्विचिंग उपकरण हैं, जो मुख्य रूप से सर्किट ब्रेकर के साथ ऊर्जा स्रोतों को अलग करने के लिए प्रयोग किए जाते हैं। "डिजिटल ग्रिड" के प्रस्ताव, उच्च-वोल्टेज स्विचगियर प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति, और चीन के विद्युत ग्रिड के विस्तार के साथ, HVDs के अनुप्रयोगों में गुणवत्ता और विविधता में वृद्धि हुई है। इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म, HVD स्विचिंग गतिविधियों को नियंत्रित करने का एक महत्वपूर्ण घटक, असाधारण विश्वसनीयता और स्थिरता की मांग करता है।

HVDs उच्च-वोल्टेज उपकरणों में असफलताओं का एक उच्च दर है, जिसमें ऑपरेटिंग मेकेनिज्म असफलताओं का प्राथमिक कारण है। सामान्य ऑपरेशनल मेकेनिज्म असफलताएँ शामिल हैं: स्विचिंग अस्वीकृत, ऑपरेशनल असफलता, और अधूरा खुलना/बंद होना। ऑपरेटिंग मेकेनिज्म का भाग्यवश चलना—जहाँ मोटर लगातार चलती रहती है—ग्रिड उपकरणों में मुख्य विद्युत विभव की विफलता का कारण बन सकता है। इनमें से, खुलना/बंद होना असफल (स्विचिंग अस्वीकृत, अधूरा ऑपरेशन, और कम स्विचिंग दर) ग्रिड स्थिरता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है।

अनुसंधान दर्शाता है कि इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म से होने वाली HVD असफलताएँ मुख्य रूप से द्वितीयक परिपथ के मुद्दों से उत्पन्न होती हैं, जैसे कि गुणवत्ता वाले इलेक्ट्रिकल कंपोनेंट्स की कमी या द्वितीयक परिपथ में ढीली कनेक्शन के कारण नियंत्रण असफलताएँ। व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले CJx-प्रकार के इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म में, आंतरिक मोटर थर्मो-मैग्नेटिक सर्किट ब्रेकर और इलेक्ट्रोनिक मोटर संरक्षण उपकरणों द्वारा संरक्षित होती हैं। लंबी अवधि तक बाहरी रूप से रखे जाने पर, ये मेकेनिज्म आयोजित होने के 3-6 वर्षों तक संचालन पोजीशन बनाए रखते हैं, लेकिन उनके इलेक्ट्रिकल नियंत्रण कंपोनेंट्स दुर्बल होते हैं और पर्यावरणीय कारकों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं।

लंबी अवधि तक काम करने से लिमिट स्विच और बोल्ट ढीले हो सकते हैं, जिससे अधूरा स्विचिंग हो सकता है (उदाहरण के लिए, चित्र 1 में 5° की स्थिति विचलन ग्रिड जोखिम ला सकता है)। ट्रैवल स्विच, जो स्विचिंग प्रक्रिया के संक्रमण के लिए महत्वपूर्ण हैं, पर्यावरणीय प्रभावों के कारण संपर्कों की ऑक्सीकरण और लघु जीवनकाल का सामना करते हैं।

उच्च-वोल्टेज डिस्कनेक्ट स्विच दोषों का सारांश और अनुसंधान स्थिति

सारांश में, उच्च-वोल्टेज डिस्कनेक्ट स्विच (HVD) खुलना/बंद होना असफलताओं के मुख्य कारणों को दो प्रकार में वर्गीकृत किया जा सकता है: इलेक्ट्रिकल नियंत्रण परिपथ दोष और मैकेनिकल सिस्टम दोष। यह पेपर मुख्य रूप से इलेक्ट्रिकल नियंत्रण परिपथ पर केंद्रित है, जिसमें मुख्य रूप से मोटर परिपथ दोष, लिमिट स्विच असफलताएँ, और द्वितीयक परिपथ मुद्दे शामिल हैं। विश्लेषण दर्शाता है कि उच्च स्विचिंग असफलता दर मुख्य रूप से मोटर और द्वितीयक परिपथ दोषों का कारण है, जो HVD संचालन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। इस प्रकार, HVD ऑपरेटिंग मेकेनिज्म की सुरक्षा और विश्वसनीयता को हल करना आवश्यक है।

1. उच्च-वोल्टेज डिस्कनेक्ट स्विचों का अनुसंधान स्थिति

संबंधित शोधकर्ताओं और इंजीनियरों ने उपरोक्त मुद्दों पर व्यापक अध्ययन किया है और निर्माणात्मक समाधान प्रस्तावित किए हैं, जो दो महत्वपूर्ण पहलुओं में सारांशित हैं:

1.1 द्वितीयक परिपथ दोषों का अनुसंधान स्थिति

कई अध्ययनों ने द्वितीयक परिपथों में इलेक्ट्रिकल कंपोनेंट्स के मुद्दों को संबोधित किया है। ऑपरेटिंग मेकेनिज्म बॉक्स की गरीब सीलिंग बारिश के पानी को आने देती है, जिससे कंपोनेंट्स का रसायनीय क्षय, ऑक्सीकरण, और मैकेनिकल जाम होता है—जिससे स्विचिंग अस्वीकृत या अधूरा ऑपरेशन होता है। प्रस्तावित समाधानों में नियमित रखरखाव, आर्द्रता संरक्षण, और तेज ट्राबलशूटिंग के लिए दोष फ्लोचार्ट शामिल हैं।

मोटर के जड़त्व के कारण जैसे विकृत पिन, ढीले लिमिट बोल्ट, या पहने हुए स्क्रू के लिए, अक्सर जांच और समय पर दोषों को दूर करने की सिफारिश की जाती है। ऑक्सीकरण युक्त तार जोड़ों के लिए एंटी-ऑक्सीकरण सामग्री की सिफारिश की जाती है, जबकि वोल्टेज/आवेश परीक्षण विधियाँ द्वितीयक परिपथ दोषों का निदान करने में मदद करती हैं—दोष लॉगिंग द्वारा ट्राबलशूटिंग दक्षता में सुधार। आर्द्रता से उत्पन्न मुद्दों जैसे ऑक्सीकरण युक्त तार जोड़ों और इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म में खराब संपर्क को दूर करने के लिए गर्मी उत्पादन उपकरणों का प्रस्ताव किया गया है।

हालाँकि, मौजूदा अध्ययन केवल दोष बिंदुओं को सूचीबद्ध करते हैं और नियमित रखरखाव पर जोर देते हैं, लेकिन मौलिक समाधानों को नहीं प्रदान करते, जो द्वितीयक परिपथों के लिए कम ध्यान देने को दर्शाता है। रखरखाव कर्मियों अक्सर इलेक्ट्रिकल कंपोनेंट्स को मैकेनिकल भागों की तुलना में कम महत्व देते हैं, और द्वितीयक कंपोनेंट संरचनाओं/सिद्धांतों के साथ अपरिचित होने, जुड़े नियमित जांचों की उपेक्षा द्वितीयक दोषों के अप्रत्यक्ष कारण हैं।

1.2 स्विचिंग दर दोषों का अनुसंधान स्थिति

स्विचिंग दर और मैकेनिकल जड़त्व के मुद्दों को संबोधित करने के लिए, विद्वानों ने ब्रशलेस डीसी मोटर (BLDC) और नित्यचुम्बकीय संक्रमण मोटर (PMSM) ऑपरेटिंग मेकेनिज्म के डिजाइन द्वारा मोटर नियंत्रण में सुधार किया है। DSP कोर और दोहरे बंद परिपथ नियंत्रण रणनीति से लैस BLDC-आधारित HVD मेकेनिज्म ने प्रभावी स्विचिंग गति नियंत्रण दिखाया है। वास्तविक समय स्विचिंग गति निगरानी के समान विधियाँ चालन और सुधारी हुई बंद होने की दर सुनिश्चित करती हैं, स्मार्ट ग्रिड विकास के लिए एक आधार बनाती हैं। ध्यान देने योग्य है कि ये डिजाइन अभी तक सिद्धांतीय अध्ययन और प्रयोगशाला सिमुलेशन के चरण में हैं, और व्यावहारिक अनुप्रयोगों में अप्रमाणित हैं।

2 वितरित इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म डिजाइन योजना

उपरोक्त विश्लेषण के आधार पर, ऑपरेटिंग मेकेनिज्म असफलताओं का मुख्य कारण इलेक्ट्रिकल नियंत्रण परिपथ की गरीब विश्वसनीयता है, जो पर्यावरणीय कारकों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। देरी से रखरखाव या अन्य मुद्दों से इलेक्ट्रिकल कंपोनेंट्स को नुकसान हो सकता है, जिससे स्विचिंग असफलताएँ होती हैं। इसके जवाब में, यह पेपर इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म के लिए एक वितरित डिजाइन प्रस्तावित करता है।

2.1 इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म के लिए वितरित नियंत्रण अवधारणा

वितरित नियंत्रण पूरे सिस्टम को अलग-अलग खंडों में विभाजित करता है, जिन्हें एक मुख्य नियंत्रक द्वारा स्वतंत्र रूप से नियंत्रित किया जाता है। यह डिजाइन इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल और मोटर ड्राइव मॉड्यूल को अलग करता है:

• इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल, जो कई वायरिंग संपर्कों वाले इलेक्ट्रोनिक कंपोनेंट्स से बना होता है, पर्यावरणीय प्रभावों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। इसलिए इसे स्थिर कक्ष तापमान वाले एक सबस्टेशन में रखा जाता है।

• मोटर ड्राइव मॉड्यूल, जो पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति अधिक प्रतिरोधी होता है, उच्च-वोल्टेज डिस्कनेक्ट स्विच के पास स्थित होता है।

विचरणशील बाहरी परिवेश और केबल की संवेदनशीलता को ध्यान में रखते हुए, TRIZ के बहु-उपयोग के सिद्धांत पर आधारित समय-विभाजन साझा केबल रणनीति को अपनाया गया है। क्योंकि मोटर नियंत्रण परिपथ और स्विच स्थिति संकेतक परिपथ एक साथ सक्रिय होने की आवश्यकता नहीं होती, इस दृष्टिकोण द्वारा केवल 5 केबलों का उपयोग करके मोटर नियंत्रण और डिस्कनेक्ट स्विच स्थिति संकेत दोनों के लिए सिग्नल प्रसारण संभव होता है। यह बाहरी परिवेश पर इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म पर बहुत कम प्रभाव डालता है। वितरित इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म की समग्र नियंत्रण अवधारणा चित्र 2 में दर्शाई गई है।

2.2 वितरित नियंत्रण मॉड्यूलों का डिजाइन

व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले CJx-श्रृंखला इलेक्ट्रिक ऑपरेटिंग मेकेनिज्म इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल कंपोनेंट्स के एकीकृत डिजाइन के साथ बनाए गए हैं, जो आयोजित होने के बाद साल भर बाहर एक निश्चित कॉन्फिगरेशन में संचालित होते हैं। यह एकीकरण उनकी उच्च असफलता दर का एक प्रमुख कारण है। मॉड्यूलर डिजाइन इस एकीकृत बाहरी सेटअप को टूटता है और इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल और मैकेनिकल ड्राइव मॉड्यूल में विभाजित करता है।

मॉड्यूलर डिजाइन के प्रमुख लाभ हैं: यह इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल को तापमान-स्थिर परिवेश में रखने की अनुमति देता है, जो HVD स्विचिंग संचालन पर पर्यावरणीय प्रभावों को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है; और यह मॉड्यूलों के बीच केबलिंग को कम करता है, जिससे दोषपूर्ण मॉड्यूलों को तेजी से बदला जा सकता है—"पहले बदलें, फिर ठीक करें" को प्राथमिकता देता है, जिससे रखरखाव दक्षता में सुधार होता है और ग्रिड डाउनटाइम कम होता है।

2.2.1 इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल

इलेक्ट्रिकल नियंत्रण मॉड्यूल मुख्य नियंत्रक, खुलना/बंद करने का ट्रांसफर स्विच, रिले, स्थिति संकेत परिपथ, और फेज-लॉस संरक्षक से बना होता है, जैसा कि चित्र 3 में डिजाइन अवधारणा में बताया गया है।

नियंत्रण तर्क इस प्रकार कार्य करता है: बटन से एक स्विचिंग सिग्नल (खुलना/बंद करना) नियंत्रक को भेजा जाता है, जो आदेश के आधार पर मोटर का संचालन नियंत्रित करता है। जब HVD खुला होता है, तो खुला-स्थिति परिपथ सक्रिय हो जाता है, जो संके