Visoki napon превключувачи и патологии на оперативните механизми
Високонапоносните прекинувачи (HVD) се критични превключувачки уреди во електричните мрежи, главно користени за изолација на изворите на енергија заедно со прекинувачите. Со предлозот за „цифрената мрежа“, непрекинатите напредоци во технологијата на високонапоносните превключувачки уреди и проширувањето на кинеската електрична мрежа, примената на HVD-овите расте како количествено, така и качествено. Електричната оперативна механизма, важен компонент кој контролира движењето на HVD-овите, бара исключителна надежност и стабилност.
HVD-овите имаат висок процент на неуспехи меѓу високонапоносните опреми, а оперативните механизми се главни причини за нефункционалности. Често се среќаваат неуспехи како одбирање на превклучување, функционални грешки и неполно отварање/затварање. Бегство на оперативниот механизам - кога моторот продолжува да работи - може да доведе до големи прекинувања на електричната мрежа. Од овие, грешките при отварање/затварање (вклучувајќи ги одбирањето на превклучување, неполно функционирање и ниска точност на превклучување) значително влијаат на стабилноста на мрежата.
Истражувањата покажуваат дека неуспехите на HVD-овите поради електричните оперативни механизми пред сѐ потекнуваат од проблеми во вторичната мрежа, како што се контролни грешки поради лошо квалитетни електрични компоненти или слободни поврзни во вторичната мрежа. За широко користените CJx типови електрични оперативни механизми, внатрешните мотори се заштитени со термомагнетни прекинувачи и електронски заштитни уреди за мотори. Изложени на отворена воздух длабоко време, овие механизми ја одржуваат оперативната позиција 3-6 години по воведувањето, но нивните електрични контролни компоненти се чувствителни и подлежат на екологиските фактори.
Длабоко време на работа може да ги слободи ограничуваачите и болците, што води до неполно превклучување ако не се детектура (на пример, 5° одклон во положба како што е прикажано на Слика 1, представува ризик за мрежата). Путувањето преку прекинувачите, кои се критични за преходите во процесот на превклучување, се разградуваат поради оксидирани контакти и скратен век на употреба поради екологиските влијанија.
Сумирање и статус на истражувањето на грешките на високонапоносните прекинувачи
Заклучувајќи, главните причини за грешките во отварање/затварање на високонапоносните прекинувачи (HVD) може да се класифицираат во два типа: грешки во електричната контролна мрежа и механички системски грешки. Овој труд се фокусира на електричната контролна мрежа, која главно вклучува грешки во моторската мрежа, грешки на ограничуваачите и проблеми во вторичната мрежа. Анализата покажува дека високите проценти на грешки при превклучување се главно доделуваат на грешките на моторот и вторичната мрежа, значително влијајќи на функционирањето на HVD-овите. Затоа, решавањето на безбедноста и надежноста на оперативните механизми на HVD-овите е спешно.
1. Статус на истражувањето на високонапоносните прекинувачи
Одговарајќи истражувачи и инженери провеле екстензивни студии на гореспоменатите проблеми и предложили конструктивни решенија, сумирано во две ключни аспекти:
1.1 Статус на истражувањето на грешките во вторичната мрежа
Множество студии се залагаат на проблемите со електричните компоненти во вторичната мрежа. Лошо затворен кутија на оперативниот механизам овозможува влез на вода од дожд, што доведува до корозија на компонентите, неуспех на помошните прекинувачи/реле, слободни контактни копчиња и механички заблески - што доведува до одбирање на превклучување или неполно функционирање. Предложени решенија вклучуваат регуларна одржба, заштита од влага и дијаграми на течење на грешките за брзо откривање на грешките.
За механичкото истирање како деформирани чекици, слободни болци на ограничуваачите или истирани винтови поради инерцијата на моторот, препорачани се мерки како често проверување и временско елиминирање на дефекти. Антиоксидантни материјали се препорачани за корозирани контакти, додека методи за тестирање на напон/отпор помагаат да се дијагностицираат грешките во вторичната мрежа - подобрени со записување на дефекти за подобра ефикасност во откривањето на грешките. Предложени се нагревни уреди за решавање на проблемите каузирани од влажност како неверна позиција на помошен прекинувач и лоши контакти во електричните оперативни механизми.
Меѓутоа, постојните студии само наведуваат точки на грешки и акцентираат на одржбата без основни решенија, што рефлектира ниска внимание кон вторичната мрежа. Лицата за одржба често недовољно цениат електричните компоненти според механичките делови, а непознавањето на структурите/принципите на вторичните компоненти - заедно со незабележаните регуларни проверки - се индиректни причини за неуспех.
1.2 Статус на истражувањето на проблемите со точноста на превклучување
За да се справи со точноста на превклучување и механичката инерција, ученици подобриле контролата на моторот со дизајнирање на оперативни механизми со бесчетки DC мотори (BLDC) и перманентни магнетни синхронски мотори (PMSM). Механизам на HVD базиран на BLDC со DSP јадро и стратегија на двоен затворен контур показал ефективна регулација на брзината на превклучување. Слични методи за реално време следење на брзината осигуруваат гладко функционирање и подобрување на точноста на затварање, што ја овозможува основата за развој на умна мрежа. Напоменувајќи, овие дизајни се остануваат во теоретско истражување и лабораториска симулација, со непотврдена надежност во практична употреба.
2 Дизајн на распределен електричен оперативен механизам
На основа на гореспоменатата анализа, главната причина за неуспехите на оперативните механизми е лошата надежност на електричната контролна мрежа, која е многу чувствителна на екологиските фактори. Закашнена одржба или други проблеми можат да повредат електричните компоненти, што доведува до грешки при превклучување. Во одговор, овој труд предлажа распределен дизајн за електрични оперативни механизми.
2.1 Концепт на распределена контрола за електрични оперативни механизми
Распределената контрола го делува целосниот систем на поединечни сегменти, секој независно контролиран од главен контролер. Овој дизајн го сепарира електричниот контролен модул од модулот за управување на моторот:
Земајќи ги во предвид променливите услови во отворената околина и осетливоста на кабелите, се прифаќа стратегија за делен кабел во зависност од времето, базирана на принципот на повеќеструко користење на TRIZ. Бидејќи моторските контролни мрежи и мрежите за индикација на статусот на превклучување не треба да се активираат истовремено, овој пристап овозможува пренос на сигнали за управување на моторот и индикација на положбата на прекинувачот со користење само на 5 кабела. Ова значително намалува екстерните екологиски влијанија на електричниот оперативен механизам. Общият концепт за контрола на распределениот електричен оперативен механизам е прикажан на Слика 2.
2.2 Дизајн на модули за распределена контрола
Широко користените серија CJx електрични оперативни механизми се дизајнирани со интегрирани електрични и механички компоненти, функционирајќи на отворен воздух години по воведувањето. Оваа интеграција е клучен фактор за нивниот висок процент на неуспехи. Модуларниот дизајн го прекинува овој целосен одворен воздух установувајќи го механизмот во два поединечни модула: електричен контролен модул и механичен модул за управување.
Модуларниот дизајн нуди различни предности: тој овозможува електричниот контролен модул да се постави во стабилна температурна околина, значително намалувајќи екологиските влијанија на функционирањето на HVD-овите; и го минимизира поврзувањето помеѓу модулите, овозможувајќи брзо замена на дефинитивни модули - додека се поднесува „замена прво, поправка после“ за подобрување на ефикасноста на одржбата и намалување на прекинувањето на мрежата.
2.2.1 Електричен контролен модул
Електричниот контролен модул вклучува главен контролер, прекинувач за отварање/затварање, реле, мрежа за индикација на положба и заштитник за фазно губење, како што е определено во концептот на дизајнот на Слика 3.
Контролната логика функционира како следе: сигнал за превклучување (отварање/затварање) од копче се испраќа до контролерот, кој регулира работата на моторот според командата. Кога HVD-от е во отворено состојба, мрежата за отворена состојба се активира, светлувајќи индикаторот. Притиснувањето на копчето за затварање активира контролерот да ангажира главното реле на моторот и реле за превклучување на затворена мрежа, што го приведува HVD-от во затворено состојба. По завршување, моторското реле се деенергира, активирајќи мрежата за затворена состојба и индикаторот. Фазниот заштитник за губење заштитува моторската мрежа со функција на тајмер, дисконектувајќи главната мрежа во одреден временски период во случај на грешки.
2.2.2 Модул за управување на моторот
Модулот за управување на моторот вклучува AC мотор, скоростни поништувач, трибо-куплунг, Siemens помошен прекинувач, тиристорска заштитна мрежа против дуг, ограничуваачи и механичко заклучување. Кога главниот контролер испраќа команда за отварање/затварање, моторската контролна мрежа се активира, што го приведува скоростниот поништувач и главниот вал преку моторот за превклучување. Ограничуваачите на врвот на главниот вал, заедно со механичкото заклучување, контролираат точноста на превклучувањето. Меѓутоа, Siemens помошниот прекинувач работи заедно со тиристорската заштитна мрежа за дуг, дисконектувајќи моторската контролна мрежа, спирајќи работата на моторот. Ротациониот маргин од 90 степени на врвот на скоростниот поништувач и главниот вал овозможува безтерично стартирање на моторот. Видот на модулот за управување на моторот е прикажан на Слика 4.
2.3 Решение за точноста на затварање на прекинувачот
Затварањето е критичен чекор за високонапоносната опрема. Недостаточна точност на затварање може да влијае на стабилното функционирање на целата електрична система. За да се подобри точноста на отварање и затварање на електричниот оперативен механизам, овој дизајн користи механичко заклучување, заедно со Siemens помошен прекинувач и трибо-куплунг, за подобрување на точноста до одредена степен.
2.3.1 Siemens помошен прекинувач и тиристорска заштитна мрежа против дуг
Помошниот прекинувач е поврзан со главната моторска мрежа за контрола на вклучување/исклучување на моторската мрежа. Помошниот прекинувач не е подлежан на заржување поради екстерни екологиски влијанија, а неговиот внатрешен трибо-механизам го предотвратува случайното затворање. Контактите користат пружински пин и тешка обвивка за осигурување на стабилни и надежни поврзни. Специфичната структура е прикажана на Слика 6.
Принцип на дизајн на тиристорската заштитна мрежа против дуг: При исклучувањето на помошниот прекинувач, се генерира дуг. За да се предотврати дугот да биде премногу голем и да повреди прекинувачот, тиристорска заштитна мрежа против дуг е поврзана паралелно со помошниот прекинувач за абсорбирање на дугот. Специфичниот дизајн на мрежата е прикажан на Слика 7, каде што контактите 1, 2, 3 и 4 се сите контакти на помошниот прекинувач. (Контактите 1 и 2 се користат за контрола на вклучување/исклучување на тиристорската заштитна мрежа против дуг, а контактите 3 и 4 се користат за контрола на вклучување/исклучување на главната моторска мрежа. Подесено е контактите 1 и 2 да се исклучат после контактите 3 и 4 за да се постигне целта на заштита од дуг).
2.3.2 Функција на трибо-куплунгот
Трибо-куплунгот го заштитува моторот при секоја аномална работна состојба. Кога високонапоносниот прекинувач е на место по затварање, главната моторска мрежа брзо се исклучува. Меѓутоа, поради механичката инерција, моторот не може моментално да се спре. На овој момент, трибо-куплунгот функционира како компонент за отстранување на силата. Тој овозможува трибо-зъблицата да иде без терет, дисипирајќи механичката инерција на моторот и осигурувајќи точна позиција на високонапоносниот прекинувач при отварање и затварање. Поради тоа, со правење на промени во теснината на пружината, трибо-торката може да се модифицира за да се прилагоди на отварањето и затварањето на различни прекинувачи. Трибо-куплунгот е прикажан на Слика 8.
Преимущества на дизајнираната схема според CJx-типовите електрични оперативни механизми
Предложената дизајн елиминира електрични компоненти како што се прекинувачите за путување и ограничуваачите, намалувајќи факторите на нестабилност и подобрувајќи надежноста на електричниот оперативен механизам. Исто така, го елиминира блокот за терминали со многу контакти, поедноставувајќи го кабелскиот комплекс. Со модуларниот дизајн, само пет кабела поврзуваат двата модула, значително подобрувајќи ефикасноста на поправката на грешки. Поради тоа, може да формира повеќе слоеви на заштита со термомагнетни прекинувачи и постојачки електронски заштитни уреди за мотори. Дури и ако електричната контролна мрежа не функционира, механичкото заклучување и трибо-куплунгот гарантираат безбедноста на моторот. Трибо-куплунгот контрапоставува силата од механичката инерција на моторот, а механичкото заклучување го предотвратува ограничуваачот од „побучување“, осигурувајќи точно отварање и затварање на високонапоносниот прекинувач и заштитувајќи го неговата целост. Поради тоа, безтеричното стартирање на моторот минимизира стартирањето на стрuja.
