Yüksek Gerilim Kesme Anahtarları ve İşlevsel Mekanizma Arızaları
Yüksek gerilimli ayırıcı anahtarlama cihazları (HVD'ler), güç ağlarında kritik anahtarlama cihazlarıdır ve devre kesicilerle birlikte güç kaynaklarının izole edilmesinde kullanılırlar. "Dijital ağlar" önerisi, yüksek gerilimli anahtarlama teknolojisindeki sürekli gelişmeler ve Çin'in elektrik ağındaki genişlemeyle birlikte, HVD uygulamaları hem miktar hem de çeşitlilik açısından artmıştır. Elektriksel işletme mekanizması, HVD anahtarlama hareketlerini kontrol eden önemli bir bileşendir ve olağanüstü güvenilirlik ve istikrar gerektirir.
HVD'ler, yüksek gerilimli ekipmanlarda yüksek arızalı oranlara sahiptir ve işletme mekanizmalarının arızaları en yaygın nedenlerden biridir. Yaygın işletme mekanizma arızaları arasında anahtarlama reddi, operasyonel başarısızlık ve tam olmayan açma/kapama bulunur. İşletme mekanizmasının motorunun durmadan çalışması - motorun devam etmesi - ağ ekipmanlarında büyük elektrik kesintilerine yol açabilir. Bu arızalar arasında, açma/kapama başarısızlıkları (anahtarlama reddi, tam olmayan işlem, düşük anahtarlama doğruluğu dahil) ağ istikrarını önemli ölçüde etkiler.
Araştırmalar, elektriksel işletme mekanizmalarından kaynaklanan HVD arızalarının çoğunun ikincil devre sorunlarından kaynaklandığını göstermektedir, örneğin, ikincil devredeki düşük kaliteli elektrik bileşenler veya gevşek bağlantılar nedeniyle kontrol başarısızlıkları. Geniş çapta kullanılan CJx tipi elektriksel işletme mekanizmalarında, iç motorlar termo-magnetik devre kesiciler ve elektronik motor koruma cihazları ile korunmaktadır. Uzun süre açık hava altında maruz kalınca, bu mekanizmalar komisyondan itibaren 3-6 yıl boyunca operasyonel pozisyonlarını korurlar, ancak elektrik kontrol bileşenleri hassas ve çevresel faktörlere karşı zayıftır.
Uzun süreli işlemler, sınırlayıcı anahtarlardaki gevşemeler ve çiviyi sebep olabilir, tespit edilmezse tam olmayan anahtarlama (örneğin, Şekil 1'deki 5° konum sapması ağ risklerine yol açar). Seyahat anahtarları, anahtarlama sürecinde geçişler için kritiktir, ancak çevresel etkiler nedeniyle oksitlemiş temaslar ve kısaltılmış ömrü vardır.
Yüksek Gerilimli Ayırıcı Anahtar Arızalarının Özeti ve Araştırma Durumu
Özetle, yüksek gerilimli ayırıcı anahtar (HVD) açma/kapama arızalarının başlıca nedenleri iki kategoriye ayrılabilir: elektrik kontrol devresi arızaları ve mekanik sistem arızaları. Bu makale, elektrik kontrol devresine odaklanmaktadır, bu da genellikle motor devresi arızaları, sınırlayıcı anahtar arızaları ve ikincil devre sorunlarını içerir. Analiz, yüksek anahtarlama arızalı oranlarının çoğunun motor ve ikincil devre arızalarına atfedildiğini göstermektedir, bu da HVD işleminin önemli ölçüde etkilendiğini gösterir. Bu nedenle, HVD işletme mekanizmalarının güvenliği ve güvenilirliğinin çözülmesi acil bir ihtiyaçtır.
1. Yüksek Gerilimli Ayırıcı Anahtarların Araştırma Durumu
İlgili araştırmacılar ve mühendisler, yukarıdaki sorunlar üzerine kapsamlı çalışmalar yapmış ve yapısal çözümler önermişlerdir, bunlar iki temel alanda özetlenebilir:
1.1 İkincil Devre Arızalarının Araştırma Durumu
Birçok çalışma, ikincil devrelerdeki elektrik bileşen sorunlarına odaklanmıştır. İşletme mekanizması kutusunun kötü izolasyonu, yağmur suyunun girmesine neden olur, bu da bileşenlerin paslanması, yardımcı anahtar/relay arızası, gevşek düğme temasları ve mekanik sıkışıklıklara yol açar - bu da anahtarlama reddi veya tam olmayan işlem sonucu olur. Önerilen çözümler arasında düzenli bakım, nem koruması ve hızlı hata çözümü için hata akış şemaları yer almaktadır.
Motor inertiyası nedeniyle deformasyona uğrayan pinler, gevşemiş sınır çivi veya aşınmış vidalar gibi mekanik aşınma durumları için sıkı denetimler ve zamanında hata giderme önerebilir. Oksitlemiş tel bağlantıları için anti-oksidasyon malzemeler, ikincil devre hatalarını tanılamada voltaj/direnç test yöntemleri ve hata kaydı ile hata çözüm verimliliğini artırılabilir. Nem nedeniyle yardımcı anahtar yanlış konumlanmasına ve elektriksel işletme mekanizmalarında zayıf temasa yönelik sorunlar için ısıtma cihazları önerilmiştir.
Ancak, mevcut çalışmalar sadece hata noktalarını listeler ve bakımı vurgular, temel çözümler olmadan, ikincil devrelere düşük önem verilmesini yansıtır. Bakım personeli genellikle elektrik bileşenlerine mekanik parçalara göre daha az önem verir ve ikincil bileşen yapıları/prinsipleri hakkında bilgi eksikliği, düzenli denetimlerin ihmal edilmesi, dolaylı hata nedenleridir.
1.2 Anahtarlama Doğruluğu Sorunlarının Araştırma Durumu
Anahtarlama doğruluğu ve mekanik inerti sorunlarını ele almak için, araştırmacılar fırçasız DC motor (BLDC) ve kalıcı manyet motor (PMSM) işletme mekanizmaları tasarlamışlardır. DSP çekirdeği ve çift kapalı döngü kontrol stratejisi ile BLDC tabanlı bir HVD mekanizması, etkili anahtarlama hızı düzenleme sonuçları göstermiştir. Benzer yöntemler, gerçek zamanlı hız izlemesi ile pürüzsüz işlem ve geliştirilmiş kapama doğruluğunu sağlayarak akıllı ağ geliştirilmesi için bir temel oluşturmuştur. Ancak, bu tasarımlar teorik araştırma ve laboratuvar simülasyon aşamasındadır, pratik uygulamalarda ispatlanmış güvende değildir.
2 Dağıtık Elektriksel İşletme Mekanizması Tasarım Şeması
Yukarıdaki analize dayanarak, işletme mekanizmalarındaki arızaların başlıca nedeni, çevresel faktörlere karşı zayıf olan elektrik kontrol devresinin güvenilirliğidir. Gecikmiş bakım veya diğer sorunlar, elektrik bileşenlerini zararlı hale getirebilir, bu da anahtarlama arızalarına yol açar. Buna karşılık, bu makale, elektriksel işletme mekanizmaları için dağıtık bir tasarım önermektedir.
2.1 Elektriksel İşletme Mekanizmaları İçin Dağıtık Kontrol Kavramı
Dağıtık kontrol, tüm sistemini ayrı segmentlere böler, her biri bir ana kontrolcü tarafından bağımsız olarak kontrol edilir. Bu tasarım, elektrik kontrol modülünü motor sürme modülünden ayırır:
Değişken dış ortam ve kablo hassasiyeti göz önüne alındığında, TRIZ'nin çok kullanım prensibi temel alınarak zaman paylaşımlı kablo stratejisi benimsenmiştir. Motor kontrol devreleri ve anahtarlama durumu göstergesi devreleri aynı anda etkinleşmeye ihtiyaç duymaz, bu yaklaşım sadece 5 kablo kullanarak motor kontrol ve ayırıcı anahtar pozisyon belirleme için sinyal iletimini sağlar. Bu, elektriksel işletme mekanizmaları üzerindeki dış çevresel etkileri önemli ölçüde azaltır. Dağıtık elektriksel işletme mekanizmasının genel kontrol kavramı Şekil 2'de gösterilmiştir.
2.2 Dağıtık Kontrol Modüllerinin Tasarımı
Geniş çapta kullanılan CJx serisi elektriksel işletme mekanizmaları, entegre elektrik ve mekanik bileşenlerle tasarlanmıştır, komisyondan itibaren yıl boyunca açık havada sabit bir konfigürasyonda işletilmektedir. Bu entegrasyon, yüksek arızalı oranlarına katkıda bulunan bir faktördür. Modüler tasarım, bu tüm-in-one dış hava kurulumunu iki ayrı modüle bölerek bozar: bir elektrik kontrol modülü ve bir mekanik sürücü modülü.
Modüler tasarım, belirgin avantajlar sunar: elektrik kontrol modülünün sabitlenmiş bir sıcaklık ortamında barındırılması, HVD anahtarlama işlemlerine olan çevresel etkileri önemli ölçüde azaltır; ve modül arası kablolamayı minimize eder, hatalı modüllerin hızlı değiştirilmesine olanak tanıyarak "önce değiştir, sonra onar" ilkesini önceliklendirir, bakım verimliliğini artırır ve ağ kapalı kalma süresini azaltır.
2.2.1 Elektrik Kontrol Modülü
Elektrik kontrol modülü, ana kontrolcü, aç/kapa transfer anahtarı, röleler, pozisyon belirleme devreleri ve faz kaybı koruyucusundan oluşur, Şekil 3'te tasarımsal kavramda özetlenmiştir.
Kontrol mantığı aşağıdaki gibidir: butondan gelen bir anahtarlama sinyali (aç/kapa) kontrolcüye gönderilir, kontrolcü emriye dayanarak motora işlevi düzenler. HVD açık durumdayken, açık pozisyon devresi aktive olur, göstergi ışık tutar. Kapat butonuna basıldığında, kontrolcü ana motor rölesini ve kapatma devresi transfer rölesini aktive eder, HVD'yi kapatmaya iter. Tamamlandığında, motor rölesi devre dışı bırakılır, kapatma pozisyon devresi ve göstergi aktive olur. Faz kaybı koruyucusu, motor devresini saat fonksiyonuyla korur, hata durumunda belirli bir süre içinde ana devreyi devre dışı bırakır.
2.2.2 Motor Sürme Modülü
Motor sürme modülü, AC motor, hız indirgeyici, sürtünme kombine, Siemens yardımcı anahtarı, thyristor yay söndürme devresi, limit durdurma ve mekanik kilitleme cihazı ile oluşur. Ana kontrolcü aç/kapa komutu gönderdiğinde, motor kontrol devresi aktive olur, motor hız indirgeyici ve ana şaft üzerinden anahtarlama işlemlerini gerçekleştirir. Ana şaftın tepesindeki limit durdurma, mekanik kilitleme cihazı ile birlikte anahtarlama pozisyon doğruluğunu kontrol eder. Ayrıca, Siemens yardımcı anahtarı, thyristor yay söndürme devresi ile birlikte motor kontrol devresini devre dışı bırakır, motora durdurma işlemi uygular. Hız indirgeyici ile ana şaft arasındaki 90 derecelik dönme marjı, motorun yük olmayan başlatılmasını sağlar. Motor sürme modülünün görünümü Şekil 4'te gösterilmiştir.
2.3 Ayırıcı Anahtar Kapama Doğruluğu İçin Çözüm
Kapama işlemi, yüksek gerilimli anahtar ekipmanı için kritik bir adımdır. Yetersiz kapama doğruluğu, tüm enerji sisteminin istikrarlı çalışmasını etkileyebilir. Elektriksel işletme mekanizmasının açma ve kapama doğruluğunu daha da artırmak için, bu tasarım, Siemens yardımcı anahtarı ve sürtünme kombine ile birlikte mekanik kilitleme cihazı kullanır, bu da belirli bir düzeyde doğruluğu artırır.
2.3.1 Siemens Yardımcı Anahtarı ve Thyristor Yay Söndürme Devresi
Yardımcı anahtar, ana motor devresine bağlanır, motor devresinin açık-kapalı olmasını kontrol eder. Dış çevresel etkiler nedeniyle yardımcı anahtar paslanmaya yatkın değildir ve iç sürtünme mekanizması, yanlış kapamaları önler. Temaslar, kararlı ve güvenilir bağlantıları sağlamak için yaylı bir pin ve sert bir kaplama kullanır. Spesifik yapı Şekil 6'da gösterilmiştir.
Thyristor Yay Söndürme Devresi Tasarım Prensibi: Yardımcı anahtarı kesme sırasında, bir yay oluşur. Yayın çok büyük olması ve anahtarı hasar vermeyi önlemek için, thyristor yay söndürme devresi yardımcı anahtara paralel olarak bağlanır ve yayı emer. Spesifik devre tasarımı Şekil 7'de gösterilmiştir, burada 1, 2, 3 ve 4 numaralı kontaklar, hepsi yardımcı anahtarı kontaklarıdır. (1 ve 2 numaralı kontaklar, thyristor yay söndürme devresinin açık-kapalı olmasını kontrol eder, 3 ve 4 numaralı kontaklar ana motor devresinin açık-kapalı olmasını kontrol eder. 3 ve 4 numaralı kontaklardan önce 1 ve 2 numaralı kontakların kesilmesi, yay söndürme amacına hizmet eder).
2.3.2 Sürtünme Kombine'nin Fonksiyonu
Sürtünme kombine, herhangi bir anormal işletim koşullarında motora koruma sağlar. Yüksek gerilimli ayırıcı anahtar kapandıktan sonra yerine geldiğinde, ana motor devresi hızlı bir şekilde devre dışı bırakılır. Ancak, mekanik dönme inertiyası nedeniyle, motor anında duramaz. Bu noktada, sürtünme kombine, kuvvet azaltıcı bir bileşen olarak hareket eder. Sürtünme dişlisini boş devre çalıştırarak, motorun mekanik inertisini emer ve yüksek gerilimli ayırıcı anahtarın açma ve kapama işlemlerinde kesin pozisyonlamasını sağlar. Ayrıca, yayın sıkılığını ayarlayarak, sürtünme torku değiştirilebilir, çeşitli ayırıcı anahtarların açma ve kapama işlemlerine uygun hale getirilebilir. Sürtünme kombine Şekil 8'de gösterilmiştir.
Tasarımda CJx Tipi Elektriksel İşletme Mekanizmalarına Göre Avantajlar
Önerilen tasarım, seyahat anahtarları ve limit anahtarları gibi elektrik bileşenlerini kaldırır, istikrarsızlık faktörlerini azaltır ve elektriksel işletme mekanizmasının güvenilirliğini artırır. Ayrıca, birçok bağlantısı olan terminal bloğu kaldırılır, kablolama devresi basitleştirilir. Modüler bir tasarım ile, iki modülü yalnızca beş kablo ile bağlanır, hata onarım verimliliğini büyük ölçüde artırır. Ayrıca, termo-magnetik devre kesiciler ve mevcut elektronik motor koruma cihazlarıyla birden fazla koruma katmanı oluşturulabilir. Elektrik kontrol devresi hata olsa bile, mekanik kilitleme cihazı ve sürtünme kombine, motor güvenliğini sağlar. Sürtünme kombine, motor mekanik inertisinden kaynaklanan kuvveti karşılar ve mekanik kilitleme cihazı, limit durdurmanın "geri sıçramasını" önler, yüksek gerilimli ayırıcı anahtarın doğru açma ve kapama işlemlerini sağlar ve bütünlüğünü korur. Ayrıca, motorun yük olmayan başlatılması, başlangıç akımını minimize eder, ekipman darbesini önler ve işletme mekanizmasının ömrünü uzatır.
3 Deneysel Doğrulama
"Yüksek Gerilimli AC Ayırıcı Anahtarlar ve Topraklama Anahtarları" ve "Yüksek Gerilimli AC Anahtar Ekipmanları ve Kontrol Ekipmanları için Ortak Teknik Gereksinimler" gibi ilgili standartlara uygun olarak, mekanik kilitleme cihazı ve sürtünme kombine kombinasyonu, ayırıcı anahtarın açma ve kapama doğruluğunu daha da geliştirir. CJx serisi elektriksel işletme mekanizmalarına göre, daha yüksek güvenilirlik ve güvenlik sunar. Çoklu açma ve kapama testleri ve limit durdurma ile limit vidası arasındaki açı sapması ölçümü ile hata tespiti, bunların yakından hizalı olduğunu gösterir, gerçek işleme hatası 1°'nin altında olup, teknolojik standartları tamamen karşılar. Gerçek pozisyon Şekil 9'da gösterilmiştir.
4 Sonuç
Yüksek gerilimli ayırıcı anahtarların işletme mekanizması, elektrik ağındaki ana ekipmanlardan biridir ve işletme mekanizmasının güvenilirliği ve güvenliği son derece önemlidir. Bu makale, elektriksel işletme mekanizmasını araştırma objesi olarak alır, dağıtık kontrol yöntemini detaylı bir şekilde tasarlar ve analiz eder, deneylerle doğrular ve beklenen sonuçları elde eder.Dağıtık kontrol kavramına dayanarak, motor ana kontrolcü tarafından yüksek gerilimli ayırıcı anahtarların açma ve kapama işlemlerini güvenli ve doğru bir şekilde kontrol eder.
Modüler bir tasarım yaklaşımı ile, elektriksel işletme mekanizması, elektrik kontrol modülü ve motor sürme modülü olmak üzere ikiye ayrılır, bu da kablolamanın karmaşıklığını azaltır ve bakım hızını artırır.Mekanik bir kilitleme cihazı kurulmuştur. Siemens yardımcı anahtarı ve sürtünme kombine'nin özel yapılarıyla birlikte, ayırıcı anahtarın açma ve kapama doğruluğu geliştirilmiştir.
