Aplikace vnitřních vysokovoltových vakuových vypínačů
V první polovině roku 2007, jako účastníci projektu ze společnosti Huaibei Mining Group Electromechanical Equipment Company, jsme provedli technickou modernizaci 10kV podstanice v východní tovární oblasti. Naším hlavním úkolem bylo nahradit původní 10kV odpojovací páky – olejové vypínače jednotkami ZN20 vnitřních vysokovoltových vakuumových vypínačů.
Předtím byly SN10-10 olejové vypínače dlouho v provozu, což vedlo k značnému unikání oleje z jejich mechanismů. To vyžadovalo každých šest měsíců doplňování oleje, což vedlo k významnému úsilí o údržbu. Kromě toho byly jejich provozní mechanismy ručně ovládané a ochranné zařízení tvořily tradiční relé, která měla nízkou spolehlivost a vysokou frekvenci poruch. Navíc bylo nutné kalibrovat relé ochranu jednou ročně, což byla pracná a komplikovaná úloha.
Abychom zajistili bezpečnou výrobu, rozhodli jsme se tyto vypínače modernizovat na vakuumové vypínače. Tato modernizace nejen vyřešila stávající provozní problémy, ale také položila pevný základ pro stabilní a efektivní provoz podstanice v budoucnu.
Konstrukční charakteristiky vakuumových vypínačů
Během technické modernizace 10kV podstanice v východní tovární oblasti jsme získali hluboké poznatky o konstrukčních rysích vakuumového vypínače typu ZN20. Tento vypínač je především složen z provozního mechanismu, skříně, vakuumových trubic, izolačních rámu a izolátorů. Má prostorové uspořádání s provozním mechanismem instalovaným vpředu.
Uvnitř skříně vyrobené z tenkých ocelových plechů jsou vysokovoltové součásti pevně upevněny vzadu. Mechanismus je spojen s hlavním hřídelem pomocí spojovacích desek. Při otáčení hlavního hřídele čepiny upnuté na něm tlačí na izolátory, což pohání pohyblivý vodič vakuumové trubice a provádí přepínací akce. Oba dva provozní režimy, uzavření a otevření, lze řídit buď ručně, nebo elektricky prostřednictvím provozního mechanismu. Kromě toho je vybaven AC/DC dvouúčelovým energetickým motorem, pomocnými kontaktními mechanismy a čítačem počtu operací. Jasná označení stavu "ZAPNUTO" a "VYPNUTO" na panelu umožňují intuitivní sledování operačního stavu vypínače.
Vypínač používá vakuumové trubice k přerušení vysokovoltových obvodů. Jak je znázorněno na obrázku 1, vakuumová trubice se skládá z pohyblivého vodiče, statického vodiče, pohyblivých a statických kontaktů, štítu, bellow a keramického obalu. Uzavřeno v keramickém obalu s vysokým stupněm vakuu, obvykle mezi 10⁻⁴ a 10⁻⁷ Torr (Poznámka: Původní text "104 - 10⁻⁷ Torr" mohl být chybou; správný rozsah by měl být 10⁻⁴ až 10⁻⁷ Torr), je bellow spárováno s pohyblivým vodičem na jednom konci a pohyblivou koncovou víkou na druhém. Tento pružný prvek umožňuje externí ovládání kontaktů, zatímco zachovává plnou hermetičnost. Štít kolem kontaktů absorbuje kovový par, který vzniká během přerušení proudů vakuovým obloukem, a brání kontaminaci izolačního obalu.
Praktické zkušenosti získané během transformačního projektu nás přesvědčily o výhodách vakuumových vypínačů oproti tradičním olejovým:
Efekty aplikace
Jako účastníci projektu dobře rozumíme, že provozní mechanismus vakuumového vypínače uzavírá kontakty vakuumové trubice prostřednictvím elastické energie energii uložené ve sprintu, což je nezávislé na rychlosti manuálního nabíjení a zajišťuje rychlou funkčnost uzavírání. Mechanismus má tři pohybové stavy: nabíjení, uzavírání a otevírání.
Vakuumový vypínač přerušuje proud vyhasením vakuového oblouku, když proud klesne na nulu. V okamžiku, kdy vakuový oblouk vyhasne, hustota elektronů, pozitivních iontů a dalších částic mezi kontakty rychle klesne. Během mikrosekund se mezera mezi kontakty prakticky vrátí k původnímu vysokému stupni vakuu a ukazuje vysokou odolnost, schopnou odolat obnovovacímu napětí bez prolomení, aby dokončila proces přerušení. Proto i když krátce po průchodu nulou proudu bude aplikováno vysoké napětí, mezera mezi kontakty se již neprolomí – což znamená, že vakuový oblouk může být úplně vyhasen u prvního průchodu nulou proudu.
Efekty aplikace
Od června 2007, kdy byly ZN20 10kV vysokovoltové vakuumové vypínače po transformaci uvedeny do provozu, ukázaly vynikající výkon. Vypínače mají rychlé časy otevírání a uzavírání, nízký provozní hluk a přesné a spolehlivé akce.
Ve srovnání s předchozími olejovými vypínači, které vyžadovaly časté doplňování oleje a významné úsilí o údržbu, vakuumové vypínače výrazně snížily úkoly a náklady na údržbu, což přineslo skutečné ekonomické výhody. Během více než 20 let provozu před transformací podstavce došlo k několika nehodám způsobeným nesprávným obsluhováním (např. nucené otevření odpojovací páky, když byl olejový vypínač v zapnutém stavu), což způsobilo různé stupně poškození zařízení.
Po transformaci byly vysokovoltové přepínače zbaveny odpojovacích pák, a každý obvod je řízen jedním vakuumovým vypínačem. Když je vypínač otevřen, může být vozík vypínače vyjmut, což plní funkci vysokovoltové odpojovací páky. Kromě toho je přepínač vybaven mechanickými a elektrickými zámky podle požadavků "Pěti prevencí", což efektivně zabrání nesprávnému obsluhování, sníží frekvenci nehod a zajišťuje bezpečný provoz.
