Die Anwendung von Innenraum-Hochspannungs-Vakuumschaltgeräten
Im ersten Halbjahr 2007 haben wir als Projektteilnehmer der Elektromechanischen Ausrüstungsgesellschaft der Huaibei Bergbau Gruppe eine technische Modernisierung des 10kV-Umspannwerks im Ostwerkgebiet durchgeführt. Unsere Hauptaufgabe bestand darin, die ursprünglichen 10kV-Abzweig-Ölgetränkte-Schaltgeräte durch ZN20-Innenraum-Hochspannungsvakuumschalter zu ersetzen.
Die SN10-10-Ölgetränkte-Schaltgeräte waren über einen langen Zeitraum in Betrieb, was zu schwerwiegenden Ölaustritten in ihren Mechanismen führte. Dies erforderte eine Nachfüllung alle sechs Monate, was zu einem erheblichen Wartungsaufwand führte. Darüber hinaus wurden ihre Betriebsmechanismen manuell bedient und die Schutzvorrichtungen bestanden aus herkömmlichen Relais, die eine geringe Zuverlässigkeit und eine hohe Ausfallrate aufwiesen. Zudem musste die Relaisschutzvorrichtung einmal jährlich kalibriert werden, was sowohl arbeitsintensiv als auch mühsam war.
Um eine sichere Produktion sicherzustellen, entschieden wir uns, diese Schaltgeräte in Vakuumschalter umzurüsten. Diese Modernisierung löste nicht nur die bestehenden Betriebsprobleme, sondern legte auch den Grundstein für eine stabile und effiziente Betriebsweise des Umspannwerks in Zukunft.
Strukturelle Merkmale von Vakuumschaltern
Während der technischen Modernisierung des 10kV-Umspannwerks im Ostwerkgebiet gewannen wir tiefgreifende Einblicke in die strukturellen Merkmale des ZN20-Typ-Vakuumschalters. Dieser Schalter besteht hauptsächlich aus einem Betriebsmechanismus, einer Gehäusebox, Vakuumröhren, Isolierrahmen und Isolatoren. Er verfügt über eine dreidimensionale Anordnung mit dem Betriebsmechanismus, der an der Front installiert ist.
In der aus dünnen Stahlplatten gefertigten Gehäusebox sind die Hochspannungskomponenten hinten fixiert. Der Mechanismus ist über Verbindungsplatten mit der Hauptwelle verbunden. Bei Drehung der Hauptwelle drücken die daran befestigten Kurbelarme die Isolatoren, treiben so den beweglichen Leiterstab der Vakuumröhre und führen Schaltvorgänge durch. Beide Schaltvorgänge, das Schließen und Öffnen, können über den Betriebsmechanismus manuell oder elektrisch gesteuert werden. Darüber hinaus ist er mit einem AC/DC-Doppelnutzungsspeichermotor, Hilfskontaktmechanismen und einem Betriebszähler ausgestattet. Klare "EIN" und "AUS"-Statusanzeiger auf der Bedienfelder erleichtern eine intuitive Überwachung des Betriebszustands des Schalters.
Der Schalter nutzt Vakuumröhren, um Hochspannungsschaltkreise zu unterbrechen. Wie in Abbildung 1 dargestellt, besteht eine Vakuumröhre aus einem beweglichen Leiterstab, einem statischen Leiterstab, beweglichen und statischen Kontakten, einem Schild, einem Faltenbalg und einer Keramikhülle. In der Keramikhülle abgedichtet mit einem hohen Vakuumgrad, der normalerweise zwischen 10⁻⁴ und 10⁻⁷ Torr liegt (Hinweis: Der Originaltext „104 - 10⁻⁷ Torr“ könnte ein Tippfehler sein; der korrekte Bereich sollte 10⁻⁴ bis 10⁻⁷ Torr betragen), ist der Faltenbalg an einem Ende an den beweglichen Leiterstab und am anderen Ende an die bewegliche Endabdeckung gelötet. Dieses flexibel konstruierte Element ermöglicht die externe Bedienung der Kontakte, während es eine vollständige Dichtheit aufrechterhält. Das Schild um die Kontakte absorbiert Metallverdampfungen, die während des Stromunterbrechens durch den Vakuumbogen erzeugt werden, und verhindert so die Verunreinigung der Isolierhülle.
Durch praktische Erfahrungen während des Transformationsprojekts schätzen wir die Vorteile von Vakuumschaltern gegenüber traditionellen Ölgetränkten Schaltern:
Anwendungseffekte
Als Projektteilnehmer verstehen wir, dass der Betriebsmechanismus des Vakuumschalters die Kontakte der Vakuumröhre durch die elastische Energie des Speicherfedermechanismus schließt, unabhängig von der Geschwindigkeit der manuellen Energiespeicherung, wodurch eine schnelle Schließleistung gewährleistet wird. Der Mechanismus hat drei Bewegungszustände: Energiespeicherung, Schließen und Öffnen.
Der Vakuumschalter unterbricht den Strom, indem er den Vakuumbogen löscht, wenn der Strom auf Null fällt. Im Moment, in dem der Vakuumbogen erlischt, nimmt die Dichte der Elektronen, positiven Ionen und anderer Teilchen zwischen den Kontakten rasch ab. Innerhalb von Mikrosekunden stellt sich im Kontaktabstand im Wesentlichen der ursprüngliche hohe Vakuumgrad wieder her und zeigt eine hohe Spannungsfestigkeit, die in der Lage ist, die Wiederherstellungsspannung ohne Durchschlag zu überstehen, um den Unterbrechungsvorgang abzuschließen. Daher wird auch bei kurzfristigem Anlegen einer hohen Spannung nach dem Nulldurchgang der Kontaktabstand nicht erneut durchschlagen – bedeutet, dass der Vakuumbogen bereits beim ersten Nulldurchgang vollständig erlischt.
Anwendungseffekte
Seit Juni 2007, nach der Umstellung, haben die ZN20 10kV-Hochspannungsvakuumschalter ausgezeichnete Leistungen gezeigt. Die Schalter zeichnen sich durch schnelle Öffnungs-/Schließgeschwindigkeiten, geringes Betriebsgeräusch und präzise und zuverlässige Aktionen aus.
Im Vergleich zu den früheren Ölgetränkten Schaltern, die häufige Nachfüllungen und einen hohen Wartungsaufwand erforderten, haben die Vakuumschalter den Wartungsaufwand und die Kosten erheblich reduziert, was greifbare wirtschaftliche Vorteile bringt. In den über 20 Jahren vor der Modernisierung erlebte das Umspannwerk mehrere Fehlschaltvorfälle (wie das forcible Öffnen des Abzweigers, während der Ölgetränkte-Schalter geschlossen war), die zu unterschiedlich starken Geräteschäden führten.
Nach der Modernisierung wurden die Hochspannungsschaltgeräte ohne Abzweiger umgestaltet, wobei jede Schaltung durch einen einzelnen Vakuumschalter gesteuert wird. Wenn der Schalter geöffnet ist, kann der Schalterwagen herausgezogen werden, was die Funktion eines Hochspannungsabzweigers erfüllt. Darüber hinaus sind die Schaltgeräte mit mechanischen und elektrischen Schlössern gemäß den „Fünf Präventionsmaßnahmen“ ausgestattet, was Fehlschaltvorfälle effektiv vermeidet, die Unfallrate reduziert und die sichere Betriebsführung gewährleistet.
