Analyse und Diskussion der Hauptwellenfehler von Vakuumschaltkreisen im EIB-Mechanismus

Ein Vakuumschaltkreis ist eine Art von Schaltkreis, bei dem sowohl das Böschungsmedium als auch das Isoliermedium im Spalt zwischen den Kontakten nach der Böschung ein Vakuum sind. Als Schutz- und Steuerungseinheit für elektrische Ausrüstungen und angetriebene Geräte in Industrie- und Bergbauunternehmen haben Innenraum-Wechselstrom-Hochspannungsvakuumschalter vielfältige Anwendungen und können in festen Schränken, Mittelschränken und Doppelschränken installiert werden. Als wichtige elektrische Einrichtung unter Schaltanlagen eignen sich Hochspannungsschaltkreise für Orte, die häufige Operationen mit Nennstrom oder mehrfache Unterbrechungen von Kurzschlussströmen erfordern.

Dieser Artikel analysiert das Problem, dass der Schalter des IEE-Business-Vakuumschaltkreises aufgrund häufiger Operationen nicht richtig öffnet oder schließt. Durch Experimente wurde festgestellt, dass der Auslösespannfeder rechtsseitig am Hauptwellenrad abfällt, was die Ursache dafür ist, dass der Schaltkreis nicht richtig geöffnet oder geschlossen wird. Es wird ein Verbesserungsvorschlag vorgelegt, um Justierscheiben zu installieren, um sicherzustellen, dass der Schaltkreis normal arbeitet, was eine gewisse Bedeutung für die Sicherheitskonstruktion der Produktion hat.

Struktur des Vakuumschaltkreises

Ein Vakuumschaltkreis besteht hauptsächlich aus Komponenten wie einem Vakuum-Böschungsraum, einer Betriebsmechanik und einem Träger.

Vakuum-Böschungsraum

Auch bekannt als Vakuumschaltrohr, funktioniert der Vakuum-Böschungsraum nach dem Prinzip, die ausgezeichnete Isolationseigenschaft des Vakuummediums im Rohr zu nutzen, um das Medium- und Hochspannungsschaltkreis schnell nach dem Abschalten der Stromversorgung die Böschung zu löschen und den Strom zu unterbrechen. Seine Hauptstrukturen sind wie folgt:

• Luftdichte Isolationssystem: Dies ist ein geschlossener Behälter in einer Vakuumumgebung, bestehend aus einem luftdichten Isolationszylinder, einer beweglichen Endabdeckplatte, einer festen Endabdeckplatte und einem Edelstahlbellow. Um die Luftdichtigkeit sicherzustellen, sind strenge Arbeitsprozesse für die Abdichtungsfugen erforderlich. Darüber hinaus sind Materialien mit extrem geringer Luftdurchlässigkeit erforderlich, und die innere Gasfreisetzungsmenge muss ebenfalls auf einen minimalen Wert begrenzt werden.

• Leitungssystem: Es besteht hauptsächlich aus einem festen Elektroden und einer beweglichen Elektrode. Der feste Elektroden enthält einen festen Kontakt, einen festen Leiterstab und eine feste Böschungsfläche, während die bewegliche Elektrode einen beweglichen Kontakt, einen beweglichen Leiterstab und eine bewegliche Böschungsfläche enthält. Die Kontaktaufbaugruppen können grob in die transversale Magnetfeldart mit einer Spiralnut-Böschungsfläche, die longitudinale Magnetfeldart und die zylindrische Art unterteilt werden. Die Betriebsmechanik lässt die beiden Kontakte durch die Bewegung des beweglichen Leiterstabs schließen, wodurch die Stromverbindung hergestellt wird.

• Schildsystem: Es besteht hauptsächlich aus einem Schildzylinder, einem Schildabdeckung und anderen Geräten. Gängige Schildabdeckungen umfassen derzeit Typen wie die Bellow-Schildabdeckung und die Hauptschildabdeckung, die die Kontakte umgeben. Die Hauptschildabdeckung kann die lokale Feldstärke reduzieren, die Gleichmäßigkeit der inneren elektrischen Feldverteilung des Böschungsraums verbessern, was für die Miniaturisierung des Vakuum-Böschungsraums günstig ist. Gleichzeitig kann es verhindern, dass die Böschungsprodukte während des Böschungsprozesses auf die Innenseite des Isoliergehäuses spritzen, wodurch sichergestellt wird, dass die Isolationseffektivität des Gehäuses nicht durch Böschungsentladungen beeinträchtigt wird. Es kann auch Böschungsenergie absorbieren, Böschungsprodukte kondensieren und die Wiederherstellung der Dielektrizitätsstärke im Post-Böschungsspalt beschleunigen.

Betriebsmechanik

Verschiedene Arten von Schaltkreisen verwenden verschiedene Betriebsmechaniken. Häufig verwendete Betriebsmechaniken umfassen Federspanner, IEE-Business-Federspeicherbetriebsmechaniken, CT8-Federspeicherbetriebsmechaniken, CT19-Federspeicherbetriebsmechaniken, CD10-Elektromagnetbetriebsmechaniken, CD17-Elektromagnetbetriebsmechaniken usw. Davon hat die Federspannermechanik die Vorteile kleiner Größe, kleines Schließstrom und hohe Zuverlässigkeit und wird derzeit in Schaltanlagen verschiedener Spannungsniveaus weit verbreitet verwendet.

Funktion und Prinzip des Vakuumschaltkreises

Funktion und Eigenschaften

Unter normalen Betriebsbedingungen kann ein Vakuumschaltkreis, der den technischen Parameterrahmen erfüllt, seine sichere und zuverlässige Arbeit im Stromnetz des entsprechenden Spannungsniveaus sicherstellen. Die mechanische Lebensdauer eines Vakuumschaltkreises beträgt etwa 20.000 Mal, und die Anzahl der vollständigen Kurzschlussstromunterbrechungen beträgt 50 Mal. Er kann innerhalb des Arbeitsstrombereichs häufig betrieben oder mehrmals Kurzschlussströme unterbrechen. Hochspannungsvakuumschalter haben die Vorteile hoher Zuverlässigkeit, allwetterfähiger Betrieb, wartungsfrei, vollständige Funktionen, gute Wechselbarkeit und starke Vielseitigkeit und können für Wiederschlusseinsätze mit verschiedenen Eigenschaften angewendet werden. Vakuumschalter verwenden einen vertikalen Isolationszylinder und eine integrierte massive Isolierstruktur - massiv versiegelte Ständer, die den Einfluss verschiedener spezieller Umgebungen widerstehen und wartungsfrei sind. Gleichzeitig bieten Vakuumschalter mehrere Verwendungsmöglichkeiten, sie können fest installiert, in herausziehbarer Weise verwendet oder auf einem Rahmen montiert werden.

Prinzipielle Einführung

Wenn die beweglichen und statischen Kontakte eines Vakuumschaltkreises unter Spannung getrennt werden, entsteht ein Vakuumbogen zwischen den Kontakten. Der Bogen erhöht die Oberflächentemperatur der Kontakte, wodurch Metallverdampfung auf der Kontaktoberfläche erscheint. Basierend auf der besonderen Form der Kontakte, wenn der Strom durchläuft, bewegt sich der Bogen unter der Wirkung des durch ihn erzeugten Magnetfeldes schnell in tangentialer Richtung zur Kontaktoberfläche. Das Metallverdampfungs- und geladene Teilchen im Bogensäulen diffundieren ständig nach außen, und die Dichte des Metallverdampfungs- und geladenen Teilchen nimmt kontinuierlich ab. Wenn der Bogen natürlich durch Null geht, kehrt das Medium zwischen den Kontakten schnell von einem Leiter zu einem Isolator zurück, der Strom wird unterbrochen, und der Bogen wird gelöscht.

Zusammenfassung und Analyse der Fehlerursachen

Die Analyse der Situation, in der der Vakuumschaltkreis aufgrund häufiger Operationen nicht geöffnet oder nicht vollständig geöffnet wird, zeigt, dass durch eine vor Ort-Inspektion festgestellt wurde, dass die Schraube am rechten Ende der Hauptradschaltachse abfällt, wodurch die rechte Auslösespannfeder abfällt und gleichzeitig auf der Hauptradschaltachse stecken bleibt. Die Mechanik des Auslösens beruht nur auf der Auslösespannfeder linksseitig der Hauptradschaltachse, was dazu führt, dass der Schaltkreis nicht vollständig geöffnet wird. Obwohl die Wahrscheinlichkeit dieses Fehlers relativ gering ist, könnte sein Auftreten dennoch zu Produktionssicherheitsvorfällen führen. Daher ist es notwendig, die Fehlerursache zu analysieren, potenzielle Sicherheitsrisiken zu beseitigen und die sichere Produktion zu gewährleisten.

Lösung und Verifikationsplan

Die Schrauben, die die Auslösespannfedern auf beiden Seiten der Hauptradschaltachse des IEE-Business-Mechanismus-Schaltkreises befestigen, sind normale Schrauben + Federwäscher (siehe Abbildung 1). Nach Jahren häufiger Schaltoperationen fällt die Schraube, die die Auslösespannfeder rechtsseitig der Hauptradschaltachse befestigt, aufgrund von Vibrationen ab, wodurch die rechte Auslösespannfeder abfällt und gleichzeitig auf der Hauptradschaltachse stecken bleibt. Die Mechanik des Auslösens beruht nur auf der Auslösespannfeder linksseitig der Hauptradschaltachse, was dazu führt, dass der Schaltkreis nicht vollständig geöffnet wird. Durch eine Vor-Ort-Untersuchung wurde festgestellt, dass es einen axialen Längenunterschied von etwa 4 mm zwischen der Flankenwelle rechtsseitig der Hauptradschaltachse und dem Gehäuse gibt, und die Endabdeckung ist deformiert und nach innen eingedrückt (siehe Abbildung 2). Um diesen Fehler zu beheben, d. h. den Schaltkreisfehler, der durch das Abfallen der Auslösespannfeder aufgrund des Lockerwerdens der Endbolzen der Schließ- und Öffnungshauptachse verursacht wird, wird ein Schaltkreis mit entsprechender Struktur neu zusammengesetzt, um einen Fehler zu simulieren:

Stellen Sie die axiale Länge zwischen der Flankenwelle rechtsseitig der Hauptradschaltachse dieses simulierten Schaltkreises und dem Gehäuse ein, um eine Lücke von etwa 4 mm zu schaffen (siehe Abbildung 3), und verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um es mit einem Drehmoment von 45 Nm anzuziehen. Schieben Sie es in die mechanische Laufkammer für die mechanische Laufzeit. Der Anfangszählerstand beträgt 26 Mal, und die Endabdeckung zeigt ein leichtes Einsinken nach dem Anziehen. Der Prozess ist in Abbildung 4 dargestellt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einem angegebenen Drehmoment von 45 Nm, selbst wenn die axiale Länge zwischen dem Wellenmantel und der Flankenwelle 4 mm erreicht und die Endabdeckung deformiert und eingedrückt ist, es bis zu mehr als 2.200 Operationen gut fixiert bleibt. Dann erfolgt die Überprüfung des zweiten Stadiums.

Stellen Sie die axiale Länge zwischen der Flankenwelle rechtsseitig der Hauptradschaltachse dieses simulierten Schaltkreises und dem Gehäuse ein, um eine 4-mm-Lücke zu schaffen. Verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um es mit einem Drehmoment von 35 Nm anzuziehen, und verwenden Sie die deformierte und eingedrückte Endabdeckung aus Stadium 1. Kennzeichnen Sie es mit einer Kerbe. Schieben Sie es in die mechanische Laufkammer für die mechanische Laufzeit. Der Anfangszählerstand beträgt 2.252. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einem Drehmoment von 35 Nm, selbst wenn die axiale Länge zwischen dem Wellenmantel und der Flankenwelle 4 mm erreicht und die Endabdeckung deformiert und eingedrückt ist, es bis zu mehr als 1.887 Operationen gut fixiert bleibt. Dann erfolgt die Überprüfung des dritten Stadiums (siehe Abbildung 6).

Stellen Sie die axiale Länge zwischen der Flankenwelle rechtsseitig der Hauptradschaltachse dieses simulierten Schaltkreises und dem Gehäuse ein, um eine 4-mm-Lücke zu schaffen. Verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um es mit einem Drehmoment von 20 Nm anzuziehen, und verwenden Sie die deformierte und eingedrückte Endabdeckung aus dem dritten Stadium. Kennzeichnen Sie es mit einer Kerbe. Schieben Sie es in die mechanische Laufkammer für die mechanische Laufzeit. Der Anfangszählerstand beträgt 4.139 (siehe Abbildung 7).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei einem Drehmoment von 20 Nm, selbst wenn die axiale Länge zwischen dem Wellenmantel und der Flankenwelle 4 mm erreicht und die Endabdeckung deformiert und eingedrückt ist, es bis zu mehr als 1.671 Operationen gut fixiert bleibt. Dann erfolgt die Überprüfung des vierten Stadiums (siehe Abbildung 8 und Abbildung 9).

Stellen Sie die axiale Länge zwischen der Flankenwelle rechtsseitig der Hauptradschaltachse dieses simulierten Schaltkreises und dem Gehäuse ein, um eine 4-mm-Lücke zu schaffen. Verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um es mit einem Drehmoment von 10 Nm anzuziehen, und verwenden Sie die deformierte und eingedrückte Endabdeckung aus dem vierten Stadium. Kennzeichnen Sie es mit einer Kerbe. Schieben Sie es in die mechanische Laufkammer für die mechanische Laufzeit. Der Anfangszählerstand beträgt 5.810 (siehe Abbildung 10).

Während des Testprozesses wurde festgestellt, dass, wenn der Zähler 551 Operationen erreichte, die Endabdeckung leicht im Vergleich zur Anfangsposition rotierte (siehe Abbildung 11); wenn der Zähler auf 820 Operationen stieg, rotierte die Endabdeckung leicht im Vergleich zur Position bei 551 Operationen (siehe Abbildung 12); wenn der Zähler 1.122 Operationen erreichte, war die Auslösespannfeder sichtbar locker (siehe Abbildung 13); wenn der Zähler auf 1.261 Operationen stieg, fiel die Auslösespannfeder ab (siehe Abbildung 14).

Zusammenfassung des Testprozesses

Das Design der Hauptradschaltachse des IEE-Business-Federspannmotors basiert auf dem Design der belgischen IEE-Business-Gesellschaft. Nachdem die Kurbelarme genau positioniert wurden, werden die Schrauben auf beiden Seiten auf den angegebenen Drehmomentwert angezogen. Frictionfederscheiben (aus Federstahl) werden zur Entgegenwirkung gegen das Lockerwerden verwendet. Nach der Montage werden die Scheiben platt gedrückt, und ihre Rückstellkraft hält die Klemmkraft und Reibung zwischen den Gewinden aufrecht. Diese Hauptradschaltachse-Design und -Entgegenwirkungsmaßnahmen wurden in mechanischen Lebensdauertypentests am China Electric Power Research Institute (CEPRI) als zuverlässig erwiesen.

Frühe Prozessprobleme der IEE-Business-Mechanismus-Hauptradschaltachse

Im frühen Montageprozess mussten die Arbeiter Manschetten mit unterschiedlichen Toleranzklassen anpassen, um Dimensionen auszugleichen, was die Montagequalität inkonsistent und schwer zu kontrollieren machte. Nachdem die Hauptradschaltachse des Schaltkreises montiert wurde, führten kumulative Fehler zu axialen Längenabweichungen zwischen der internen Flankenwelle und dem äußeren Mantel. Wenn die Schrauben auf den angegebenen Drehmoment angezogen wurden, sackte die Mitte der Endabdeckungen nach innen ein. Da die Endabdeckungen aus nicht federnden elastischen Materialien hergestellt sind, können sie sich nach der Verformung nicht wieder erholen. Darüber hinaus kann der Wellenmantel aufgrund von Stoßbelastungen während des Betriebs kriechen, was möglicherweise das Drehmoment der Schrauben anziehen allmählich reduziert (mit keinen offensichtlichen Veränderungen an Befestigungsmitteln wie Schrauben und Endabdeckungen, bis das Drehmoment signifikant schwächer wird). Auch konventionelle Wartung hat Schwierigkeiten, mit normalen Schlüsseln ausreichend Drehmoment anzuwenden. Letztendlich, wenn das Drehmoment unter 10 Nm sinkt, beschleunigen die Endabdeckungen das Lockerwerden, was die Entgegenwirkungswirkung der Frictionfederscheiben zerstört.

Verbesserter Prozess

Um das durch das Einsinken der Endabdeckungen verursachte Drehmomentweakening zu beseitigen, wurde der Prozess angepasst: Nach der Gesamtmontage werden Justierscheiben gleichmäßig hinzugefügt, um auszugleichen. Auf die Schrauben wird ein Fadenfixmittel aufgetragen, dann mit einem Drehmomentschlüssel auf 45 Nm angezogen. Mit den installierten Justierscheiben gibt es keinen Raum mehr, in dem die Endabdeckungen nach innen einsinken könnten. Die Endabdeckungen werden das Anziehedrehmoment nicht allmählich durch plastische Verformung reduzieren, was den stabilen und zuverlässigen Betrieb des Schaltkreises während seines gesamten Dienstlebens unter ausreichendem Drehmoment gewährleistet.

Korrekturmaßnahmen

Für den Schaltkreis mit diesem Fehler, wie in Abbildung 15 dargestellt, werden Justierscheiben installiert. Nach dem Ausrichten der Endfläche der internen Hauptradschaltachse mit dem äußeren Mantel wird es mit Schrauben verschlossen. Wenden Sie Fadenfixmittel auf die Schrauben an und verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um sie auf ein Drehmoment von 45 Nm anzuziehen.

Um das Auftreten solcher Ereignisse mit geringer Wahrscheinlichkeit zu verhindern, führen Sie eine umfassende Inspektion der in Betrieb genommenen Schaltkreise durch und installieren Sie entsprechend Justierscheiben, um sicherzustellen, dass die in Betrieb genommenen Schaltkreise normal und zuverlässig arbeiten können.

Fazit

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Situation, in der der Hochspannungs-Wechselstrom-Vakuumschaltkreis nicht richtig geöffnet wird. Durch Simulation, Analyse und experimentelle Überprüfung werden die Ursachen für das Abfallen der Auslösespannfeder analysiert. Es wird festgestellt, dass die Endabdichtung aufgrund des Lückenraums der Hauptradschaltachse verformt wird, und nach langjährigen Schließ- und Öffnungs-Vibrationen fällt die Auslösespannfeder ab, was dazu führt, dass der Schaltkreis nicht geöffnet werden kann. Dafür wird eine Lösung vorgeschlagen, und die Machbarkeit der Lösung wird detailliert demonstriert. Entsprechende Korrekturmaßnahmen werden vorgeschlagen, um den Fehler zu beseitigen, den normalen Betrieb des Hochspannungs-Vakuumschaltkreises wiederherzustellen und die normale Produktion des Unternehmens sicherzustellen.