Analyse og diskusjon om hovedakselens feil på vakuumkretsrykker i EIB-mekanismen

Vakuumkretsutslukker er en type kretsutslukker der både bueutslettende medium og isolerende medium i spillet mellom kontaktene etter bueløsning er vakuum. Som beskyttelses- og kontroleenhet for strømforbrukende utstyr og strømdrevet utstyr i industri- og gruvebedrifter, har romlige AC-høyspenningvakuumkretsutslukkere mange anvendelser og kan installeres i feste skap, midtermonterte skap og dobbeltskapsløsninger. Som et viktig elektrisk utstyr blant spenningskontrollutstyr, er høyspenningkretsutslukkere egnet for steder som krever hyppig drift ved nominell arbeidsstrøm eller flere avbrytninger av kortslutningsstrøm.

Denne artikkelen analyserer problemet med at EIB-vakuumkretsutslukkerens bryter ikke åpnes eller lukkes korrekt på grunn av hyppig drift. Gjennom forsøk blir det funnet at avkoblingsfjæren på høyre side av hovedaksen faller av, som er årsaken til at kretsutslukkeren ikke åpnes eller lukkes korrekt. Det foreslås en forbedring ved å installere justeringsskiver for å sikre normal drift av kretsutslukkeren, noe som har visse referanseverdier for bedrifters produksjonssikkerhet.

Struktur av vakuumkretsutslukker

En vakuumkretsutslukker består hovedsakelig av komponenter som vakuum-bueutslettende kammer, betjeningsmekanisme og støtte.

Vakuum-bueutslettende kammer

Også kjent som vakuumskru, arbeiderprinsippet for vakuum-bueutslettende kammer er å utnytte den utmerkede isolasjonsegenskapen til vakuummediumet inne i rør, slik at medium- og høyspenningkretsen raskt slukker bua og skjærer strømmen etter at strømforsyningen er skjært. Dets hovedstrukturer er som følger:

• Lufttett isolasjonssystem: Dette er en lukket beholder i et vakuummiljø, hovedsakelig sammensatt av en lufttettkam, en bevegelig endeplate, en fast endeplate og en rustfri stålbølgje. For å sikre lufttettighet, kreves streng operasjonsprosess for tette forbindelser. I tillegg trengs materialer med ekstremt lav luftgjennomtrenging, og det interne gassfrigjøringen må også begrenses til et minimum.

• Ledningssystem: Det er hovedsakelig sammensatt av en fast elektrode og en bevegelig elektrode. Den faste elektroden inkluderer en fast kontakt, en fast ledningsstang og en fast bueløpningsflate, mens den bevegelige elektroden inkluderer en bevegelig kontakt, en bevegelig ledningsstang og en bevegelig bueløpningsflate. Kontakten strukturtyper kan grovt deles inn i transversal magnetfelttype med spiralgrovede bueløpningsflater, longitudinelt magnetfelttype og sylindriske typer. Betjeningsmekanismen gjør at de to kontaktene lukkes gjennom bevegelsen av den bevegelige ledningsstangen, slik at kretsforkoblingen fullføres.

• Skjermesystem: Det er hovedsakelig sammensatt av en skjermsylinder, en skjermhode og andre enheter. De vanligste brukte skjermhoder for øyeblikket inkluderer typene som bølgjeskjermhode og hovedskjerm rundt kontaktene. Hovedskjermen kan redusere det lokale feltstyrken, forbedre jevnheten i det interne elektriske feltfordelingen i bueløsningskammeret, som er til hjelp for miniaturisering av vakuum-bueløsningskammeret. Samtidig kan det hindre buerestprodukter fra å sprute på indre veggen av isolerende beholder under buedannelse, slik at isolasjonsegenskapene til beholderen ikke påvirkes av buedannelse. Det kan også absorbere buenergi, kondensere buerestprodukter og akselerere gjenopprettingen av dielektriske egenskaper i post-buespillet.

Betjeningsmekanisme

Forskjellige typer kretsutslukkere bruker forskjellige betjeningsmekanismer. Vanlige betjeningsmekanismer inkluderer fjærbetjeningsmekanismer, EIB-fjærens energilagring betjeningsmekanismer, CT8-fjærens energilagring betjeningsmekanismer, CT19-fjærens energilagring betjeningsmekanismer, CD10-elektromagnetiske betjeningsmekanismer, CD17-elektromagnetiske betjeningsmekanismer osv. Blant dem har fjærbetjeningsmekanismen fordeler som liten størrelse, liten lukkestrom, høy pålitelighet, og brukes for tiden vidt i spenningskontrollutstyr på ulike spenningsnivåer.

Funksjon og prinsipp for vakuumkretsutslukker

Funksjon og karakteristika

Under normale driftsbetingelser kan en vakuumkretsutslukker som oppfyller tekniske parameterområder, sikre sin sikker og pålitelig drift i nettverket tilsvarende spenning. Mekanisk levetid for en vakuumkretsutslukker er omtrent 20.000 ganger, og antall fullkapasitets kortslutningsstrømavbrytninger er 50 ganger. Den kan drives ofte eller avbryte kortslutningsstrøm flere ganger innen arbeidsstrømmens område. Høyspenningvakuumkretsutslukkere har fordeler som høy pålitelighet, all-veier drift, vedlikeholdsfri, komplett funksjon, god bytbarhet, sterkt universalt, og kan brukes til genopptakelsesoperasjoner med ulike egenskaper. Vakuumkretsutslukkere bruker vertikal isolasjonssylinder og solid isolasjonstruktur-integrasjon av solide seglede stolper, som kan motstå påvirkningen av ulike spesielle miljøer og er vedlikeholdsfri. Samtidig har vakuumkretsutslukkere flere bruksmåter, som kan installeres på en fast måte, brukes på trekkelig måte, eller installert på en ramme.

Prinsippintroduksjon

Når den bevegelige og statiske kontaktene i en vakuumkretsutslukker åpnes mens de er ladede, vil det dannes en vakuumbue mellom kontaktene. Bua hever overflaten temperaturen på kontaktene, som fører til at metallvann oppstår på kontaktflaten. Basert på den spesielle formen av kontaktene, når strøm passerer, under virkningen av det magnetiske feltet det genererer, beveger bua raskt langs tangenten av kontaktflaten. Metallvannet og ladete partikler i buen spres konstant utover, og tettheten av metallvann og ladete partikler fortsetter å minke. Når bue naturlig passerer null, gjenoppretter mediumet mellom kontaktene raskt fra en ledning til en isolator, strømmen kuttes, og bue slukkes.

Feilårsakssammenfattelse og analyse

Ved å analysere situasjonen der vakuumkretsutslukkeren ikke åpner eller ikke åpner fullstendig på grunn av hyppig drift, viser stedlige inspeksjoner at boltene på høyre enden av hovedaksen faller av, som fører til at høyre avkoblingsfjære faller ned og blir festet på hovedaksen samtidig. Mekanismens avkobling baserer seg bare på avkoblingsfjæren på venstre side av hovedaksen, som resulterer i at bryteren ikke åpner fullstendig. Selv om sannsynligheten for at denne feilen forekommer er relativt lav, kan dens forekomst fremdeles føre til produksjonssikkerhetsulykker. Derfor er det nødvendig å analysere feilårsaken, eliminere potensielle sikkerhetsmessige risikoer, og sikre sikker produksjon.

Løsning og verifikasjonsplan

Skruene som fastgjør avkoblingsfjærene på begge sider av hovedaksen til EIB-mekanismens kretsutslukker er vanlige skruer + fjærskrue (se figur 1). Etter år med hyppig bryterdrift, faller skruen som fastgjør avkoblingsfjæren på høyre side av hovedaksen av på grunn av vibrasjon, som fører til at høyre avkoblingsfjære faller ned og blir festet på hovedaksen samtidig. Mekanismens avkobling baserer seg bare på avkoblingsfjæren på venstre side av hovedaksen, som resulterer i at bryteren ikke åpner fullstendig. Gjennom stedlige undersøkelser, blir det funnet at det er en aksial lengdeforskjell på omtrent 4 mm mellom splineshaften på høyre side av hovedaksen og ytterkasse, og sluttkappen har deformert og sunket innover (se figur 2). For å svare på denne feilen, altså kretsutslukkerfeilen forårsaket av avkoblingsfjæren som faller av på grunn av løsning av endebolt av lukking og åpning av hovedaksen, for å verifisere, blir en kretsutslukker med en tilsvarende struktur så reassembleret for feilsimulering:

Juster aksial lengden mellom splineshaften på høyre side av hovedaksen av denne simulerende kretsutslukkeren og ytterkassen for å skape en gap på omtrent 4 mm (se figur 3), og bruk en nymomentverktøy til å stramme det med en moment på 45Nm. Skyv det inn i mekanisk innsjøringkammer for mekanisk innsjøring. Den initielle telleren er 26 ganger, og sluttkappen viser en lett sunket fenomen etter stramming. Prosessen vises i figur 4.

Konklusivt, når angitt moment er 45 Nm, selv om aksial lengden mellom aksehylsen og splineshaftet når 4 mm og sluttkappen er deformert og sunket, forblir det godt fastfestet til mer enn 2.200 operasjoner. Så går det videre til verifisering av andre fasen.

Juster aksial lengden mellom splineshaften på høyre side av hovedaksen av denne simulerende kretsutslukkeren og ytterkassen for å skape en 4-mm gap. Bruk en nymomentverktøy til å stramme det med en moment på 35 Nm, og bruk den deformerte og sunkne sluttkappen fra fase 1. Merk den med en skrivelinje. Skyv det inn i mekanisk innsjøringkammer for mekanisk innsjøring. Den initielle telle er 2.252. Konklusivt, når momentet er 35 Nm, selv om aksial lengden mellom aksehylsen og splineshaftet når 4 mm og sluttkappen er deformert og sunket, forblir det godt fastfestet til mer enn 1.887 operasjoner. Så går det videre til verifisering av tredje fasen (se figur 6).

Juster aksial lengden mellom splineshaften på høyre side av hovedaksen av denne simulerende kretsutslukkeren og ytterkassen for å skape en 4-mm gap. Bruk en nymomentverktøy til å stramme det med en moment på 20 Nm, og bruk den deformerte og sunkne sluttkappen fra tredje fasen. Merk den med en skrivelinje. Skyv det inn i mekanisk innsjøringkammer for mekanisk innsjøring. Den initielle telle er 4.139 (se figur 7).

Konklusivt, når momentet er 20 Nm, selv om aksial lengden mellom aksehylsen og splineshaftet når 4 mm og sluttkappen er deformert og sunket, forblir det godt fastfestet til mer enn 1.671 operasjoner. Så går det videre til verifisering av fjerde fasen (se figur 8 og figur 9).

Juster aksial lengden mellom splineshaften på høyre side av hovedaksen av denne simulerende kretsutslukkeren og ytterkassen for å skape en 4-mm gap. Bruk en nymomentverktøy til å stramme det med en moment på 10 Nm, og bruk den deformerte og sunkne sluttkappen fra fjerde fasen. Merk den med en skrivelinje. Skyv det inn i mekanisk innsjøringkammer for mekanisk innsjøring. Den initielle telle er 5.810 (se figur 10).

Under testprosessen ble det funnet at da telleren nådde 551 operasjoner, begynte sluttkappen å rotere litt i forhold til den initielle posisjonen (se figur 11); da telle økte til 820 operasjoner, roterte sluttkappen litt i forhold til posisjonen ved 551 operasjoner (se figur 12); da telle nådde 1.122 operasjoner, var avkoblingsfjæren synlig løs for det blotte øyet (se figur 13); da telle økte til 1.261 operasjoner, falt avkoblingsfjæren av (se figur 14).

Oppsummering av testprosessen

Hovedaksendesignet til EIB-fjærbetjeningsmekanismen er basert på designet av belgiske EIB-selskap. Etter at vippene er nøyaktig plassert, strammes bolter på begge sider til angitt momentverdi. Fjærskrue (laget av fjærstål) brukes for anti-løsning via friksjon. Etter montering, flattes skruene, og deres gjenoppstandshastighet opprettholder klampemoment og friksjon mellom tråder. Dette hovedaksenstrukturdesignet og anti-løsningstiltak ble bevist pålitelig i mekanisk livstypeprøver ved Kinas Elektriske Forskningsinstitutt (CEPRI).

Tidlig prosessproblem med EIB-mekanismens hovedakse

I den tidlige monteringsprosessen, måtte arbeidere justere sleever med ulike toleranser for å balansere dimensjoner, noe som gjorde monteringskvaliteten inkonsistent og vanskelig å kontrollere. Etter at kretsutslukkerens hovedakse var montert, kumulative feil førte til aksiale lengdeforskjeller mellom intern splineshaft og ekstern sleve. Da skruer strammes til angitt moment, ville midten av sluttkappene synke innover. Siden sluttkapper er laget av ikke-fjærstål elastiske materialer, kan de ikke gjenopprette seg etter deformering. I tillegg kan sleven krype på grunn av påvirkning under drift, noe som gradvis kan redusere skruenes stramme moment (uten synlige endringer i fastninger som skruer og sluttkapper før momentet svekker seg betydelig). Konvensjonell vedlikehold kan også ha problemer med å bruke tilstrekkelig moment med vanlige skruverk. Til slutt, når momentet faller under 10 Nm, vil sluttkapper accelerere løsning, og ødelegge anti-løsningseffekten av fjærskrue.

Forbedret prosess

For å eliminere momentforringing forårsaket av sluttkappe-synking, ble prosessen justert: etter total montering, legges justeringsplater uniformt til for balansering. Trådfestende lim appliceres på skruer, som så strammes til 45 Nm med en nymomentverktøy. Med plater installert, er det ikke lenger plass for sluttkapper til å synke innover. Sluttkapper vil ikke gradvis redusere stramme momentet på grunn av plastisk deformering, som sikrer stabil og pålitelig drift av kretsutslukkeren gjennom hele dens levetid under tilstrekkelig moment.

Rettetiltak

For kretsutslukkeren med denne feilen, som vist i figur 15, installer justeringsplater. Etter å ha justert sluttfacet av intern hovedakse med ytre sleve, låses det med skruer. Applicer trådfestende lim på skruene og bruk en nymomentverktøy til å stramme dem til et moment på 45 Nm.

For å forhindre at slike lav-sannsynlighetsbegivenheter forekommer, gjennomfør en helhetlig inspeksjon av kretsutslukkere som er satt i drift, og installer justeringsplater i henhold til det for å sikre at de satt i drift kretsutslukkere kan fungere normalt og pålitelig.

Konklusjon

Denne artikkelen fokuserer på situasjonen med høyspenning AC-vakuumkretsutslukker som ikke åpnes korrekt. Ved simulering og eksperimentell verifisering, analyserer den årsaker til at avkoblingsfjæren faller av. Det blir funnet at sluttkappe deformeres på grunn av hovedakse-gap, og etter langvarig lukking og åpning av vibrasjoner, faller avkoblingsfjæren av, som resulterer i at kretsutslukkeren ikke kan åpnes. For dette, foreslås en løsning, og gjennomførligheten av løsningen demonstreres detaljert. Tiltak for rettelser foreslås, for å eliminere feilen, gjenopprette normal bruk av høyspenningvakuumkretsutslukker, og sikre normal produksjon av bedriften.