Analiza i dyskusja nad główną awarią wału wyprowadzającego w mechanizmie EIB w przekładniku próżniowym

Wakusowy wyłacznik to rodzaj wyłacznika, w którym zarówno środek gaszący łuk elektryczny, jak i izolacyjne medium w przerwie między kontaktami po zgaszeniu łuku, są wakuum. Jako jednostka ochronna i sterująca dla urządzeń energetycznych i napędzanych przez energię przemysłowych i górniczych przedsiębiorstw, wewnętrzne wysokie napięcie wakusowe wyłaczniki obwodów mają różnorodne zastosowania i mogą być montowane w stałe szafy, szafy typu middle-mounted oraz szafy dwupiętrowe. Jako kluczowe urządzenie elektryczne wśród sprzętu przełączającego, wysokie napięcie wyłaczniki obwodów są odpowiednie do miejsc, które wymagają częstej eksploatacji przy nominalnej pracy prądu lub wielokrotnych przerwach prądu krótkiego obwodu.

W tym artykule analizuje się problem nieprawidłowego otwierania lub zamykania wyłacznika wakusowego IEE-Business spowodowanego częstym działaniem. W wyniku eksperymentów stwierdzono, że przyczyną nieprawidłowego otwierania lub zamykania wyłacznika jest odpadnięcie sprężyny odskoku po prawej stronie głównego wału. Zaproponowano środki poprawy polegające na montażu podkładek regulujących, aby zapewnić prawidłowe działanie wyłacznika, co ma pewne znaczenie referencyjne dla bezpieczeństwa produkcji przedsiębiorstwa.

Konstrukcja wyłacznika wakusowego

Wyłacznik wakusowy składa się głównie z takich komponentów jak komora gazowa, mechanizm działania i podpora.

Komora gazowa

Nazywana również rurką wakusową, zasada działania komory gazowej polega na wykorzystaniu doskonałych właściwości izolacyjnych środka wakuum wewnątrz rury, umożliwiając szybkie zgaszenie łuku i przerwanie prądu w obwodzie średniego i wysokiego napięcia po odcięciu zasilania. Jej główne struktury są następujące:

• System szczelności izolacyjnej: Jest to zamknięty zbiornik w środowisku wakuum, składający się głównie ze szczelnego cylindra izolacyjnego, pokrywy końcowej ruchomej, pokrywy końcowej nieruchomej i stalowej bellows. Aby zapewnić szczelność, wymagane są surowe procesy operacyjne dla połączeń szczelnych. Ponadto potrzebne są materiały o bardzo niskiej przepuszczalności powietrza, a ilość uwalnianego gazu wewnętrznego musi być ograniczona do minimalnej wartości.

• System przewodzący: Składa się głównie z nieruchomego elektroda i ruchomego elektroda. Nieruchomy elektrod zawiera nieruchomy kontakt, przewód przewodzący i powierzchnię biegu łuku, podczas gdy ruchomy elektrod zawiera ruchomy kontakt, przewód przewodzący i powierzchnię biegu łuku. Typy konstrukcji kontaktów można podzielić na typ z polem magnetycznym poprzecznym z powierzchnią biegu łuku spiralną, typ z polem magnetycznym pionowym i typ walcowy. Mechanizm działania sprawia, że dwa kontakty zamykają się poprzez ruch przewodu przewodzącego, zatem zamykając obwód.

• System osłonowy: Składa się głównie z osłony cylindrycznej, osłony i innych urządzeń. Obecnie używane osłony obejmują m.in. osłony bellows i główne osłony otaczające kontakty. Główne osłony mogą zmniejszyć lokalną siłę pola, poprawić jednorodność rozkładu pola elektrycznego wewnątrz komory gazowej, co sprzyja miniaturyzacji komory gazowej. Równocześnie mogą zapobiegać rozbryzgiwaniu produktów łuku na ścianie wewnętrznej obudowy izolacyjnej podczas procesu łuku, zapewniając, że efekt izolacji obudowy nie jest wpływowany przez rozładowanie łuku. Może także absorbuować energię łuku, skraplać produkty łuku i przyspieszać odzyskanie wytrzymałości dielektrycznej w przerwie po łuku.

Mechanizm działania

Różne rodzaje wyłaczników obwodów używają różnych mechanizmów działania. Powszechnie stosowane mechanizmy działania obejmują mechanizmy działania sprężynowe, mechanizmy magazynujące energię sprężynową EIB, mechanizmy CT8 magazynujące energię sprężynową, mechanizmy CT19 magazynujące energię sprężynową, mechanizmy CD10 elektromagnetyczne, mechanizmy CD17 elektromagnetyczne itp. Spośród nich, mechanizm działania sprężynowy ma zalety takie jak małe rozmiary, mały prąd zamykania i wysoka niezawodność, i jest obecnie szeroko stosowany w sprzęcie przełączającym różnych poziomów napięcia.

Funkcja i zasada działania wyłacznika wakusowego

Funkcja i cechy

W normalnych warunkach pracy, wyłacznik wakusowy spełniający zakres parametrów technicznych może zapewnić jego bezpieczne i niezawodne działanie w sieci energetycznej odpowiedniego poziomu napięcia. Życie mechaniczne wyłacznika wakusowego wynosi około 20 000 cykli, a liczba pełnych przerw prądu krótkiego obwodu wynosi 50. Można go często obsługiwać lub wielokrotnie przerwać prąd krótkiego obwodu w zakresie prądu roboczego. Wyłaczniki wakusowe wysokiego napięcia mają zalety takie jak wysoka niezawodność, działanie całoroczne, brak konieczności konserwacji, kompleksowe funkcje, dobra wymienność i uniwersalność, oraz mogą być stosowane do operacji ponownego zamykania o różnych charakterystykach. Wyłaczniki wakusowe wykorzystują pionowy cylinder izolacyjny i solidną strukturę izolacyjną - integrację solidnych, hermetycznych filarów, które mogą oprzeć się wpływom różnych specjalnych środowisk i nie wymagają konserwacji. Ponadto, wyłaczniki wakusowe mają wiele metod użytkowania, mogą być montowane w stały sposób, używane w sposób wyciągalny lub montowane na ramie.

Wprowadzenie do zasady działania

Gdy ruchome i nieruchome kontakty wyłacznika wakusowego są otwarte pod napięciem, powstaje łuk wakuum między kontaktami. Łuk podnosi temperaturę powierzchni kontaktów, powodując pojawienie się pary metalowej na powierzchni kontaktów. Na podstawie specjalnej formy kontaktów, gdy prąd przepływa, pod wpływem generowanego pola magnetycznego, łuk porusza się szybko w kierunku stycznej do powierzchni kontaktów. Para metalowa i naładowane cząsteczki w łuku ciągle dyfundują na zewnątrz, a gęstość pary metalowej i naładowanych cząsteczek stale maleje. Gdy łuk naturalnie przechodzi przez zero, środek między kontaktami szybko odzyskuje zdolność izolacyjną, prąd jest przerwany, a łuk zgaszony.

Podsumowanie i analiza przyczyn awarii

Analizując sytuację, w której wyłacznik wakusowy nie otwiera się lub nie otwiera się w pełni z powodu częstego działania, inspekcja terenowa wykazała, że śrubka na prawym końcu głównego wału wyłacznika odpadła, powodując, że sprężyna odskoku po prawej stronie opadła i utknęła jednocześnie na głównym wałku. Mechanizm odskoku opiera się tylko na sprężynie odskoku po lewej stronie głównego wału, co powoduje, że wyłacznik nie otwiera się w pełni. Choć prawdopodobieństwo wystąpienia tej awarii jest stosunkowo niewielkie, jej wystąpienie może prowadzić do wypadków bezpieczeństwa produkcji. Dlatego niezbędne jest zbadanie przyczyny awarii, usunięcie potencjalnych zagrożeń i zapewnienie bezpieczeństwa produkcji.

Rozwiązanie i plan weryfikacji

Śruby mocujące sprężyny odskoku po obu stronach głównego wału wyłacznika mechanismu EIB są zwykłymi śrubami + Belleville washers (patrz Rysunek 1). Po latach częstego działania wyłacznika, śrubka mocująca sprężynę odskoku po prawej stronie głównego wału odpada z powodu wibracji, powodując, że sprężyna odskoku po prawej stronie opada i utknęła jednocześnie na głównym wałku. Mechanizm odskoku opiera się tylko na sprężynie odskoku po lewej stronie głównego wału, co powoduje, że wyłacznik nie otwiera się w pełni. W wyniku inspekcji terenowej stwierdzono, że istnieje różnicę osiowa długości około 4 mm między wałem splinowym po prawej stronie głównego wału a obudową, a pokrywa końcowa jest deformowana i zapadnięta do wewnątrz (patrz Rysunek 2). W odpowiedzi na tę awarię, tj. awarię wyłacznika spowodowaną odpadnięciem sprężyny odskoku z powodu luzowania śrubki końcowej głównego wału zamykania i otwierania, do weryfikacji został zmontowany wyłacznik o odpowiedniej konstrukcji do symulacji awarii:

Dostosuj długość osiową między wałem splinowym po prawej stronie głównego wału tego symulowanego wyłacznika a obudową, aby stworzyć lukę około 4 mm (patrz Rysunek 3), a następnie zaciśnij ją kluczem momentowym z momentem 45 Nm. Wprowadź go do komory mechanicznej na uruchomienie mechaniczne. Początkowy licznik wynosi 26, a pokrywa końcowa pokazuje lekkie zapadnięcie po zaciśnięciu. Proces przedstawiony jest na Rysunku 4.

Podsumowując, gdy określony moment wynosi 45 Nm, nawet jeśli długość osiowa między obudową a wałem splinowym osiągnie 4 mm, a pokrywa końcowa jest deformowana i zapadnięta, pozostaje dobrze zabezpieczona do ponad 2 200 cykli. Następnie przechodzi do weryfikacji drugiego etapu.

Dostosuj długość osiową między wałem splinowym po prawej stronie głównego wału tego symulowanego wyłacznika a obudową, aby stworzyć lukę 4 mm. Użyj klucza momentowego, aby zaciągnąć go z momentem 35 Nm, i użyj deformowanej i zapadniętej pokrywy końcowej z etapu 1. Oznacz ją linia kreślarską. Wprowadź go do komory mechanicznej na uruchomienie mechaniczne. Początkowy licznik wynosi 2 252. Podsumowując, gdy moment wynosi 35 Nm, nawet jeśli długość osiowa między obudową a wałem splinowym osiągnie 4 mm, a pokrywa końcowa jest deformowana i zapadnięta, pozostaje dobrze zabezpieczona do ponad 1 887 cykli. Następnie przechodzi do weryfikacji trzeciego etapu (patrz Rysunek 6).

Dostosuj długość osiową między wałem splinowym po prawej stronie głównego wału tego symulowanego wyłacznika a obudową, aby stworzyć lukę 4 mm. Użyj klucza momentowego, aby zaciągnąć go z momentem 20 Nm, i użyj deformowanej i zapadniętej pokrywy końcowej z trzeciego etapu. Oznacz ją linia kreślarską. Wprowadź go do komory mechanicznej na uruchomienie mechaniczne. Początkowy licznik wynosi 4 139 (patrz Rysunek 7).

Podsumowując, gdy moment wynosi 20 Nm, nawet jeśli długość osiowa między obudową a wałem splinowym osiągnie 4 mm, a pokrywa końcowa jest deformowana i zapadnięta, pozostaje dobrze zabezpieczona do ponad 1 671 cykli. Następnie przechodzi do weryfikacji czwartego etapu (patrz Rysunek 8 i Rysunek 9).

Dostosuj długość osiową między wałem splinowym po prawej stronie głównego wału tego symulowanego wyłacznika a obudową, aby stworzyć lukę 4 mm. Użyj klucza momentowego, aby zaciągnąć go z momentem 10 Nm, i użyj deformowanej i zapadniętej pokrywy końcowej z czwartego etapu. Oznacz ją linia kreślarską. Wprowadź go do komory mechanicznej na uruchomienie mechaniczne. Początkowy licznik wynosi 5 810 (patrz Rysunek 10).

W trakcie testu stwierdzono, że gdy licznik osiągnął 551 cykle, pokrywa końcowa zaczęła się lekko obracać względem początkowej pozycji (patrz Rysunek 11); gdy licznik wzrósł do 820 cykli, pokrywa końcowa obróciła się lekko względem pozycji 551 (patrz Rysunek 12); gdy licznik osiągnął 1 122 cykle, sprężyna odskoku była widocznie luźna (patrz Rysunek 13); gdy licznik wzrósł do 1 261 cykli, sprężyna odskoku odpadła (patrz Rysunek 14).

Podsumowanie procesu testowego

Projekt wału głównego mechanizmu EIB oparty jest na projekcie firmy belgijskiej EIB. Po dokładnym ustawieniu ramion, śruby po obu stronach są zaciskane do określonej wartości momentu. Do zapobiegania luzowaniu używa się Belleville washers (wykonanych ze sprężystej stali) poprzez tarcie. Po montażu, Belleville washers są spłaszczone, a ich siła odbicia utrzymuje ciśnienie zaciskające i tarcie między nitami. Ta konstrukcja wału i środki zapobiegające luzowaniu zostały udowodnione jako niezawodne w badaniach typowych życia mechanicznego w Chin Electric Power Research Institute (CEPRI).

Wczesne problemy procesowe wału głównego mechanizmu EIB

W wczesnym procesie montażu, pracownicy musieli dostosować manierki o różnych tolerancjach, aby zrównoważyć wymiary, co powodowało niejednorodną jakość montażu i trudność w kontroli. Po zmontowaniu wału głównego wyłacznika, błędy sumacyjne powodowały odchylenia osiowe długości między wewnętrznym wałem splinowym a zewnętrzną obudową. Gdy śruby były zaciskane do określonej wartości momentu, środek pokrywy końcowej zapadał do wewnątrz. Ponieważ pokrywy końcowe są wykonane z nietwardzejących elastycznych materiałów, nie mogą się przywrócić po deformacji. Ponadto, obudowa wału może ulec krecie pod wpływem uderzeń podczas działania, co może stopniowo zmniejszać wartość momentu zaciskania śrub (bez widocznych zmian w elementach montażowych, takich jak śruby i pokrywy końcowe, aż do znacznego osłabienia momentu). Konwencjonalna konserwacja również ma trudności w zastosowaniu wystarczającego momentu z użyciem zwykłych kluczy. Ostatecznie, gdy moment spada poniżej 10 Nm, pokrywy końcowe przyspieszają luzowanie, niszcząc efekt antyluzujący Belleville washers.

Udoskonalony proces

Aby wyeliminować osłabienie momentu spowodowane zapadnięciem pokrywy końcowej, proces został dostosowany: po zmontowaniu całości, dodawane są jednolite podkładki regulujące do zrównoważenia. Na śruby nanosi się klej blokujący nit, a następnie zaciska je kluczem momentowym do 45 Nm. Dzięki zainstalowaniu podkładek, nie ma już miejsca dla pokryw końcowych, aby zapadały do wewnątrz. Pokrywy końcowe nie będą stopniowo zmniejszać momentu zaciskania z powodu plastycznej deformacji, zapewniając stabilne i niezawodne działanie wyłacznika przez cały okres użytkowania przy wystarczającym momencie zaciskania.

Srodki naprawcze

Dla wyłacznika z tą awarią, jak pokazano na Rysunku 15, zainstaluj podkładki regulujące. Po wyrównaniu powierzchni końcowej wewnętrznego wału głównego z zewnętrzną obudową, zamknij ją śrubami. Nanies na śruby klej blokujący nit i użyj klucza momentowego, aby zacisnąć je do momentu 45 Nm.

Aby zapobiec wystąpieniu takich zdarzeń o niskim prawdopodobieństwie, przeprowadź kompleksową inspekcję wyłaczników, które zostały wprowadzone do użytku, i zainstaluj odpowiednie podkładki regulujące, aby upewnić się, że wprowadzone do użytku wyłaczniki mogą działać normalnie i niezawodnie.

Podsumowanie

Ten artykuł skupia się na sytuacji, gdy wysoki napięcie AC wakusowy wyłacznik nie otwiera się prawidłowo. Poprzez symulację i doświadczalną weryfikację, analizuje przyczyny odpadnięcia sprężyny odskoku. Stwierdzono, że podkładka końcowa ulega deformacji z powodu luki w głównym wałku, a następnie, po długotrwałych wibracjach zamykania i otwierania, sprężyna odskoku odpada, co powoduje, że wyłacznik nie może się otworzyć. W związku z tym zaproponowano rozwiązanie, a jego wykonalność została szczegółowo udowodniona. Przedstawiono odpowiednie środki naprawcze, aby wyeliminować awarię, przywrócić prawidłowe działanie wysokiego napięcia wakusowego wyłacznika i zapewnić normalną produkcję przedsiębiorstwa.