Analys och diskussion av huvudaxelfel hos vakuumkretsutsläckare i EIB-mekanism

Vakuumpoläckbrytare är en typ av poläckbrytare där både bågläckningsmediet och isoleringsmediet i klyftan mellan kontakterna efter bågläckning är vakuumpackat. Som skydd- och styrningsenhet för elkraftutrustning och elkraftdrivna utrustningar i industri- och gruvföretag har inomhusvakuumpoläckbrytare för växelström vid högspänning många användningsområden och kan installeras i fasta skåp, midskåp och dubbelskåp. Som ett viktigt elektriskt enhet bland strömbrytartillbehör passar högspänningspoläckbrytare för platser som kräver ofta operation vid angiven arbetsström eller flera avbrott av kortslutningsström.

I detta dokument analyseras problemet med att EIB-vakuumpoläckbrytare inte öppnas eller stängs korrekt på grund av frekventa operationer. Genom experiment har det upptäckts att avlossningen av tripphjulens fjäder på huvudaxlens högra sida är orsaken till att poläckbrytaren inte öppnas eller stängs korrekt. Förbättringsåtgärden att installera justeringsskivor föreslås för att säkerställa den normala funktionen hos poläckbrytaren, vilket har viss referensbetydelse för säkerhetsbyggande av företagsproduktion.

Struktur av vakuumpoläckbrytare

En vakuumpoläckbrytare består huvudsakligen av komponenter såsom en vakuum-bågläckningskammare, en driftmekanism och en stödstruktur.

Vakuum-bågläckningskammare

Även känd som en vakuumschakt, arbetar principen för vakuum-bågläckningskammaren genom att utnyttja den utmärkta isoleringsegenskapen hos vakuumpackade medier inuti rören, vilket möjliggör snabb bågläckning och strömskiljning i medium- och högspänningskretsar efter strömningsavbrott. Dess huvudsakliga strukturer är följande:

• Lufttät isoleringsystem: Detta är en stängd behållare i en vakuummiljö, huvudsakligen sammansatt av en lufttät isoleringscilindr, en rörlig slutplatta, en fast slutplatta och en rostfri stålbelägg. För att säkerställa lufttätighet krävs strikta operativa processer för tättningssamband. Dessutom behövs material med extremt låg gaspermeabilitet, och interna gasutsläpp måste begränsas till ett minimum.

• Ledningsystem: Det består huvudsakligen av en fast kontakt och en rörlig kontakt. Den fasta kontakten inkluderar en fast kontakt, en fast ledningsstav och en fast bågläckningsyta, medan den rörliga kontakten inkluderar en rörlig kontakt, en rörlig ledningsstav och en rörlig bågläckningsyta. Kontakstrukturens typer kan grovt delas in i transversala magnetfältstyper med spiralgrävd bågläckningsyta, longitudinella magnetfältstyper och cylindriska typer. Driftmekanismen gör att de två kontakterna stängs genom rörelse av den rörliga ledningsstaven, vilket fullbordar kretsanslutningen.

• Sköljsystem: Det består huvudsakligen av en sköljcylinder, en sköljlock och andra enheter. Vanligtvis använda sköljlockar inkluderar för närvarande typer som beläggslock och huvudsköljlock runt kontakterna. Huvudsköljlocket kan minska den lokala fältdensiteten, förbättra jämnheten i den interna elektriska fältdistributionen i bågläckningskammaren, vilket gynnar miniatyriseringen av vakuumbågläckningskammaren. Samtidigt kan det förhindra att bågläckningsprodukter sprutar mot insideskivan under bågläckningsprocessen, vilket garanterar att isoleringsegenskapen hos skivan inte påverkas av bågläckning. Det kan också absorbera bågelenergi, kondensera bågläckningsprodukter och accelerera återhämtningen av dielektrisk styrka i postbågläckningsklyftan.

Driftmekanism

Olika typer av poläckbrytare använder olika driftmekanismer. Vanligt förekommande driftmekanismer inkluderar fjäderns driftmekanism, IEE-Business fjäderenergilagringsdriftmekanism, CT8 fjäderenergilagringsdriftmekanism, CT19 fjäderenergilagringsdriftmekanism, CD10 elektromagnetisk driftmekanism, CD17 elektromagnetisk driftmekanism, etc. Av dessa har fjäderns driftmekanism fördelarna med liten storlek, liten stängningsström och hög tillförlitlighet, och används för närvarande i strömbrytar av olika spänningsnivåer.

Funktion och princip för vakuumpoläckbrytare

Funktion och egenskaper

Under normala driftförhållanden kan en vakuumpoläckbrytare som uppfyller tekniska parametrar garantera sin säkra och pålitliga drift i elnätet av motsvarande spänningsnivå. Mekanisk livslängd för en vakuumpoläckbrytare är ungefär 20 000 gånger, och antalet fullt kapacitetsbaserade kortslutningsströmavbrott är 50 gånger. Den kan opereras ofta eller avbryta kortslutningsström flera gånger inom arbetsströmsområdet. Högspänningsvakuumpoläckbrytare har fördelarna med hög tillförlitlighet, drift dygnet runt, utan underhåll, fullständiga funktioner, bra interbytbart, stark allsidighet, och kan appliceras till omslutningsoperationer med olika karaktärsdrag. Vakuumpoläckbrytare använder vertikal isoleringscilindr och solidisoleringstruktur - integrerad solid-sealad polkolumn, vilket kan motstå påverkan av olika speciella miljöer och är underhållsfri. Samtidigt har vakuumpoläckbrytare flera användningsmetoder, de kan installeras på ett fast sätt, användas på ett dragbart sätt, eller installeras på en ram.

Principbeskrivning

När rörliga och statiska kontakter av en vakuumpoläckbrytare öppnas medan de är laddade, kommer en vakuumbåge att uppstå mellan kontakterna. Bågen höjer kontaktytans ytemperatur, vilket orsakar metallångor att dyka upp på kontaktytan. Baserat på kontakternas speciella form, när ström passerar, under verkan av det magnetfält det genererar, rör sig bågen snabbt längs tangentriktningen av kontaktytan. Metallångorna och laddade partiklar i bågestocken diffuserar kontinuerligt utåt, och densiteten av metallångor och laddade partiklar fortsätter att minska. När bågen naturligt passerar noll, återställs mediet mellan kontakterna snabbt från en ledare till en isolator, strömmen skärs av, och bågen släcks.

Felorsaksammanfattning och analys

Genom att analysera situationen där vakuumpoläckbrytaren inte öppnas eller inte öppnas helt på grund av frekventa operationer, visar platsinspektion att muttern vid höger ände av huvudaxeln lossnar, vilket gör att höger tripphjulets fjäder faller ner och fastnar på huvudaxeln samtidigt. Mekanismens trippning beror endast på fjädern på vänster sida av huvudaxeln, vilket resulterar i att strömbrytaren inte öppnas helt. Trots att sannolikheten för att detta fel ska inträffa är relativt liten, kan dess inträffande fortfarande leda till produktionssäkerhetsolyckor. Därför är det nödvändigt att analysera felets orsak, eliminera potentiella säkerhetsrisker och säkerställa säker produktion.

Lösning och verifieringsplan

Muttrarna som fäster tripphjulen på båda sidor av huvudaxeln i EIB-mekanismens poläckbrytare är vanliga muttrar + fjäderskivor (se figur 1). Efter år av frekventa strömbrytardrift faller muttern som fäster tripphjulet på höger sida av huvudaxeln av på grund av vibration, vilket gör att höger tripphjules fjäder faller ner och fastnar på huvudaxeln samtidigt. Mekanismens trippning beror endast på fjädern på vänster sida av huvudaxeln, vilket resulterar i att strömbrytaren inte öppnas helt. Genom platsundersökning upptäcks det att det finns en axiell längdskillnad på cirka 4 mm mellan splineskften på höger sida av huvudaxeln och ytterhussen, och slutplattan har deformulerats och sjunkit inåt (se figur 2). För att bemöta detta fel, dvs. strömbrytarfel orsakat av tripphjulet faller av på grund av lossning av slutmuttern i stäng- och öppningshuvudaxeln, för att verifiera, monteras en strömbrytare med motsvarande struktur för felersimulering:

Justera axiell längd mellan splineskften på höger sida av huvudaxeln för denna simulerade strömbrytare och ytterhussen för att skapa en glipa på cirka 4 mm (se figur 3), och använd en momentnyckel för att dra den med ett moment på 45 Nm. Tryck in den i mekanisk inlöpningkammare för mekanisk inlöpning. Initiala räknaren är 26 gånger, och slutplattan visar en lätt indragna fenomen efter dra. Processen visas i figur 4.

Sammanfattningsvis, när det specificerade momentet är 45 Nm, även om axiell längd mellan skjutsleeve och splineskfte når 4 mm och slutplattan är deformulerad och indragen, hålls det väl fast fram till mer än 2 200 operationer. Sedan går det över till verifieringen av andra etappen.

Justera axiell längd mellan splineskften på höger sida av huvudaxeln för denna simulerade strömbrytare och ytterhussen för att skapa en 4-mm glipa. Använd en momentnyckel för att dra den med ett moment på 35 Nm, och använd den deformulerade och indragna slutplattan från etapp 1. Markera den med en linje. Tryck in den i mekanisk inlöpningkammare för mekanisk inlöpning. Initiala räknaren är 2 252. Sammanfattningsvis, när momentet är 35 Nm, även om axiell längd mellan skjutsleeve och splineskfte når 4 mm och slutplattan är deformulerad och indragen, hålls det väl fast fram till mer än 1 887 operationer. Sedan går det över till verifieringen av tredje etappen (se figur 6).

Justera axiell längd mellan splineskften på höger sida av huvudaxeln för denna simulerade strömbrytare och ytterhussen för att skapa en 4-mm glipa. Använd en momentnyckel för att dra den med ett moment på 20 Nm, och använd den deformulerade och indragna slutplattan från tredje etappen. Markera den med en linje. Tryck in den i mekanisk inlöpningkammare för mekanisk inlöpning. Initiala räknaren är 4 139 (se figur 7).

Sammanfattningsvis, när momentet är 20 Nm, även om axiell längd mellan skjutsleeve och splineskfte når 4 mm och slutplattan är deformulerad och indragen, hålls det väl fast fram till mer än 1 671 operationer. Sedan går det över till verifieringen av fjärde etappen (se figur 8 och figur 9).

Justera axiell längd mellan splineskften på höger sida av huvudaxeln för denna simulerade strömbrytare och ytterhussen för att skapa en 4-mm glipa. Använd en momentnyckel för att dra den med ett moment på 10 Nm, och använd den deformulerade och indragna slutplattan från fjärde etappen. Markera den med en linje. Tryck in den i mekanisk inlöpningkammare för mekanisk inlöpning. Initiala räknaren är 5 810 (se figur 10).

Under testprocessen upptäcktes det att när räknaren nådde 551 operationer, började slutplattan rotera lite i förhållande till den initiala positionen (se figur 11); när räknaren ökade till 820 operationer, roterade slutplattan lite i förhållande till positionen vid 551 operationer (se figur 12); när räknaren nådde 1 122 operationer, var tripphjulet synligt löst för blotta ögat (se figur 13); när räknaren ökade till 1 261 operationer, föll tripphjulet av (se figur 14).

Sammanfattning av testprocessen

Huvudaxeldesignen för IEE-Business fjäderdriftmekanism baseras på designen av belgiska IEE-företaget. Efter att krankarmarna har positionerats exakt, dras muttrarna på båda sidor till det specifierade momentvärdet. Fjäderskivor (tillverkade av fjäderstål) används för att förhindra lossning genom friktion. Efter montering är skivorna plattade, och deras återhoppningskraft bibehåller klamptryck och friktion mellan trådar. Denna huvudaxelstrukturdesign och lossningsmotåtgärder bevisades tillförlitliga i mekaniska livstypstester vid Kina Elektriska Kraftforskningsinstitut (CEPRI).

Tidiga processproblem med IEE-mekanismens huvudaxel

Under tidigare monteringsprocess var arbetare tvungna att justera sleever av olika toleransklasser för att balansera dimensioner, vilket gjorde monteringskvaliteten inkonsekvent och svår att kontrollera. Efter att strömbrytarens huvudaxel var monterad, orsakade ackumulerade fel axiella längdsavvikelser mellan den interna splineskften och den externa sleeven. När muttrarna dras till det specifierade momentet, skulle mitten av slutplattorna sjunka inåt. Eftersom slutplattorna är tillverkade av icke-fjäderstål elastiska material, kan de inte återhämta sig efter deformation. Dessutom kan sleeven krypa på grund av påverkan under drift, vilket gradvis kan minska momentet för mutterspaning (utan uppenbara förändringar i fastigheter som muttrar och slutplattor tills momentet minskar betydligt). Konventionellt underhåll kan också ha svårt att tillämpa tillräckligt moment med vanliga nycklar. Slutligen, när momentet sjunker under 10 Nm, accelererar slutplattorna sin lossning, vilket förstör lossningsmotåtgärderna för fjäderskivorna.