Анализ на късо съединение на 10кВ пускови ключове от тип буфер
1. Общ преглед на дефекта
През юни 2013 г., в определен градски район се случи дефект във високонапрегнато комутационно устройство, което доведе до изключване на линия 10 кВ. На място беше установено, че дефектното комутационно устройство е пневматична кръгова високонапрегната нагрузочна кутия (тип HXGN2 - 10), а характеристиката на дефекта беше трифазно дъгово късо свързване. След изолиране на дефекта и възстановяване на доставката на електроенергия към потребителите, трябва да се отбележи, че същият тип комутационно устройство в този район, което е въведено в експлоатация между 1999 и 2000 г. (с период на експлоатация повече от 12 години, проектирана номинална токова стойност 630А и фактическа токова стойност най-често ≤ 300А), е изпитвало подобни дефекти много пъти, което представлява заплаха за надеждната работа на електрическата мрежа.
2. Принцип на действие на пневматичните нагрузочни ключове
Кръговата кутия с пневматичен ключ е наречена така, защото е оборудвана с пневматичен нагрузочен ключ. Движещият се контактен вал изпълнява също функцията на цилиндър — празната му конструкция съдържа герметизиран „пистон“, който се задвижва от главния вал, за да осъществи линейното движение при затваряне и разтворяване. При разтворяване пистонът бързо компресира въздуха в движещия се контактен вал (цилиндър) и компресираният въздух се издухва към дъгата, породена от разделението на дъгопогасителните контакти, през дъгопротивен пластмасов носилник в горната част, като изтрива дъгата чрез удължаване; бързият поток въздух бързо възстановява диелектричната способност на средата в местата на прекъсване, предотвратявайки повторното запалване на дъгата.
Поради ограниченията в способността на ключа да прекъсва аварийни токове (приложим само за системи под 35 кВ), е приет проектен план за „разделение на проводящия елемент от дъгопораждащия елемент“:
При разтворяване, външната повърхност на движещия се контактен вал се разделя първо от статичните контактни пръсти, а след това дъгопораждащият пръстен се разделя от дъгопораждащия вал. Дъгата е ограничена да гори между дъгопораждащите компоненти, избягвайки повреди на основните контакти; движещият се контактен вал и долния терминал са свързани чрез контактни пръсти, за да се осигури електрическа проводимост.
3. Глубок анализ на причините за дефекта
(1) Предварително разследване (външни фактори)
Проектираната номинална токова стойност на този тип ключ е 630А, но данните от диспечеризация показват, че токът на изходния ключ на подстанцията е 283А, а теоретичният ток, минаващ през комутационното устройство по пътя, е ≤ 283А. В комбинация с околната среда (ясна време, без замърсяване на корпуса на кутията), външни фактори като прекомерен ток, прекомерно напрежение и пробойни проблясъци могат да бъдат директно изключени, а дефектът е приписан на недостатъци в самото комутационно устройство.
(2) Разбиране и тестове за потвърждение
След разбиране на дефектната кутия, първоначално се предполага, че „слаб контакт между движещия се и статичния контакти води до прекомерно загряване и изгаряне“, но не може да се направи категорично заключение поради сериозни повреди на кутията. Затова се извършва пробно изследване на същия тип комутационно устройство, което е в експлоатация:
(3) Идентификация на коренни причини
Комплексното изпитване и структурен анализ показват, че дефектът произтича от нефункционираща контактна система, конкретно проявяваща се като:
4. Трансформация на оборудването и решения за оптимизация
(1) Улучаване на процеса: Прецизно контролиране на качеството на контакти
С цел решаване на основната проблемна зона „слаб контакт“, се правят подобрения от страна на материалите и обработката:
Избор на пружини: Използване на пружини с висока умора, за да се гарантира стабилна пружинна сила в рамките на проектния живот (включително при изключване и включване на номиналния ток), избягвайки проблеми с контакти, причинени от отказ на пружините;
Обработка на контактните пръсти: Строго контролиране на прецизията на обработката на дъговата и плоската повърхност на контактните пръсти, за да се гарантира пълно съответствие с цилиндричната дъгова повърхност на движещия се контактен вал, елиминирайки скритите опасности от линеен/точен контакт, и гарантирайки капацитета за пренос на ток и съответствието на температурното нагряване на контактите.
(2) Оптимизация на дизайна: Мониторинг на състоянието през целия процес
Интегриране на функцията „онлайн мониторинг“ в конструкцията на кутията, за да се реализира визуализирано състояние:
Прозорец за измерване на температура и зонд: Създаване на удобен прозорец за измерване на температура, инсталиране на зонд за температура при статичния контакт и реално време изобразяване на температурата на контактната част в кутията чрез панелния инструмент;
Съхранение на данни и предупреждение: Конфигуриране на съхранително устройство за запис на оперативни данни. Дори и ако оборудването се старее, аномални ситуации могат да бъдат идентифицирани предварително чрез анализ на данните, активирайки процеса на замяна и поддръжка, преминавайки от пасивно поправяне към активно управление и поддръжка.
(3) Усилене на експлуатацията и поддръжката: Динамично лечение на дефекти
За оборудването, което е в експлоатация, се оптимизират методите за експлуатация и поддръжка:
5. Приложения и препоръки за развитие
С нарастването на потреблението на електроенергия, главните линии на разпределителната мрежа се модернизират до големи сечение кабели от 300-400 м², а капацитетът на подстанциите продължава да нараства. Недостатъците на пневматичните комутационни устройства, свързани с недостатъчна способност за прекъсване и уязвими контакти, стават все по-изразени. Препоръчително е:
