Anàlisi de fallada per curtcircuït d'un interruptor de càrrega de tipus puf de 10kV
1. Resum de l'error
El juny de 2013, es produïu una falla en un aparell d'alt voltatge en funcionament en una certa àrea urbana, causant que una línia de 10kV saltés. L'investigació in situ va revelar que l'aparell defectuós era un interruptor de càrrega d'alta tensió de xarxa anular neumàtic (tipus HXGN2 - 10), i la característica de la falla era un curtcircuït d'arc trifàsic. Després d'aislar la falla i restablir el subministrament d'energia als usuaris, cal tenir en compte que el mateix tipus d'aparell en aquesta zona, que va entrar en funcionament entre 1999 i 2000 (amb un període d'operació superior a 12 anys, una corrent nominal dissenyada de 630A, i una corrent operativa real principalment ≤ 300A), ha experimentat falles similars moltes vegades, posant en risc la operació fiable de la xarxa elèctrica.
2. Principi de funcionament dels interruptors de càrrega neumàtics
L'armari de xarxa anular neumàtic reben aquest nom per estar equipats amb un interruptor de càrrega neumàtic. El seu contacte mòbil també serveix com a cilindre d'aire — la seva estructura buida conté un pistó "estanc", que és impulsat pel eix principal per realitzar el moviment lineal d'obertura i tancament. En obrir, el pistó comprimeix ràpidament l'aire dins del contacte mòbil (cilindre d'aire), i l'aire comprimit és sotmès a l'arc generat per la separació dels contactes d'extinció d'arc a través de la boquilla de plàstic resistente a l'arc al capdamunt, estenent l'arc i extingint-lo; el flux d'aire d'alta velocitat restaura ràpidament la resistència a l'isolament del medi a la ruptura, evitant que l'arc es reinici.
Degut a la capacitat limitada de l'interruptor per interrompre corrents de falla (només aplicable a sistemes inferiors a 35kV), es adopta un esquema de disseny de "separar l'element conductor de l'element d'inici d'arc":
En obrir, primer la superfície exterior del contacte mòbil es separa dels dits de contacte estàtics, i després l'anell d'inici d'arc es separa de la barra d'inici d'arc. L'arc queda restringit a cremar entre els components d'inici d'arc, evitant danys als contactes principals; el contacte mòbil i la terminal inferior estan connectats pels dits de contacte en forma de cirera per assegurar la conducció elèctrica.
3. Anàlisi en profunditat de les causes de l'error
(1) Investigació preliminar (factors externs)
La corrent nominal dissenyada d'aquest tipus d'interruptor és de 630A, però les dades de despachament mostren que la corrent operativa de l'interruptor de sortida de la subestació és de 283A, i la corrent teòrica que passa per l'aparell en el camí és ≤ 283A. Combinat amb l'entorn in situ (temps solejat, sense contaminació en el cos de l'armari), els factors externs com la sobrecorrent, la sobretensió i el flashover per contaminació poden ser exclòsos directament, i la falla es atribueix a deficiències propies de l'aparell.
(2) Verificació per desmuntatge i proves
Després de desmunter l'armari defectuós, inicialment es especula que "el contacte deficient entre els contactes mòbils i estàtics porta a un sobrecalentament i cremat", però no es pot arribar a una conclusió definitiva degut als danys greus de l'armari. Per tant, es realitza una detecció per mostreig en el mateix tipus d'aparell en funcionament:
(3) Identificació de les causes radicals
Les proves exhaustives i l'anàlisi estructural mostren que la falla prové del fracàs del sistema de contacte, manifestant-se específicament com:
4. Transformació i solucions d'optimització de l'equipament
(1) Millora del procés: Control precís de la qualitat del contacte
Dirigit al problema central de "contacte deficient", es fan millores des de la fiabilitat del material i el processament:
Selecció de muelles: Adoptar muelles amb alta resistència a la fatiga per assegurar una força de molla estable durant la vida útil de disseny (incloent-hi la condició de fer i trencar la corrent nominal), evitant problemes de contacte causats per l'aturament de la molla;
Processament dels dits de contacte: Controlar estrictament la precisió de processament de la superfície d'arc i plana dels dits de contacte en forma de cirera per assegurar un ajust complet amb la superfície d'arc cilíndrica del contacte mòbil, eliminant els perillosos contactes lineals/punts, i assegurant la capacitat de portar corrent i la conformitat del sobrecalentament dels contactes.
(2) Optimització del disseny: Monitorització de condicions en tot el procés
Integrar la funció de "monitorització en línia" en el disseny estructural de l'armari per assolir una visualització de l'estat:
Finestra de mesura de temperatura i sonda: Establir una finestra de mesura de temperatura convenient, instal·lar una sonda de temperatura al contacte estàtic, i mostrar la temperatura de la part de contacte dins de l'armari en temps real a través de l'instrument del panell;
Emmagatzematge de dades i alerta: Configurar equips d'emmagatzematge per registrar dades d'operació. Així, encara que l'equip s'encerti, les situacions anòmals poden ser identificades prèviament a través de l'anàlisi de dades, activant el procés de substitució i manteniment, passant d'una reparació passiva a una operació i manteniment actius.
(3) Reforç de l'operació i manteniment: Tractament dinàmic de defectes
Per a l'equipament en funcionament, optimitzar els mètodes d'operació i manteniment:
5. Escenaris d'aplicació i suggeriments de desenvolupament
Amb l'augment del consum d'electricitat, les línies principals de la xarxa de distribució són actualitzades a cables de gran secció de 300 - 400㎡, i la capacitat de les subestacions continua creixent. Les deficiències de capacitat de ruptura insuficient i contactes vulnerables dels aparells neumàtics esdevenen cada cop més prominents. Es recomana que:
