Pagsusi sa Kasayuan sa Short-Circuit sa 10kV Puffer-Type Load Switch

1. Panan-ila sa Sayop

Nahitabo ang usa ka sayop sa usa ka mataas na kuryente nga switchgear nga nagsilbi sa usa ka urban nga lugar sa bulan sa Hunyo 2013, nagresulta sa tripping sa 10kV nga linya. Ang on-site nga pagtungha mihatag nga ang sayop nga switchgear mao ang pneumatic ring-network high-voltage load switchgear (HXGN2 - 10 type), ug ang karakteristikas sa sayop mao ang three-phase arc short circuit. Human sa pag-isolate sa sayop ug pagbalik sa power supply sa mga gumamit, mahimong mapansin nga ang sama nga tipo sa switchgear sa area, nga gipatuman tali 1999 hangtod 2000 (may operation period sa daghan pa sa 12 tuig, design rated current nga 630A, ug actual operating current na adunay daghang ≤ 300A), miangkat og parehas nga mga sayop bisan asa, isultiha ang bantog sa reliable nga operasyon sa power grid.

2. Pamaagi sa Pagtrabaho sa Pneumatic Load Switches

Ang pneumatic ring-network cabinet gitawag ani kay gibutangan og pneumatic load switch. Ang movable contact rod usab nagserbisyo isip air cylinder—— ang hulagway nga walay lawas may sealed “piston”, nga gi-drive sa main shaft aron makapagtubag sa linear movement sa closing ug opening. Sa panahon sa pagbukas, ang piston maong mogahin sa dako ang hangin sa movable contact rod (air cylinder), ug ang compressed air gigibug-os sa arc nga gihimo sa separation sa arc-extinguishing contacts pinaagi sa arc-resistant plastic nozzle sa taas, pagpatay sa arc pinaagi sa paghulagway niini; ang high-speed air flow masiga mopabilin ang insulation strength sa medium sa break, pagprebakta sa arc nga mobalik sa pagburn.

Tungod sa limitado nga abilidad sa switch sa pagbreak sa fault currents (naka-aplihon lamang sa mga sistema sa ubos 35kV ), ang design scheme sa “separating the conductive element from the arc-igniting element” gitanggap:

• Conductive element: Red copper plum-shaped contact fingers + conductive rod, responsable alang sa transmission sa current;

• Arc-igniting element: Copper-tungsten alloy arc-igniting rod + arc-igniting ring, espesyalmente para sa pagignite ug pagextinct sa arc.

Sa panahon sa pagbukas, ang outer surface sa movable contact rod unang mag-separate gikan sa static contact fingers, ug human na ang arc-igniting ring mag-separate gikan sa arc-igniting rod. Ang arc gi-limitahan sa pagburn tali sa mga arc-igniting components, pagprebakta sa damage sa main contacts; ang movable contact rod ug lower terminal gibutangan og plum-shaped contact fingers aron siguraduhon ang electrical conduction.

3. In-depth Analysis sa Mga Daganan sa Sayop
(1) Preliminary Investigation (External Factors)

Ang designed rated current sa karon nga tipo sa switch mao ang 630A, pero ang dispatching data mihatag nga ang operating current sa outgoing switch sa substation mao ang 283A, ug ang theoretical current nga daog sa switchgear sa dalan ≤ 283A. Gitambok sa on-site environment (sunny weather, walay pollution sa cabinet body), ang external factors sama sa over-current, over-voltage, ug pollution flashover mahimong direkta mopasabot, ug ang sayop ig-attribute ha defects sa switchgear mismo.

(2) Disassembly ug Test Verification

Human sa pagdisassemble sa sayop nga cabinet, una nga gispekula nga “poor contact between the movable and static contacts leads to overheating and burning”, pero wala makakita og definite conclusion tungod sa severe damage sa cabinet. Busa, ang sampling detection gibuhat sa sama nga tipo sa switchgear nga nagsilbi:

• Withstand voltage ug loop resistance: Ang withstand voltage level qualified, ug ang loop resistance mao ang 114μΩ (complying sa technical regulations );

• Temperature rise test: Ang 30-minute current-rising test data (Table 1 ) mihatag nga ang temperature rise nakarangi sa 84.2℃ sa 400A ug tanan nga 133.1℃ sa 630A, far exceeding ang national standard sa stable judgment sa “temperature rise ≤ 1K within 1 hour or ≤ 2K within 3 hours”.

(3) Identification sa Root Causes

Comprehensive testing ug structural analysis mihatag nga ang sayop naggikan sa failure sa contact system, specifically manifested as:

• Insufficient spring force: Wala makapugos sa effective contraction sa plum-shaped contact fingers, resulta sa deterioration sa “surface contact” tali sa contact fingers ug movable contact rod ngadto sa “line contact”, ug sharp reduction sa contact area;

• Defects sa processing precision: Insufficient precision sa arc surface/planar processing sa plum-shaped contact fingers aggravates poor contact;

• Oxidation vicious cycle: Ang contact fingers ug movable contact rod exposed sa hangin, ug oxidation leads sa increase sa contact resistance → increased heating → further attenuation sa spring tension → worse contact effect, eventually causing air ionization arc short circuit ug line tripping.

4. Equipment Transformation ug Optimization Solutions
(1) Process Upgrade: Precise Control sa Contact Quality

Gipangandoy sa core problem sa “poor contact”, ang improvements gibuhat gikan sa material ug processing ends:

• Spring selection: Adopt springs nga may high fatigue resistance aron siguraduhon ang stable spring force within the design life (including the condition of making and breaking the rated current ), avoiding contact problems caused by spring failure;

• Contact finger processing: Strictly control the processing precision sa arc surface ug plane sa plum-shaped contact fingers aron siguraduhon ang complete fitting sa cylindrical arc surface sa movable contact rod, eliminating the hidden dangers sa line contact/point contact, ug ensuring the current-carrying capacity ug temperature rise compliance sa contacts.

(2) Design Optimization: Full-process Condition Monitoring

Integrate the “online monitoring” function into the cabinet structure design aron siguraduhon ang visual status:

• Temperature measurement window ug probe: Set up a convenient temperature measurement window, install a temperature probe sa static contact, ug display the temperature sa contact part inside the cabinet in real-time through the panel instrument;

• Data storage ug early warning: Configure storage equipment aron record operating data. Bisag ang equipment nag-age, abnormal situations mahimong identified in advance pinaagi sa data analysis, triggering the replacement ug maintenance process, shifting from passive repair to active operation ug maintenance.

(3) Operation ug Maintenance Strengthening: Dynamic Defect Treatment

Alang sa equipment nga nagsilbi, optimize the operation ug maintenance methods:

• Observation window transformation: Change the fixed observation window to a movable one aron facilitate temperature monitoring inside the cabinet;

• Normalization sa partial discharge testing: Carry out partial discharge testing sa switchgear during peak load periods aron capture insulation defects in advance ug avoid the expansion sa faults.

5. Application Scenarios ug Development Suggestions

Tungod sa increase sa electricity consumption, ang main lines sa distribution network upgraded to large-cross-section cables sa 300-400㎡, ug ang capacity sa substations continuously growing. The shortcomings sa insufficient breaking capacity ug vulnerable contacts sa pneumatic switchgear naghimong increasingly prominent. I-recommend nga:

• Scenario adjustment: Withdraw from line ring-network applications ug switch to high-voltage power distribution in terminal transformer areas (with a transformer capacity ≤ 630kVA ), utilizing its advantages sa “simple structure ug low cost”;

• Technology iteration: For line ring-network scenarios, give priority sa selecting switchgear with higher reliability ug stronger breaking capacity (such as vacuum load switches ) aron meet the requirements sa distribution network automation ug high reliability;

• Value continuation: After the transformation sa “process upgrade + online monitoring”, ang pneumatic load switchgear mahimo mopasabot sa terminal load scenarios ug exert its residual value.