Kortslutningsfejlanalyse af 10kV puffer-type belastningsskærm

1. Fejloversigt

I juni 2013 opstod der en fejl i et højspændingsbryggeri i drift i et bestemt byområde, hvilket fik en 10kV-ledning til at springe af. På stedet undersøgt visede det sig, at det defekte bryggeri var en pneumatisk ringnet-højspændingslastbrygger (HXGN2-10 type), og fejleget var en trefased bogekurteshortslutning. Efter isolering af fejlen og genoprettelse af strømforsyningen til brugerne, skal det bemærkes, at samme type bryggeri i dette område, som blev taget i drift mellem 1999 og 2000 (med en driftsperiode på mere end 12 år, en designet nominalstrøm på 630A, og en faktisk driftsstrøm mest ≤ 300A), har oplevet lignende fejl mange gange, hvilket udgør en trussel mod den pålidelige drift af kraftnettet.

2. Arbejdsgang for pneumatiske lastbryggere

Den pneumatiske ringnet-skab er navngivet efter at være udstyret med en pneumatisk lastbrygger. Dens bevægelige kontaktstang fungerer også som en luftcylinder - den tomme struktur indeholder en tættet "piston", der drives af hovedakslen for at realisere den lineære bevægelse af lukning og åbning. Når den åbnes, komprimerer pisten hurtigt luften i den bevægelige kontaktstang (luftcylinder), og den komprimerede luft blæses mod boget, der dannes ved adskillelse af bogeudslukningskontakterne gennem en bogebestandig plastnozzle øverst, og slukker boget ved at strække det; den højhastigheds luftstrøm genopbygger hurtigt isolationens styrke i mediumet ved knækken, og forhindrer boget i at tændes igen.

På grund af den begrænsede evne hos bryggeren til at afbryde fejlstrømme (kun anvendelig til systemer under 35kV), anvendes et designschema, der "adskiller ledningselementet fra bogeindledende elementet":

• Ledningselement: Rød kobberplumformede kontaktfingre + ledningsstang, ansvarlig for strømoverførsel;

• Bogeindledende element: Kobber-volfram legetrodsbogeindledende stang + bogeindledende ring, specielt til bogetænding og -udslukning.

Når den åbnes, adskilles først den ydre overflade af den bevægelige kontaktstang fra de statiske kontaktfingre, og derefter adskilles bogeindledende ringen fra bogeindledende stangen. Boget begrænses til at brenne mellem bogeindledende komponenter, undgår skade på hovedkontakterne; den bevægelige kontaktstang og nederste terminal er forbundet ved plumformede kontaktfingre for at sikre elektrisk ledning.

3. Dybdegående analyse af fejlårsager
(1) Foreløbig undersøgelse (eksterne faktorer)

Den designede nominalstrøm for denne type brygger er 630A, men planlægningsdataene viser, at driftsstrømmen for udgangsbryggeren på transformatorstationen er 283A, og den teoretiske strøm, der passerer igennem bryggeriet på vejen, er ≤ 283A. I kombination med miljøet på stedet (solrig vejrt, ingen forurening på skabet), kan eksterne faktorer som overstrøm, overspænding og forurening flashover direkte udelukkes, og fejlen skyldes defekter i bryggeriet selv.

(2) Opsamling og testverifikation

Efter opsamlingen af det defekte skab, formodes det initialet, at "dårlig kontakt mellem den bevægelige og den statiske kontakt fører til overophedning og brand", men en definitiv konklusion kan ikke drages på grund af alvorlige skader på skabet. Derfor udføres prøveprøvning på samme type bryggerier i drift:

• Spændingsstand og kredsløbsmodstand: Spændingsstandsniveauet er godkendt, og kredsløbsmodstanden er 114μΩ (i overensstemmelse med tekniske regler);

• Temperaturstigningstest: 30-minutters strømstigningstestdata (Tabel 1) viser, at temperaturen stiger til 84.2℃ ved 400A og så højt som 133.1℃ ved 630A, langt over national standard for stabil vurdering af "temperaturstigning ≤ 1K inden for 1 time eller ≤ 2K inden for 3 timer".

(3) Identifikation af rodaarsager

Komplette tester og strukturanalyser viser, at fejlen kommer fra svigten af kontakt-systemet, specifikt manifesteret som:

• Utilstrækkelig fjederkraft: Den kan ikke effektivt kontrahere de plumformede kontaktfingre, hvilket resulterer i, at den "overfladekontakt" mellem kontaktfingrene og den bevægelige kontaktstang forringes til "liniekontakt", og en skarp reduktion i kontaktoverfladen;

• Defekter i bearbejdelsespræcision: Utilstrækkelig præcision i arkflade/planbearbejdelsen af de plumformede kontaktfingre forværres dårlig kontakt;

• Oksidations ond cirkel: Kontaktfingrene og den bevægelige kontaktstang er udsat for luften, og oksidation føder til en stigning i kontaktmodstanden → øget opvarmning → yderligere forringelse af fjederens spænding → værre kontakteffekt, der sidst ender med luftioniseringsbogekortslutning og linje spring.

4. Udstyr transformation og optimeringsløsninger
(1) Procesopgradering: Præcis kontrol af kontaktkvalitet

Med henblik på det kerneproblem "dårlig kontakt", foretages forbedringer fra material- og bearbejdelsessiden:

• Fjederudvalg: Anvend fjerder med høj modstandsdygtighed for at sikre stabil fjederkraft inden for designlivet (inklusiv betingelsen for at lave og bryde den nominale strøm), undgå kontaktproblemer, der skyldes fjederfejl;

• Kontaktfingerbearbejdelse: Kontroller strengt bearbejdelsespræcisionen af arkfladen og planen på de plumformede kontaktfingre for at sikre fuld tilpasning til den cylindriske arkflade på den bevægelige kontaktstang, eliminere de skjulte farer ved liniekontakt/punktkontakt, og sikre strømbærende kapacitet og temperaturstigningsoverholdelse af kontakterne.

(2) Designoptimering: Fuldproces tilstandsovervågning

Integrer funktionen "online overvågning" i skabsstrukturen for at realisere synligt status:

• Temperaturmålingsvindue og probe: Sæt et bekvemt temperaturmålingsvindue op, installer en temperatursonde ved den statiske kontakt, og vis temperaturen på kontaktstedet i skabet i realtid gennem panelinstrumenterne;

• Dataopbevaring og tidlig varsling: Konfigurer lagringsudstyr til at registrere driftsdata. Selv når udstyret ældes, kan anomaliteter identificeres i forhånd gennem dataanalyse, udløser udskiftning og vedligeholdelsesprocessen, skifter fra passiv reparation til aktiv drift og vedligeholdelse.

(3) Drift og vedligeholdelsesforstærkning: Dynamisk defektbehandling

For udstyret i drift, optimér drifts- og vedligeholdelsesmetoder:

• Observationsvinduetransformation: Skift fast observationsvindue til et flytbart for at lette temperaturmonitoring inden for skabet;

• Normalisering af delvis udladningstest: Udfør delvis udladningstest af bryggeriet under topbelastningsperioder for at fange isolationsdefekter i forhånd og undgå udvidelse af fejl.

5. Anvendelsesscenarier og udviklingsanbefalinger

Med stigende elforbrug bliver hovedledninger i distributionsnettet opgraderet til store tværsnit kabler på 300-400 m², og kapaciteten af transformatorstationer fortsætter med at vokse. Svaghederne ved utilstrækkelig afbrydelseskapacitet og sårbar kontakt hos pneumatiske bryggere bliver stadig mere fremtrædende. Det anbefales, at:

• Scenariejustering: Træk dig tilbage fra linje ringnet-anvendelser og skift til højspændingsfordeling i sluttransformatorområder (med en transformatorkapacitet ≤ 630kVA), udnyt dens fordele med "enkel struktur og lav kostpris";

• Teknologi iteration: For linje ringnet-scenarier, giv prioritet til at vælge bryggere med højere pålidelighed og stærkere afbrydelseskapacitet (som f.eks. vakuumlastbryggere) for at opfylde kravene til distributionsnetautomatisering og høj pålidelighed;

• Værdifortsatte: Efter transformationen af "procesopgradering + online overvågning", kan pneumatiske lastbryggere fortsætte med at tjene slutbelastningsscenarier og udfolde deres restværdi.