Análise de Fallos por Cortocircuito de Interruptores de Carga do Tipo Puffer de 10kV
1. Resumo da Falta
En xuño de 2013, produciuse unha falta nun equipo de manobra de alta tensión en funcionamento nunha zona urbana, provocando o salto dunha liña de 10kV. A investigación no terreo revelou que o equipo defectuoso era un interruptor de carga de anel neumático de alta tensión (tipo HXGN2-10), e a característica da falta foi un curto circuito de arco trifásico. Despois de aislar a falta e restablecer o suministro eléctrico aos usuarios, convén destacar que o mesmo tipo de equipo nesta área, posto en funcionamento entre 1999 e 2000 (con un período de funcionamento superior a 12 anos, unha corrente nominal deseñada de 630A e unha corrente real de funcionamento na maioría ≤ 300A), experimentou fallos similares en moitas ocasións, supoñendo unha ameaza para o funcionamento fiable da rede eléctrica.
2. Principio de Funcionamento dos Interruptores de Carga Neumáticos
O armario de anel neumático recibe este nome por estar equipado cun interruptor de carga neumático. O seu varón de contacto móbil tamén funciona como un cilindro de aire — a súa estrutura oca contén un pistón selado, que é accionado polo eixo principal para realizar o movemento linear de pechado e aberto. Ao abrirse, o pistón comprime rapidamente o aire no varón de contacto móbil (cilindro de aire), e o aire comprimido é expulsado cara ao arco xerado pola separación dos contactos apagadores a través dunha boquilla de plástico resistente a arcos na parte superior, apagando o arco estirándoo; a corrente de aire de alta velocidade restaura rapidamente a forza dieléctrica do medio no punto de ruptura, evitando a reencendida do arco.
Debido á capacidade limitada do interruptor para interromper correntes de falta (aplicábel só a sistemas por debaixo de 35kV), adoptouse un esquema de deseño de "separación do elemento conductor do elemento encendedor de arco":
Ao abrirse, a superficie externa do varón de contacto móbil separase primeiro dos contactos dedais estáticos, e despois o anel encendedor separase do varón encendedor. O arco queda restrinxido a queimar entre os componentes encendedores, evitando danos nos contactos principais; o varón de contacto móbil e o terminal inferior están conectados por contactos dedais para asegurar a conducción eléctrica.
3. Análise Profunda das Causas da Falta
(1) Investigación Preliminar (Factores Externos)
A corrente nominal deseñada deste tipo de interruptor é de 630A, pero os datos de despacho mostran que a corrente de funcionamento do interruptor de saída da subestación é de 283A, e a corrente teórica que pasa polo equipo de manobra no camiño é ≤ 283A. Combinado co ambiente no terreo (tempo ensolarado, sen contaminación no corpo do armario), poden ser excluídos directamente factores externos como sobrecorrente, sobrexuntamento e flashover de contaminación, atribuíndose a falta a defectos propios do equipo de manobra.
(2) Verificación por Desmontaxe e Probas
Despois de desmontar o armario defectuoso, inicialmente especúlase que "o mal contacto entre os contactos móbil e estático leva a un sobreaquecemento e quema", pero non se pode chegar a unha conclusión definitiva debido ao deterioro grave do armario. Polo tanto, realizanse probas de muestreo no mesmo tipo de equipo de manobra en funcionamento:
(3) Identificación das Causas Raíz
As probas comprehensivas e o análise estrutural mostran que a falta orixinase no fallo do sistema de contactos, especificamente manifestado como:
4. Solucións de Transformación e Optimización do Equipo
(1) Actualización de Proceso: Control Preciso da Calidade do Contacto
Dirixíndose ao problema central de "mal contacto", realizanse melloras desde os extremos do material e do procesado:
Selección de molas: Adoptar molas de alta resistencia á fatiga para asegurar unha forza de mola estable dentro da vida útil deseñada (incluíndo a condición de facer e romper a corrente nominal), evitando problemas de contacto causados polo fallo da molla;
Procesado de contactos dedais: Controlar estritamente a precisión do procesado da superficie de arco e plano dos contactos dedais para asegurar un ajuste perfecto coa superficie de arco cilíndrica do varón de contacto móbil, eliminando os perigos de contacto de liña/punto, e asegurando a capacidade de transporte de corrente e o cumprimento da elevación de temperatura dos contactos.
(2) Optimización de Diseño: Monitorización de Estado de Todo o Proceso
Integrar a función de "monitorización en liña" no deseño estructural do armario para realizar un estado visual:
Ventana e sonda de medida de temperatura: Estabelecer unha ventana de medida de temperatura conveniente, instalar unha sonda de temperatura no contacto estático, e mostrar a temperatura da parte de contacto dentro do armario en tempo real a través do instrumento do panel;
Almacenamento de datos e alerta temprana: Configurar equipos de almacenamento para rexistrar datos de funcionamento. Aínda que o equipo envelexa, as situacións anómalas poden identificarse previamente mediante análise de datos, activando o proceso de substitución e mantemento, pasando dunha reparación pasiva a unha operación e mantemento activo.
(3) Reforzo de Operación e Mantemento: Tratamento Dinámico de Defectos
Para o equipo en funcionamento, optimizar os métodos de operación e mantemento:
5. Escenarios de Aplicación e Suxestións de Desenvolvemento
Con o aumento do consumo de electricidade, as liñas principais da rede de distribución son actualizadas a cabos de gran sección de 300-400m², e a capacidade das subestacións continua a aumentar. As deficiencias de capacidade de interrupción insuficiente e contactos vulnerables dos equipos de manobra neumáticos están a tornarse cada vez máis prominentes. Recoméndase que:
