ניתוח תקלה קצרה במחברת טעינה מסוג 10kV

1. סקירת תקלה

ביוני 2013 התרחשה תקלה במכשיר חשמל בעומס גבוה באזור עירוני מסוים, מה שהוביל לניתוק קו של 10kV. בחקירת המקום נמצא כי המיתוג המתקל היה מיתוג מעגל חשמל בעומס גבוה פנאומי (סוג HXGN2-10), והמאפיין של התקלה היה קצר משולש ארק. לאחר הסתעפות התקלה והחזרת האספקה למשתמשים, יש לציין כי אותו סוג של מיתוג באזור זה, שהופעל בין השנים 1999-2000 (עם תקופת פעולה של יותר מ-12 שנים, זרם מכוון מתוכנן של 630A, וזרם פעיל בעיקר ≤ 300A), עבר תקלות דומות רבות, מה שמאיים על הפעולה הנאמנה של הרשת החשמלית.

2. עקרון העבודה של מיתוגי עומס פנאומיים

מיתוג המעגל הפנאומי נקרא כך בשל מצויד במיתוג עומס פנאומי. מוט מגע התנועה שלו גם משמש כצינור אוויר - מבנה ריק שמכיל "מפלט" מושלם, שנוהג על ידי ציר הראשי כדי להגשים את התנועה הליניארית של סגירה ופתיחה. בעת פתיחה, המפלט מדחס במהירות את האוויר בתוך מוט מגע התנועה (צינור האוויר), והאוויר המדוכס מופל לעבר הארק שנוצר מהתפצלות מגעי הכיבוי העמידים לארק דרך הנזלת פלסטיק עמידה לארק בראש, מכבה את הארק על ידי מתיחתו; זרימת האוויר מהירה מחזירה במהירות את עוצמת ההבודד של החומר בנקודת הפרדה, למנוע את הדלקת מחדש של הארק.

בשל יכולת מוגבלת של המיתוג לנתק זרמים פגועים (מתאים רק למערכות מתחת ל-35kV), ננקטה תוכנית עיצוב של "הפרדת אלמנט ההעברה מאלמנט הדלקת הארק":

• אלמנט ההעברה: מגעים בצורת שזיפים של נחושת + מוט מעביר, אחראי להעברת זרם;

• אלמנט הדלקת הארק: מוט דלקת ארק של אלLOY נחושת-טונגסטן + טבעת דלקת ארק, מיועד במיוחד לדלקת וכיבוי ארק.

בעת פתיחה, לפני כל דבר, פני השטח החיצוניים של מוט מגע התנועה מתפצלים ממגעיהם הקבועים, ולאחר מכן הטבעת הדלקת הארק מתפצלת ממוט הדלקת הארק. הארק מוגבל לשרוף בין רכיבי הדלקת הארק, כדי למנוע נזק למגעיהם העיקריים; מוט מגע התנועה והטרמינל התחתון מחוברים באמצעות מגעי שזיפים כדי להבטיח מעבר חשמלי.

3. ניתוח מעמיק של גורמי התקלה
(1) חקירה ראשונית (גורמים חיצוניים)

הזרם המכוון המתוכנן עבור סוג המיתוג הזה הוא 630A, אך הנתונים מהפניה מראים כי הזרם הפועל של המיתוג היוצא מהתחנת המשאבים הוא 283A, והזרם התיאורטי העובר דרך המיתוג לאורך הדרך הוא ≤ 283A. בשילוב עם הסביבה במקום (מזג אוויר בהיר, ללא הזיהום על גוף המיתוג), ניתן להוציא באופן ישיר גורמים חיצוניים כגון זרם מוגבר, מתח מוגבר, ופליטת זיהום, והתקלה מיוחסת לקוויות מיתוג עצמן.

(2) פירוק ובדיקה לאימות

לאחר פירוק המיתוג המתקל, מניחים בהתחלה כי "מגע גרוע בין מגעי התנועה למגעיהם הקבועים גורם לחימום ולשריפה", אך לא ניתן להגיע למסקנה מכרעת עקב נזק כבד למיתוג. לכן, מתבצעת דגימה בדיקה על אותו סוג של מיתוגי פעולה:

• עמידות במתח ונגד מסלול: רמת העמידות במתח היא כשרה, ונגד המסלול הוא 114μΩ (מתאם לכללי הטכנולוגיה);

• מבחן עלייה בטמפרטורה: נתוני המבחן של עלייה בזרם במשך 30 דקות (טבלה 1) מראים כי עלייה בטמפרטורה מגיעה ל-84.2℃ ב-400A ועד לרמה גבוהה של 133.1℃ ב-630A, מרחק רב מהתקן הלאומי לשיפוט יציבות של "עלייה בטמפרטורה ≤ 1K תוך שעה אחת או ≤ 2K תוך שלוש שעות".

(3) זיהוי גורמים בסיסיים

בדיקות מקיפות ואנליזה מבנית מראות כי התקלה נובעת מאישוש של מערכת המגע, בצורה מפורטת:

• כוח קפיץ חסר: אינו יכול לכווץ בצורה יעילה את מגעי השזיפים, מה שגורם להתדרדרות של "מגע פני שטח" בין מגעי השזיפים למוט מגע התנועה ל"מגע קו", וירידה חדה בשטח המגע;

• פגמים במדוייקת עיבוד: חוסר דיוק בעיבוד פני השטח הארקיים/השטוחים של מגעי השזיפים מחריף מגע גרוע;

• מחזור זיהום: מגעי השזיפים ומוט מגע התנועה חשופים לאוויר, וזיהום מוביל לעליה בהתנגדות המגע → חימום מוגבר → דעיכה נוספת בכוח הקפיץ → תוצאה גרועה יותר של מגע, בסופו של דבר גורם לקצר ארק של יוניזציה אווירית ונתק קו.

4. טרנספורמציה ואופטימיזציה של הציוד
(1) שדרוג תהליך: שליטה מדוייקת באיכות המגע

נוכח הבעיה המרכזית של "מגע גרוע", נעשות שיפורים מצדם של החומר והעיבוד:

• בחירה של קפיצים: אימוץ קפיצים בעלי עמידות גבוהה לfatigue כדי להבטיח כוח קפיץ יציב לאורך חיי העיצוב (כולל מצב של יצירת והפרדת הזרם המכוון), למנוע בעיות מגע כתוצאה מתקלות בקפיצים;

• עיבוד מגעי שזיפים: שליטה מדוקדקת בעיבוד הדיוק של פני השטח הארקיים והשטוחים של מגעי השזיפים כדי להבטיח התאמה מלאה עם פני השטח הארקיים של מוט מגע התנועה, להסיר את הסיכונים של מגע קו/נקודה, ולהבטיח יכולת נשיאה של זרם ויעילות עלייה בטמפרטורה של המגע.

(2) אופטימיזציה של עיצוב: מעקב אחר מצב מלא תהליך

שילוב פונקציית "מעקב מקוון" לתוך תכנון המבנה של המיתוג כדי להגשים מצב חזותי:

• חלון מדידת טמפרטורה וחיישן: הגדרת חלון מדידת טמפרטורה נוח, התקנת חיישן טמפרטורה במגע הקבוע, והצגת טמפרטורת חלק המגע בתוך המיתוג בזמן אמת באמצעות המכשיר בלוח;

• хранение данных и раннее предупреждение: конфигурация оборудования для хранения данных. Даже если оборудование стареет, аномальные ситуации можно заранее определить через анализ данных, запуская процесс замены и обслуживания, переходя от пассивного ремонта к активному управлению и обслуживанию.

(3)ngthening of Operation and Maintenance: Dynamic Defect Treatment

For the equipment in operation, optimize the operation and maintenance methods:

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

• Normalization of partial discharge testing: Carry out partial discharge testing of the switchgear during peak load periods to capture insulation defects in advance and avoid the expansion of faults.

5. Application Scenarios and Development Suggestions

With the increase in electricity consumption, the main lines of the distribution network are upgraded to large - cross - section cables of 300 - 400㎡, and the capacity of substations continues to grow. The shortcomings of insufficient breaking capacity and vulnerable contacts of pneumatic switchgear are becoming increasingly prominent. It is recommended that:

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

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

• Value continuation: After the transformation of “process upgrade + online monitoring”, the pneumatic load switchgear can continue to serve terminal load scenarios and exert its residual value.