10kV पफर-टाइप लोड स्विच का शॉर्ट-सर्किट फ़ॉल्ट विश्लेषण

1. दोष का सारांश

जून 2013 में, एक निश्चित शहरी क्षेत्र में संचालन में एक उच्च-वोल्टता स्विचगियर में एक दोष हुआ, जिससे 10kV लाइन ट्रिप हो गई। ऑन-साइट जांच से पता चला कि दोषपूर्ण स्विचगियर एक प्न्यूमैटिक रिंग-नेटवर्क उच्च-वोल्टता लोड स्विचगियर (HXGN2-10 प्रकार) था, और दोष की विशेषता एक त्रिफासीय आर्क शॉर्ट सर्किट थी। दोष को अलग करने और उपभोक्ताओं को बिजली की आपूर्ति वापस करने के बाद, ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस क्षेत्र में इसी प्रकार का स्विचगियर, जो 1999 से 2000 के बीच संचालन में लाया गया था (12 से अधिक वर्षों की संचालन अवधि, 630A की डिज़ाइन निर्धारित धारा, और वास्तविक संचालन धारा अधिकतर ≤ 300A), कई बार समान दोषों से गुजरा है, जो बिजली ग्रिड के विश्वसनीय संचालन के लिए खतरा पैदा करता है।

2. प्न्यूमैटिक लोड स्विचों का कार्य तंत्र

प्न्यूमैटिक रिंग-नेटवर्क कैबिनेट को एक प्न्यूमैटिक लोड स्विच से सुसज्जित होने के कारण नाम दिया गया है। इसका गतिशील संपर्क छड़ भी एक एयर सिलेंडर का कार्य करता है - खोखली संरचना में एक बंद "पिस्टन" होता है, जो मुख्य धुरी द्वारा चालित होकर बंद और खुलने की रेखीय गति को संभव बनाता है। खुलने पर, पिस्टन गतिशील संपर्क छड़ (एयर सिलेंडर) में हवा को तेजी से संपीड़ित करता है, और संपीड़ित हवा आर्क-निरोधी प्लास्टिक नोजल के माध्यम से आर्क-नाशक संपर्कों के अलग होने से उत्पन्न होने वाले आर्क की ओर ब्लास्ट की जाती है, आर्क को खिंचाव द्वारा नष्ट करती है; उच्च-गति का हवा का प्रवाह तेजी से टुकड़े होने के स्थान पर माध्यम की इन्सुलेशन शक्ति को वापस स्थापित करता है, आर्क के पुनः जलने से रोकता है।

स्विच की दोष धारा को टोड़ने की सीमित क्षमता (केवल 35kV से नीचे की प्रणालियों के लिए योग्य) के कारण, "संचार तत्व को आर्क-उत्पादक तत्व से अलग करने" की डिज़ाइन योजना का उपयोग किया जाता है:

• संचार तत्व: लाल तांबा की आम के फूल जैसी संपर्क अंगुलिय + संचार छड़, धारा संचार के लिए जिम्मेदार;

• आर्क-उत्पादक तत्व: तांबा-टंगस्टन गठजोड़ आर्क-उत्पादक छड़ + आर्क-उत्पादक वलय, विशेष रूप से आर्क के उत्पादन और नाश के लिए।

खुलने पर, गतिशील संपर्क छड़ का बाहरी सतह पहले निश्चित संपर्क अंगुलियों से अलग हो जाता है, और फिर आर्क-उत्पादक वलय आर्क-उत्पादक छड़ से अलग हो जाता है। आर्क को आर्क-उत्पादक घटकों के बीच जलने की सीमा रखी जाती है, मुख्य संपर्कों को क्षति से बचाती है; गतिशील संपर्क छड़ और निचले टर्मिनल को आम के फूल जैसी संपर्क अंगुलियों द्वारा जोड़ा जाता है ताकि विद्युत संचार सुनिश्चित किया जा सके।

3. दोष के कारणों का गहन विश्लेषण
(1) प्रारंभिक जांच (बाहरी कारक)

इस प्रकार के स्विच की डिज़ाइन निर्धारित धारा 630A है, लेकिन डिस्पैचिंग डेटा दिखाता है कि सबस्टेशन के आउटगोइंग स्विच की संचालन धारा 283A है, और रास्ते में स्विचगियर के माध्यम से गुजरने वाली सैद्धांतिक धारा ≤ 283A है। ऑन-साइट परिवेश (सुनहरा मौसम, कैबिनेट शरीर पर कोई प्रदूषण नहीं) के संयोजन के साथ, ओवर-करंट, ओवर-वोल्टेज, और प्रदूषण फ्लैशओवर जैसे बाहरी कारकों को सीधे छोड़ा जा सकता है, और दोष स्विचगियर के स्वयं के दोषों का दायित्व दिया जाता है।

(2) विघटन और परीक्षण सत्यापन

दोषपूर्ण कैबिनेट को विघटित करने के बाद, प्रारंभिक अनुमान लगाया जाता है कि "गतिशील और निश्चित संपर्कों के बीच खराब संपर्क से गर्मी और जलन होती है", लेकिन कैबिनेट की गंभीर क्षति के कारण निश्चित निष्कर्ष नहीं निकाला जा सकता। इसलिए, संचालन में इसी प्रकार के स्विचगियर पर नमूना परीक्षण किया जाता है:

• सहनशीलता और लूप प्रतिरोध: सहनशीलता स्तर योग्य है, और लूप प्रतिरोध 114μΩ (तकनीकी नियमों के अनुसार);

• तापमान उत्थान परीक्षण: 30-मिनट की धारा-बढ़त परीक्षण डेटा (तालिका 1) दिखाता है कि 400A पर तापमान उत्थान 84.2℃ और 630A पर 133.1℃ तक पहुंच जाता है, जो राष्ट्रीय मानक "1 घंटे में तापमान उत्थान ≤ 1K या 3 घंटे में ≤ 2K" से बहुत ऊपर है।

(3) मूल कारणों की पहचान

समग्र परीक्षण और संरचनात्मक विश्लेषण दिखाता है कि दोष संपर्क प्रणाली की विफलता से उत्पन्न होता है, विशेष रूप से इस प्रकार प्रकट होता है:

• स्प्रिंग बल की कमी: यह आम के फूल जैसी संपर्क अंगुलियों को प्रभावी रूप से संकुचित नहीं कर सकता, जिससे संपर्क अंगुलियों और गतिशील संपर्क छड़ के बीच का "सतह संपर्क" "रेखा संपर्क" में बदल जाता है, और संपर्क क्षेत्र में तीव्र गिरावट आती है;

• प्रक्रिया शुद्धता की कमी: आम के फूल जैसी संपर्क अंगुलियों के आर्क सतह/समतल प्रक्रिया में शुद्धता की कमी से खराब संपर्क बढ़ जाता है;

• ऑक्सीकरण की दुष्प्रवृत्त चक्र: संपर्क अंगुलियाँ और गतिशील संपर्क छड़ हवा में खुले होते हैं, और ऑक्सीकरण से संपर्क प्रतिरोध बढ़ता है → गर्मी बढ़ती है → स्प्रिंग तनाव और भी कम होता जाता है → संपर्क प्रभाव और भी खराब होता जाता है, अंततः वायु आयनीकरण आर्क शॉर्ट सर्किट और लाइन ट्रिप होता है।

4. उपकरण का रूपांतरण और अनुकूलन समाधान
(1) प्रक्रिया अपग्रेड: संपर्क गुणवत्ता का सटीक नियंत्रण

"खराब संपर्क" के मुख्य समस्या के लिए, सामग्री और प्रक्रिया के सिरे से सुधार किया जाता है:

• स्प्रिंग चयन: उच्च थकान प्रतिरोधी स्प्रिंगों का उपयोग करें ताकि डिज़ाइन जीवनकाल (निर्धारित धारा के बनाने और टोड़ने की स्थिति सहित) के दौरान स्थिर स्प्रिंग बल सुनिश्चित हो, स्प्रिंग विफलता से उत्पन्न संपर्क समस्याओं से बचा जा सके;

• संपर्क अंगुलियों की प्रक्रिया: आम के फूल जैसी संपर्क अंगुलियों के आर्क सतह और समतल की प्रक्रिया शुद्धता का सख्त नियंत्रण करें ताकि गतिशील संपर्क छड़ के बेलनाकार आर्क सतह के साथ पूर्ण फिटिंग सुनिश्चित हो, रेखा संपर्क/बिंदु संपर्क की छिपी हुई खतरों को दूर करें, और संपर्कों की धारा वहन क्षमता और तापमान उत्थान की योग्यता सुनिश्चित करें।

(2) डिज़ाइन अनुकूलन: पूर्ण-प्रक्रिया स्थिति निगरानी

"ऑनलाइन निगरानी" कार्यक्षमता को कैबिनेट संरचना डिज़ाइन में एकीकृत करें ताकि दृश्य स्थिति संभव हो:

• तापमान मापन विंडो और प्रोब: सुविधाजनक तापमान मापन विंडो सेट करें, निश्चित संपर्क पर तापमान प्रोब लगाएं, और पैनल इंस्ट्रूमेंट के माध्यम से कैबिनेट के अंदर संपर्क भाग का तापमान वास्तविक समय में प्रदर्शित करें;

• डेटा स्टोरेज और पूर्व सूचना: ऑपरेटिंग डेटा को रिकॉर्ड करने के लिए स्टोरेज उपकरण को कन्फ़िगर करें। भले ही उपकरण पुराना हो, डेटा विश्लेषण के माध्यम से पहले से ही असामान्य स्थितियाँ पहचानी जा सकती हैं, जो रिप्लेसमेंट और रखरखाव की प्रक्रिया को ट्रिगर करती है, पसिव रिपेयर से सक्रिय ऑपरेशन और मेंटेनेंस की ओर बदल जाता है।

(3) ऑपरेशन और मेंटेनेंस में मजबूती: गतिशील दोष उपचार

संचालन में उपकरणों के लिए, ऑपरेशन और मेंटेनेंस तरीकों को अनुकूलित करें:

• दर्शन विंडो का रूपांतरण: निश्चित दर्शन विंडो को गतिशील विंडो में बदलें ताकि कैबिनेट के अंदर तापमान निगरानी सुविधाजनक हो;

• आंशिक डिस्चार्ज परीक्षण का सामान्यीकरण: पीक लोड काल में स्विचगियर के आंशिक डिस्चार्ज परीक्षण करें ताकि पहले से ही इन्सुलेशन दोष पकड़े जा सकें और दोषों के विस्तार से बचा जा सके।

5. अनुप्रयोग स्थितियाँ और विकास सुझाव

बिजली की खपत में वृद्धि के साथ, वितरण नेटवर्क की मुख्य लाइनों को 300-400㎡ के बड़े क्रॉस-सेक्शन केबलों में अपग्रेड किया जाता है, और सबस्टेशनों की क्षमता लगातार बढ़ती रहती है। प्न्यूमैटिक स्विचगियर की कम टोड़ने की क्षमता और खराब संपर्कों की कमियाँ दिखाई दे रही हैं। सिफारिश की जाती है कि:

• स्थिति समायोजन: लाइन रिंग-नेटवर्क अनुप्रयोगों से हटकर उच्च-वोल्टता वितरण में टर्मिनल ट्रांसफॉर्मर क्षेत्रों (ट्रांसफॉर्मर की क्षमता ≤ 630kVA) में स्विच करें, इसकी "सरल संरचना और कम लागत" की फायदे उठाएं;

• तकनीकी पुनरावलोकन: लाइन रिंग-नेटवर्क स्थितियों के लिए, उच्च विश्वसनीयता और अधिक टोड़ने की क्षमता वाले स्विचगियर (जैसे वैक्यूम लोड स्विच) को प्राथमिकता दें, वितरण नेटवर्क ऑटोमेशन और उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए;

• मूल्य निरंतरता: "प्रक्रिया अपग्रेड + ऑनलाइन निगरानी" के रूपांतरण के बाद, प्न्यूमैटिक लोड स्विचगियर टर्मिनल लोड स्थितियों में सेवा देता रह सकता है और अपने अवशिष्ट मूल्य का उपयोग कर सकता है।