Analiza grešaka kratkog spoja 10kV prekidnika opterećenja s potisnim mehanizmom

1. Pregled greške

U lipnju 2013. godine, dogodila se greška u visokonaponskom prekidaču u nekom gradska području, uzrokujući ispadanje linije na 10 kV. Na mjestu istraživanja otkriveno je da je grešni prekidač bio pneumatički prstenast visokonaponski prekidač (tip HXGN2-10), a karakteristika greške bila je trofazni luk kratak spoj. Nakon izolacije greške i obnovljene snabdjeve strujom korisnicima, treba napomenuti da je isti tip prekidača u ovom području, koji je upotrijebljen između 1999. i 2000. godine (s razdobljem rada od više od 12 godina, projektiranim nominalnim strujom od 630 A i stvarnom radnom strujom uglavnom ≤ 300 A), doživio slične greške mnogo puta, pri čemu predstavlja prijetnju pouzdanom radu elektroprivrede.

2. Radni princip pneumatičkih prekidača

Pneumatički prstenasti ormarić dobiva ime po tome što je opremljen pneumatičkim prekidačem. Njegov pokretan kontakt također služi kao zrakoplov - prazna struktura sadrži zapečaćen “piston”, koji se pomicom glavnog vratila ostvaruje linearni pokret zatvaranja i otvaranja. Pri otvaranju, piston brzo komprimiruje zrak unutar pokretanog kontakta (zrakoplova), a komprimirani zrak se pušta prema luku generiranom odvojavanjem arkugonskih kontakata kroz plastičnu dušicu otpornu na lukove na vrhu, gasi luk proširenjem; brzi protok zraka brzo obnavlja dielektričnu čvrstoću medija na presjeku, sprečavajući ponovno zapaljivanje luka.

Zbog ograničene sposobnosti prekidača da prekida struja greške (primjenjivo samo za sustave ispod 35 kV), usvajena je dizajnerska shema "odvajanja provodnog elementa od arkugonskog elementa":

• Provodni element: Crvenokupreni šljivasto oblikovani kontakti + provodni štap, odgovoran za prenos struje;

• Arkugonski element: Leguran bakar-volfram arkugonski štap + arkugonsko prsten, posebno za zapaljivanje i gasenje luka.

Pri otvaranju, vanjska površina pokretanog kontaktnog štapa prvo se odvoji od statičnih kontaktnih prstiju, a zatim arkugonsko prsten od arkugonskog štapa. Luk se ograničava na sagorijevanje između arkugonskih komponenti, izbjegavajući oštećenje glavnih kontakata; pokretan kontakt i donji terminal su povezani šljivasto oblikovanim kontaktima kako bi se osigurala električna provodnost.

3. Duboka analiza uzroka grešaka
(1) Početno istraživanje (vanjski faktori)

Projektirana nominalna struja ovog tipa prekidača je 630 A, ali podaci o rasporedu pokazuju da je radna struja izlaznog prekidača podstacionice 283 A, a teorijska struja koja prođe kroz prekidač na putu je ≤ 283 A. U kombinaciji s okruženjem na mjestu (sunčano vrijeme, bez zagađenja na tijelu ormarića), vanjski faktori poput previsoke struje, previsokog napon i zagađenja crtanja se mogu izravno isključiti, a greška se pripisuje nedostacima samog prekidača.

(2) Demontiranje i testiranje

Nakon demontiranja grešnog ormarića, prvobitno se pretpostavlja da “loš kontakt između pokretanog i statičnog kontakta dovodi do zagrijavanja i sagorijevanja”, ali definitivni zaključak se ne može donijeti zbog teškog oštećenja ormarića. Stoga se provodi uzorkovanje i kontrola na istom tipu prekidača u upotrebi:

• Izdržljivost na napona i otpornost petlje: Razine izdržljivosti na napona su zadovoljavajuće, a otpornost petlje je 114 μΩ (u skladu s tehničkim propisima);

• Test na povišenje temperature: Podaci 30-minutnog testa na povišenje struje (Tablica 1) pokazuju da se temperatura povećava na 84,2°C na 400 A, a na 630 A čak i na 133,1°C, daleko nadmašujući nacionalni standard stabilnog sudželovanja "povišenje temperature ≤ 1 K unutar 1 sata ili ≤ 2 K unutar 3 sata".

(3) Identifikacija temeljnih uzroka

Kompleksno testiranje i strukturna analiza pokazuju da greška potječe od neuspjeha kontaktnog sustava, konkretno manifestirana kao:

• Nedostatak sile svirača: Ne može efektivno skupiti šljivasto oblikovane kontaktne prste, što rezultira deteriorenacijom "površinskog kontakta" između kontaktnih prstiju i pokretanog kontaktnog štapa u "linijski kontakt", uz oštroumanjenje površine kontakta;

• Defekti u preciznosti obrade: Nedostatak preciznosti u obradi arkusne/plosne površine šljivasto oblikovanih kontaktnih prstiju pogoršava loš kontakt;

• Oxidacijski zao krug: Kontaktne prste i pokretan kontaktni štap su izloženi zraku, a oksidacija dovodi do povećanja otpornosti kontakta → povećanje zagrijavanja → daljnja slaba sile svirača → gori kontakt, konačno uzrokujući ionizacijski luk kratak spoj i ispadanje linije.

4. Transformacija opreme i optimizacijska rješenja
(1) Unapređenje procesa: Precizno upravljanje kvalitetom kontakta

S ciljem rješavanja ključnog problema "loš kontakt", unapređenja su učinjena s materijalne i obradne strane:

• Izbor svirača: Uvođenje svirača s visokom otpornošću na umor kako bi se osigurala stabilna sila svirača unutar projektiranog životnog vijeka (uključujući uvjete postavljanja i prekidanja nominalne struje), izbjegavajući probleme kontakta uzrokovane neuspjehom svirača;

• Obrada kontaktne prste: Strog kontrola preciznosti obrade arkusne i plosne površine šljivasto oblikovanih kontaktnih prstiju kako bi se osigurala potpuna prilagodba cijevastoj arkusnoj površini pokretanog kontaktnog štapa, eliminirajući skrivena opasna mesta linijskog/tačkastog kontakta, i osiguravajući kapacitet prijenosa struje i usklađenost povišenja temperature kontakata.

(2) Dizajnerska optimizacija: Slijedna nadzorna funkcija

Integracija "online nadzora" u dizajn ormarića kako bi se omogućilo vizualno praćenje stanja:

• Prozor i senzor za mjerenje temperature: Postavljanje praktičnog prozora za mjerenje temperature, instalacija senzora temperature na statičnom kontaktu, i prikaz temperature dijela kontakta unutar ormarića u stvarnom vremenu putem panelnog instrumenta;

• Pohrana podataka i upozorenja: Konfiguracija opreme za pohranu podataka kako bi se zabilježili podaci o radu. Čak i ako se oprema stari, anormalne situacije se mogu prepoznati unaprijed putem analize podataka, pokrećući postupak zamjene i održavanja, prelazeći s pasivne popravke na aktivno održavanje.

(3) Jačanje održavanja: Dinamičko tretiranje defekata

Za opremu u upotrebi, optimizirane su metode održavanja:

• Transformacija prozora za promatranje: Promjena fiksnog prozora za promatranje u pomični kako bi se olakšalo praćenje temperature unutar ormarića;

• Normalizacija djelomičnog ispitivanja ispuštanja: Provoditi djelomično ispitivanje ispuštanja prekidača tijekom vrha opterećenja kako bi se unaprijed uhvatili defekti izolacije i spriječeno proširenje grešaka.

5. Primjene i preporuke za razvoj

S porastom potrošnje struje, glavne linije distribucijske mreže ažuriraju se na velike presječne kabelske kablove od 300-400 m², a kapacitet podstacionica nastavlja rasti. Nedostaci pneumatskog prekidača, kao što su nedovoljna kapacitet prekida i osjetljivi kontakti, postaju sve očitiji. Preporučuje se:

• Prilagodba scenarija: Isključiti primjenu u prstenastim mrežama i prebaciti se na visokonaponsku distribuciju u terminalnim transformatorima (s kapacitetom transformatora ≤ 630 kVA), iskoristivši njegove prednosti "jednostavne strukture i niske cijene";

• Tehnološka iteracija: Za prstenaste mreže, prioritetno birati prekidače s većom pouzdanosti i jačom kapacitetom prekida (poput vakuumskih prekidača) kako bi se ispunuili zahtjevi automatizacije distribucijske mreže i visoka pouzdanost;

• Nastavak vrijednosti: Nakon transformacije "unapređenja procesa + online nadzora", pneumatički prekidač može nastaviti služiti terminalnim scenarijima opterećenja i iskoristiti svoju ostalnu vrijednost.