Analisi dei guasti da cortocircuito dell'interruttore a soffione per carichi a 10kV
1. Panoramica del guasto
Nel giugno 2013, si è verificato un guasto in un apparato di interruttore ad alta tensione in funzione in una certa zona urbana, causando il trip di una linea a 10kV. L'indagine sul posto ha rivelato che l'apparato difettoso era un armadio anello ad alta tensione con interruttore a carico pneumatico (tipo HXGN2-10), e la caratteristica del guasto era un cortocircuito ad arco trifase. Dopo l'isolamento del guasto e il ripristino dell'alimentazione agli utenti, si è notato che lo stesso tipo di apparato in questa zona, messo in servizio tra il 1999 e il 2000 (con un periodo di funzionamento superiore ai 12 anni, una corrente nominale progettata di 630A e una corrente operativa effettiva per lo più ≤ 300A), ha subito guasti simili molte volte, ponendo una minaccia alla affidabilità del funzionamento della rete elettrica.
2. Principio di funzionamento degli interruttori a carico pneumatici
L'armadio anello pneumatico prende il nome dall'essere equipaggiato con un interruttore a carico pneumatico. Il suo asta di contatto mobile funge anche da cilindro d'aria — la struttura cava contiene un "pistone" sigillato, che viene azionato dall'albero principale per realizzare il movimento lineare di chiusura e apertura. Durante l'apertura, il pistone comprime rapidamente l'aria nell'asta di contatto mobile (cilindro d'aria), e l'aria compressa viene soffiata verso l'arco generato dalla separazione dei contatti spegniarco attraverso la bocchetta in plastica resistente all'arco in cima, estinguendo l'arco allungandolo; il flusso d'aria ad alta velocità ripristina rapidamente la forza isolante del mezzo nel punto di rottura, impedendo la riaccesione dell'arco.
A causa della limitata capacità dell'interruttore di spegnere le correnti di guasto (applicabile solo a sistemi inferiori a 35kV), viene adottata una soluzione di progettazione di "separazione dell'elemento conduttore dall'elemento accendiarco":
Durante l'apertura, la superficie esterna dell'asta di contatto mobile si separa prima dalle dita di contatto statiche, e poi l'anello accendiarco si separa dalla barra accendiarco. L'arco è confinato a bruciare tra i componenti accendiarco, evitando danni ai contatti principali; l'asta di contatto mobile e il terminale inferiore sono collegati tramite dita di contatto a forma di prugna per garantire la conduzione elettrica.
3. Analisi approfondita delle cause del guasto
(1) Indagine preliminare (fattori esterni)
La corrente nominale progettata di questo tipo di interruttore è di 630A, ma i dati di smistamento mostrano che la corrente operativa dell'interruttore uscente della sottostazione è di 283A, e la corrente teorica che passa attraverso l'apparato lungo il percorso è ≤ 283A. Combinando l'ambiente sul posto (tempo sereno, nessuna inquinamento sul corpo dell'armadio), i fattori esterni come sovratensione, sovratensione e flashover da inquinamento possono essere esclusi direttamente, e il guasto viene attribuito ai difetti dell'apparato stesso.
(2) Smontaggio e verifica tramite test
Dopo lo smontaggio dell'armadio difettoso, si ipotizza inizialmente che "un cattivo contatto tra i contatti mobili e statici porti a surriscaldamento e bruciatura", ma non può essere tratta una conclusione definitiva a causa dei danni gravi all'armadio. Pertanto, vengono effettuate prove di campionamento su apparecchiature dello stesso tipo in funzione:
(3) Identificazione delle cause radicate
Test complessivi e analisi strutturale mostrano che il guasto origina dal fallimento del sistema di contatto, manifestandosi specificamente come:
4. Trasformazione e ottimizzazione delle soluzioni per l'equipaggiamento
(1) Aggiornamento del processo: controllo preciso della qualità del contatto
Mirando al problema centrale del "cattivo contatto", vengono apportate migliorie dalla parte dei materiali e della lavorazione:
Selezione delle molle: utilizzare molle con elevata resistenza alla fatica per garantire una forza di molla stabile entro la vita di progetto (inclusa la condizione di chiusura e apertura della corrente nominale), evitando problemi di contatto causati dal fallimento della molla;
Lavorazione delle dita di contatto: controllare rigorosamente la precisione di lavorazione della superficie d'arco e piana delle dita di contatto a forma di prugna per garantire un adattamento perfetto con la superficie d'arco cilindrica dell'asta di contatto mobile, eliminando i rischi di contatto lineare/puntiforme, e assicurando la capacità di portata e la conformità dell'aumento di temperatura dei contatti.
(2) Ottimizzazione del progetto: monitoraggio delle condizioni di tutto il processo
Integrare la funzione di "monitoraggio online" nel progetto strutturale dell'armadio per realizzare uno stato visuale:
Finestra e sonda di misurazione della temperatura: installare una finestra di misurazione della temperatura conveniente, installare una sonda di temperatura sul contatto statico, e visualizzare in tempo reale la temperatura della parte di contatto all'interno dell'armadio attraverso lo strumento del pannello;
Memoria dati e avviso: configurare dispositivi di memorizzazione per registrare i dati di funzionamento. Anche se l'equipaggiamento invecchia, le situazioni anomale possono essere identificate in anticipo attraverso l'analisi dei dati, attivando il processo di sostituzione e manutenzione, passando da una riparazione passiva a una manutenzione operativa attiva.
(3) Rafforzamento dell'esercizio e manutenzione: trattamento dinamico dei difetti
Per l'equipaggiamento in funzione, ottimizzare i metodi di esercizio e manutenzione:
5. Scenari di applicazione e suggerimenti per lo sviluppo
Con l'aumento del consumo di elettricità, le linee principali della rete di distribuzione vengono aggiornate a cavi a sezione larga di 300-400m², e la capacità delle sottostazioni continua a crescere. Le carenze di capacità di spegnimento insufficiente e contatti vulnerabili degli apparati pneumatici stanno diventando sempre più evidenti. Si consiglia:
