Анализа на кратко поврзување на превключувачот за опсег од 10кВ тип потиснички

1. Преглед на грешката

В јуни 2013 година, во една од областите се појавила грешка во високонапоен преклопувачки апарат, што доведе до изклучување на линија од 10кВ. Исследувањето на местото покажа дека грешниот апарат беше пневматски прстенов тип на високонапоен преклопувачки апарат (тип HXGN2 - 10), и карактеристиката на грешката беше трофејска дугска кратка поврзувања. Последно, по изолација на грешката и враќање на електричната дистрибуција, треба да се забележи дека ист тип на апарати во оваа област, кои биле поставени во функција меѓу 1999 и 2000 година (со период на работа над 12 години, проектуван номинален строј од 630А, и актуелен работен строј најчесто ≤ 300А), често испремале со слични грешки, што го заплашуваше надежното функционирање на мрежата.

2. Принцип на работа на пневматските преклопувачки апарати

Пневматскиот прстенов шкаф е наречен така затоа што е опремен со пневматски преклопувачки апарат. Нивниот подвижни контактни стабилак исто така функционира како цилиндар —— празната структура содржи герметизиран “пистон”, кој е задвижуван од главната оска за да се реализира линеарното движење на затворување и отворање. При отворање, пистонот брзо компресира воздухот во подвижниот контактни стабилак (цилиндар), и компресираниот воздух се издува кон дугата генерирана од раздвојувањето на контакти за угаснување на дуга преку отпорен пластичен насочник на врв, што ја угаснува дугата со ја протегнувајќи; брзото течење на воздухот брзо враќа диелектричната сила на средината на прекидот, спречувајќи повторно загорнување на дугата.

Затоа што способноста на преклопувачкиот апарат да преклопува грешки во стројот (само применима за системи под 35кВ) е ограничена, се применува дизајн-шема на “разделување на проводлив елемент од елементот за изгарување на дуга”:

• Проводлив елемент: Плумастообразни контактни прстени од црвено медиум + проводлив стабилак, одговорен за пренос на строј;

• Елемент за изгарување на дуга: Легура од мед-тунгстен аллој + прстен за изгарување на дуга, специјално за изгарување и угаснување на дуга.

При отворање, надворешната површина на подвижниот контактни стабилак се прво раздвојува од статичните контактни прстени, а потоа прстенот за изгарување на дуга се раздвојува од стабилакот за изгарување на дуга. Дугата е ограничена да гори помеѓу компонентите за изгарување на дуга, спречувајќи повредување на главните контакти; подвижниот контактни стабилак и долниот терминал се поврзани со плумастообразни контактни прстени за да се осигура електрична проводливост.

3. Подробна анализа на причините за грешката
(1) Прецизна проучувања (екстерни фактори)

Проектуваниот номинален строј на овој тип преклопувачки апарат е 630А, но податоците од диспечерството покажуваат дека работниот строј на излезниот преклопувачки апарат на подстанцијата е 283А, и теоретскиот строј кој минува низ преклопувачкиот апарат по патот е ≤ 283А. Со комбинирање на околината на местото (светло време, без замурлување на телото на шкафот), екстерни фактори како претекот, прекомерна напонска височина и замурлување можат директно да се елиминираат, и грешката се припишува на дефекти на самата опрема.

(2) Разбирање и тестiranje

После разбирање на грешниот шкаф, прво се предполага дека „лош контакт помеѓу подвижните и статични контакти доведе до прегревање и горење“, но не може да се изведе одлучна заклучна поради сериозна повреда на шкафот. Затоа, се извршува узоркова детекција на истиот тип преклопувачки апарат во функција:

• Издржливост на напон и обиколна резистенција: Нивото на издржливост на напон е квалификувано, а обиколната резистенција е 114μΩ (соодветна техничким регулацијам);

• Тест на температурско повишување: Податоците од 30-минутниот тест со повишување на стројот (Табела 1) покажуваат дека температурското повишување достигнува 84.2℃ при 400А и колку што 133.1℃ при 630А, далеку наднационалната стандардна оценка за стабилна пресуда на „температурско повишување ≤ 1K во рамки на 1 час или ≤ 2K во рамки на 3 часа“.

(3) Идентификација на основни причини

Комплексното тестирање и структурна анализа покажуваат дека грешката произлегува од недостаток на контактниот систем, конкретно се изразува како:

• Недостаток на притисок на пружината: Не може ефективно да се контрактира плумастообразният контактен прстен, што доведува до деградација на „површинскиот контакт“ помеѓу контактните прстени и подвижниот контактни стабилак во „линеарен контакт“, со значително намалување на контактната површина;

• Дефекти во прецизноста на обработка: Недостаток на прецизност во обработката на дуговите/равнини на плумастообразните контактни прстени зголемува лошиот контакт;

• Оксидативен злокачествен циклус: Контактните прстени и подвижниот контактни стабилак се изложени на воздух, и оксидацијата доведува до зголемување на контактната резистенција → зголемување на нагревањето → дополнително слабеење на пружинскиот притисок → посрамен ефект на контакт, што на крај доведува до ионизација на воздухот и дугска кратка поврзувања, со изклучување на линијата.

4. Трансформација и оптимизација на опремата
(1) Унапредување на процесот: Прецизна контрола на качеството на контактите

Со фокус на основниот проблем на „лош контакт“, се прават подобрувања од страна на материјалите и обработката:

• Избор на пружини: Се користат пружини со висока отпорност на умора за да се осигура стабилен пружински притисок во текот на проектуваниот живот (вклучувајќи условите на поврзување и преклопување на номиналниот строј), спречувајќи проблеми со контакт поради неуспех на пружините;

• Обработка на контактните прстени: Строго се контролира прецизната обработка на дуговите и равнините на плумастообразните контактни прстени за да се осигура целосна прилагодливост со цилиндричната дугова површина на подвижниот контактни стабилак, елиминирајќи скриени опасности од линеарен контакт/тачка контакт, и осигурувајќи капацитетот за пренос на строј и споредба на температурското повишување на контактите.

(2) Оптимизација на дизајн: Мониторинг на состојбата во целосен процес

Се интегрира функцијата за „онлајн мониторинг“ во дизајнот на структурата на шкафот за да се осигура визуелна состојба:

• Прозорец за мерене на температурата и сонда: Се поставува удобен прозорец за мерене на температурата, се инсталира сонда за температура на статичниот контакт, и се прикажува температурата на контактната дел во шкафот во реално време преку панелски инструмент;

• Складирање на податоци и предупредување: Се конфигурира опрема за складирање на податоци за да се записуваат оперативни податоци. Дури и ако опремата старее, преку анализата на податоци можат да се идентификуваат аномалии зарано, што активира процесот на замена и одржување, преминувајќи од пасивно поправување на активно управување и одржување.

(3) Јачање на управувањето и одржувањето: Динамичко третман на дефекти

За опремата во функција, се оптимизираат методите за управување и одржување:

• Трансформација на прозорецот за набљудување: Фиксниот прозорец за набљудување се менува во подвижен за да се обезбеди лесно следење на температурата во шкафот;

• Нормализација на тестовите за делково испуштање: Се извршуваат тестови за делково испуштање на преклопувачкиот апарат во периоди на висок строј, за да се препознаат дефекти на изолацијата зарано и да се спречи ширењето на грешките.

5. Сценарија за применување и препораки за развој

Со зголемувањето на потрошувачката на електричество, главните линии на распределбата се ажурираат до големи пресечни кабели од 300-400м², а капацитетот на подстанциите продолжува да расте. Недостатоците на недостаточен преклопувачки капацитет и чувствителни контакти на пневматските преклопувачки апарати стануваат все појавидни. Се препорачува:

• Промена на сценарија: Излез од линијски прстенови и премин на високонапоена распределба во терминални трансформаторски области (со капацитет на трансформаторот ≤ 630кVA), користејќи нивните предности на „едноставна структура и ниска цена“;

• Итерација на технологијата: За линијски прстенови, се даде првенство на изборот на преклопувачки апарати со повисок надеженост и појак преклопувачки капацитет (како на пример вакуумски преклопувачки апарати) за да се задоволат барањата на автоматизација на распределбата и висок надеженост;

• Наставување на вредноста: По трансформацијата на „унапредување на процесот + онлајн мониторинг“, пневматскиот преклопувачки апарат може да продолжи да служи во терминални области на терет и да исцеди својата остаточна вредност.