Analisis Kerosakan Rangkaian Pendek bagi Peralatan Beban Jenis Puffer 10kV

1. Gambaran Kesalahan

Pada bulan Jun 2013, satu kesalahan berlaku pada peralatan pemutus voltan tinggi yang sedang beroperasi di suatu kawasan bandar, menyebabkan litar 10kV terputus. Penyelidikan di tapak menunjukkan bahawa peralatan pemutus yang rosak adalah pemutus beban voltan tinggi jaringan cincin pneumatik (HXGN2-10), dan ciri kesalahan tersebut adalah pendek sambungan lengkok tiga fasa. Selepas kesalahan itu dipisahkan dan bekalan kuasa kepada pengguna dipulihkan, perlu diperhatikan bahawa peralatan sejenis yang sama di kawasan ini, yang dimasukkan ke dalam operasi antara tahun 1999 hingga 2000 (dengan tempoh operasi lebih dari 12 tahun, arus reka bentuk yang dirancang 630A, dan arus operasi sebenar kebanyakannya ≤ 300A), telah mengalami kesalahan serupa beberapa kali, membawa ancaman kepada operasi yang boleh dipercayai grid elektrik.

2. Prinsip Kerja Pemutus Beban Pneumatik

Kabinet jaringan cincin pneumatik dinamakan demikian kerana dilengkapi dengan pemutus beban pneumatik. Batang kontak geraknya juga berfungsi sebagai silinder udara - struktur rongga yang mengandungi “piston” yang tertutup rapat, yang digerakkan oleh poros utama untuk mewujudkan pergerakan linear penutupan dan pembukaan. Semasa dibuka, piston dengan cepat mampatkan udara dalam batang kontak gerak (silinder udara), dan udara yang mampat ditiup ke arah lengkok yang dihasilkan oleh pemisahan kontak pemadam lengkok melalui semburan plastik tahan lengkok di bagian atas, memadamkan lengkok dengan meregangkannya; aliran udara berkelajuan tinggi dengan cepat memulihkan kekuatan isolasi medium pada titik putus, mencegah lengkok dari menyala semula.

Oleh kerana kemampuan pemutus untuk memutus arus kesalahan yang terbatas (hanya sesuai untuk sistem di bawah 35kV), skema reka bentuk “pemisahan elemen konduktif dari elemen penyala lengkok” diadopsi:

• Elemen konduktif: Jari-jari kontak buah prem tembaga + batang konduktif, bertanggung jawab untuk transmisi arus;

• Elemen penyala lengkok: Batang penyala lengkok paduan tembaga-tungsten + cincin penyala lengkok, khusus untuk penyalaan dan pemadaman lengkok.

Semasa dibuka, permukaan luar batang kontak gerak terlebih dahulu terpisah dari jari-jari kontak statis, dan kemudian cincin penyala lengkok terpisah dari batang penyala lengkok. Lengkok dibatasi untuk membakar antara komponen penyala lengkok, mengelakkan kerusakan pada kontak utama; batang kontak gerak dan terminal bawah dihubungkan oleh jari-jari kontak buah prem untuk memastikan konduksi elektrik.

3. Analisis Mendalam Sebab-sebab Kesalahan
(1) Penyelidikan Awal (Faktor Eksternal)

Arus reka bentuk pemutus jenis ini adalah 630A, tetapi data penjadualan menunjukkan bahawa arus operasi pemutus keluar stesen adalah 283A, dan arus teoretis yang melewati peralatan pemutus sepanjang jalan adalah ≤ 283A. Dengan menggabungkan keadaan di tapak (cuaca cerah, tidak ada pencemaran pada badan kabinet), faktor eksternal seperti arus berlebihan, tegangan berlebihan, dan kilatan pencemaran dapat langsung dikecualikan, dan kesalahan dikaitkan dengan cacat peralatan pemutus itu sendiri.

(2) Pembongkaran dan Pengesahan Ujian

Setelah membongkar kabinet yang rosak, awalnya diduga bahwa “kontak buruk antara kontak gerak dan statis menyebabkan panas berlebihan dan terbakar”, tetapi kesimpulan pasti tidak dapat dibuat akibat kerusakan parah pada kabinet. Oleh itu, pemeriksaan sampel dilakukan pada peralatan pemutus sejenis yang sedang beroperasi:

• Tegangan tahanan dan rintangan lingkaran: Tahap tahanan tegangan layak, dan rintangan lingkaran 114μΩ (sesuai dengan peraturan teknikal);

• Ujian peningkatan suhu: Data ujian peningkatan arus selama 30 minit (Jadual 1) menunjukkan bahawa peningkatan suhu mencapai 84.2℃ pada 400A dan setinggi 133.1℃ pada 630A, jauh melebihi standard nasional untuk penilaian stabil “peningkatan suhu ≤ 1K dalam 1 jam atau ≤ 2K dalam 3 jam”.

(3) Identifikasi Sebab Utama

Pemeriksaan menyeluruh dan analisis struktur menunjukkan bahawa kesalahan berasal dari kegagalan sistem kontak, secara khusus ditunjukkan sebagai:

• Gaya pegas tidak mencukupi: Tidak dapat secara efektif mengkontrak jari-jari kontak buah prem, menyebabkan “kontak permukaan” antara jari-jari kontak dan batang kontak gerak menjadi “kontak garis”, dan penurunan tajam area kontak;

• Kekurangan ketepatan pemrosesan: Ketepatan pemrosesan permukaan lengkok/permukaan datar jari-jari kontak buah prem yang kurang memperburuk kontak yang buruk;

• Siklus oksidasi yang buruk: Jari-jari kontak dan batang kontak gerak terpapar udara, dan oksidasi menyebabkan peningkatan rintangan kontak → peningkatan pemanasan → pengurangan lebih lanjut ketegangan pegas → efek kontak yang lebih buruk, akhirnya menyebabkan ionisasi udara pendek sambungan lengkok dan putus litar.

4. Transformasi dan Penyelesaian Optimal Peranti
(1) Peningkatan Proses: Kawalan Tepat Kualiti Kontak

Menargetkan masalah inti “kontak buruk”, peningkatan dilakukan dari aspek bahan dan pemrosesan:

• Pilihan pegas: Menggunakan pegas dengan ketahanan keletihan tinggi untuk memastikan kekuatan pegas stabil dalam umur reka bentuk (termasuk kondisi membuat dan memutus arus yang dirancang), mengelakkan masalah kontak disebabkan oleh kegagalan pegas;

• Pemrosesan jari-jari kontak: Kawal ketat ketepatan pemrosesan permukaan lengkok dan datar jari-jari kontak buah prem untuk memastikan pas sempurna dengan permukaan lengkok silinder batang kontak gerak, menghilangkan bahaya kontak garis/titik, dan memastikan kapasitas muatan arus dan kenaikan suhu yang sesuai kontak.

(2) Optimasi Reka Bentuk: Pemantauan Keadaan Sepanjang Proses

Integrasikan fungsi “pemantauan online” ke dalam reka bentuk struktur kabinet untuk mewujudkan status visual:

• Tetingkap pengukuran suhu dan probe: Tetapkan tetingkap pengukuran suhu yang mudah, pasang probe suhu pada kontak statis, dan tampilkan suhu bagian kontak di dalam kabinet secara real-time melalui instrumen panel;

• Penyimpanan data dan peringatan awal: Konfigurasikan peralatan penyimpanan untuk merakam data operasi. Bahkan jika peralatan menua, situasi abnormal dapat diidentifikasi lebih awal melalui analisis data, memicu proses penggantian dan pemeliharaan, beralih dari pembaikan pasif ke operasi dan pemeliharaan aktif.

(3) Penguatan Operasi dan Pemeliharaan: Penanganan Defek Dinamis

Untuk peralatan yang sedang beroperasi, optimalkan cara operasi dan pemeliharaan:

• Transformasi tetingkap pengamatan: Ubah tetingkap pengamatan tetap menjadi yang dapat dipindahkan untuk memudahkan pemantauan suhu di dalam kabinet;

• Normalisasi ujian pelepasan sebahagian: Lakukan ujian pelepasan sebahagian peralatan pemutus semasa masa beban puncak untuk menangkap cacat isolasi lebih awal dan mengelakkan perluasan kesalahan.

5. Skenario Aplikasi dan Cadangan Pembangunan

Dengan meningkatnya penggunaan tenaga, litar utama jaringan pengedaran dinaik taraf ke kabel bersilang besar 300-400㎡, dan kapasitas stesen transformasi terus bertambah. Kekurangan kapasitas pemutusan yang tidak mencukupi dan kontak yang rentan pada peralatan pemutus pneumatik semakin menonjol. Disarankan:

• Penyesuaian skenario: Tarik diri dari aplikasi jaringan litar dan beralih ke pengedaran voltan tinggi di kawasan transformer terminal (dengan kapasitas transformer ≤ 630kVA), memanfaatkan kelebihannya “struktur sederhana dan kos rendah”;

• Iterasi teknologi: Untuk skenario jaringan litar, beri prioritas pada pemilihan peralatan pemutus dengan kebolehpercayaan lebih tinggi dan kapasitas pemutusan yang lebih kuat (seperti pemutus beban vakum) untuk memenuhi keperluan otomasi jaringan pengedaran dan kebolehpercayaan tinggi;

• Pengembangan nilai: Setelah transformasi “peningkatan proses + pemantauan online”, peralatan pemutus beban pneumatik dapat terus melayani skenario beban terminal dan memanfaatkan nilai sisa.