Kortslutningsfeilanalyse av 10kV puffer-type lastbryter

1. Feiloversikt

I juni 2013 oppsto en feil i et høyspenningsbryteskab i drift i et visst byområde, som førte til at en 10kV linje strømkoblet. På stedet undersøkelse avdekket at det feilaktige bryteskabet var et pneumatisk ringnett høyspenningsbelastningsbryteskab (HXGN2-10 type), og feilegenskapen var en trefase buekortslutning. Etter at feilen ble isolert og strømtilførsel til brukerne ble gjenopprettet, bør det merkes at samme type bryteskab i dette området, som ble satt i drift mellom 1999 og 2000 (med en driftsperiode på over 12 år, et designert nominalstrøm på 630A, og en faktisk driftsstrøm mest ≤ 300A), har opplevd lignende feil flere ganger, noe som utgjør en trussel mot den pålitelige driften av kraftnettet.

2. Arbeidsprinsipp for pneumatisk belastningsbryter

Pneumatisk ringnettkabinet er navngitt for å være utstyrt med en pneumatisk belastningsbryter. Dets bevegelige kontaktstang fungerer også som en luftsilinder —— den tomrommet inneholder en tett lukket “pistong”, som drives av hovedaksen for å realisere lineær bevegelse av lukking og åpning. Når det åpnes, komprimerer pistongen raskt luften i den bevegelige kontaktstangen (luftsilinder), og den komprimerte luften blåses mot bua generert av separasjonen av buutslukningskontakene gjennom buresistente plastnozzle på toppen, og slukker bua ved å strekke den; den høyhastighets luftstrømmen gjenoppretter raskt isolasjonsstyrken av mediumet ved bruddpunktet, forhindrer at bue tennes på nytt.

På grunn av den begrenset evnen til bryteren til å bryte feilstrømmer (bare anvendelig for systemer under 35kV), er et designskjema av “adskillelse av ledekselement fra buutløsende element” valgt:

• Ledekelement: Rød kobberplumformede kontaktfingre + ledebane, ansvarlig for strømoverføring;

• Buutløsende element: Kobber-volfram legering buutløsende stang + buutløsende ring, spesielt for butennelse og -utslukning.

Når det åpnes, skiller ytre overflaten av den bevegelige kontaktstangen seg først fra de statiske kontaktfingrene, og deretter skiller buutløsende ring seg fra buutløsende stang. Bua blir begrenset til å brenne mellom buutløsende komponenter, unngår skade på hovedkontakter; den bevegelige kontaktstangen og nedre terminalen er forbundet via plumformede kontaktfingre for å sikre elektrisk ledning.

3. Inngående analyse av feilårsaker
(1) Foreløpig undersøkelse (eksterne faktorer)

Den designerte nominalstrømen for denne typen bryter er 630A, men driftsdata viser at driftsstrømmen for utgående bryteren i transformatorstasjonen er 283A, og den teoretiske strømmen som passerer gjennom bryteskabet på veien er ≤ 283A. I kombinasjon med stedlige forhold (solskin, ingen forurensning på skabets kropp), kan eksterne faktorer som overstrøm, overvoltage og forurensningsblink direkte utelukkes, og feilen tilskrives defekter i selve bryteskabet.

(2) Demontasje og testverifisering

Etter demontasje av det feilaktige skabet, formodes det inititelt at “dårlig kontakt mellom den bevegelige og statiske kontakten fører til overoppvarming og brenning”, men en definitiv konklusjon kan ikke trekkes på grunn av alvorlig skade på skabet. Derfor utføres prøvetaking på samme type bryteskab i drift:

• Spenningsstand og løyptest: Spenningsnivået er godkjent, og løypesten er 114μΩ (i samsvar med tekniske regler);

• Temperaturstigningstest: Data fra 30-minutters strømstigningstest (Tabell 1) viser at temperaturstigningen når 84.2℃ ved 400A og så høyt som 133.1℃ ved 630A, langt over nasjonale standarder for stabil vurdering av “temperaturstigning ≤ 1K innen 1 time eller ≤ 2K innen 3 timer”.

(3) Identifisering av grunnleggende årsaker

Komplette testing og strukturell analyse viser at feilen oppstår fra mislykket kontakt-system, spesifikt uttrykt som:

• Utilstrekkelig fjærfest: Det kan ikke effektivt kontrahere plumformede kontaktfingre, som fører til at “overflatekontakt” mellom kontaktfingrene og den bevegelige kontaktstangen forvandles til “linjekontakt”, og en skarp reduksjon i kontaktarealet;

• Defekter i bearbeidelsespresisjon: Utilstrekkelig presisjon i buoverflate/plan bearbeidelse av plumformede kontaktfingre forverrer dårlig kontakt;

• Oksidasjonens ondsirkel: Kontaktfingrene og den bevegelige kontaktstangen er utsatt for luft, og oksidasjon fører til økt kontaktmotstand → økt varmeproduksjon → ytterligere svekkelse av fjærfest → verre kontakteleffekt, som til slutt fører til luftioniseringsbue kortslutning og linje strømkobling.

4. Utstyrstransformasjon og optimalisering av løsninger
(1) Prosessoppgradering: Nøyaktig kontroll av kontaktkvalitet

Med tanke på kjernenheten “dårlig kontakt”, foretas forbedringer fra material- og bearbeidelsessiden:

• Fjærvurdering: Bruk fjærer med høy trøthetsmotstand for å sikre stabil fjærfest innenfor designlivet (inkludert betingelsen for å lage og bryte nominalstrøm), unngå kontaktproblemer som følge av fjærfestmislykket;

• Kontaktfingerbearbeiding: Streng kontroll av bearbeidelsespresisjon av buoverflate og plan av plumformede kontaktfingre for å sikre fullstendig passning med sylinderbuoverflaten av den bevegelige kontaktstangen, eliminere skjulte farer av linjekontakt/punktkontakt, og sikre strømføringsevne og temperaturstigningssamsvar hos kontaktpunkter.

(2) Designoptimalisering: Fullprosessbetinget tilstandsovervåking

Integrasjon av “online overvåking” funksjon i kabinetstrukturelt design for å realisere synlig status:

• Temperatursmåvindu og probe: Sett opp et enkelt temperatursmåvindu, installer en temperaturprobe ved den statiske kontakten, og vis temperaturen på kontaktområdet inne i skabet i sanntid gjennom panelinstrument;

• Data lagring og tidlig varsling: Konfigurer lagringsutstyr for å registrere driftsdata. Selv om utstyret aldrer, kan anomal situasjoner identifiseres på forhånd gjennom dataanalyse, utløser erstattelses- og vedlikeholdsprosessen, skifter fra passiv reparasjon til aktiv drift og vedlikehold.

(3) Drift og vedlikehold forsterkning: Dynamisk feilbehandling

For utstyr i drift, optimerer drifts- og vedlikeholdsformer:

• Observasjonsvindustransformasjon: Endre det faste observasjonsvinduet til et bevegelig vindu for å forenkle temperaturkontroll innenfor skabet;

• Normalisering av delvis avgassingstesting: Gjennomfør delvis avgassingstesting av bryteskabet under peakbelastningsperioder for å fange isoleringsdefekter på forhånd og unngå feilutvidelse.

5. Anvendelsesscenarier og utviklingsforslag

Med økningen i elektrisitetsforbruk, oppgraderes hovedlinjene i distribusjonsnett til store tverrsnitt kabler på 300-400㎡, og kapasiteten til transformatorstasjoner fortsetter å vokse. Svakheter ved utilstrekkelig brytekapasitet og sårbar kontakt hos pneumatisk bryteskab blir stadig mer fremtredende. Det anbefales:

• Scenarijustering: Trekk deg fra linjeringsnett-applikasjoner og skift til høyspenningsfordeling i sluttransformatorområder (med en transformatorkapasitet ≤ 630kVA), utnytt sine fordeler med “enkel struktur og lav kostnad”;

• Teknologiiterasjon: For linjeringsnett-scenarier, gi prioritet til valg av bryteskab med høyere pålitelighet og sterke brytekapasiteter (som vakuumlastbrytere) for å møte kravene til distribusjonsnettautomatisering og høy pålitelighet;

• Verdi fortsettelse: Etter transformasjonen av “prosessoppgradering + online overvåking”, kan pneumatisk lastbryteskab fortsette å tjene sluttnedbelpscenarier og utnytte sin restverdi.