Analiza kratkega zapora na 10kV polniličnem preklopniku za nabizek

1. Pregled Napake

V juniju 2013 je v določeni mestni območji prišlo do napake v visokonapetostnem preklopniku, ki je povzročil padec napajanja na 10kV vrstici. Na mestu so ugotovili, da se je zamenjava preklopila v pnevmatski krožni visokonapetostni preobremenitveni preklopnik (tip HXGN2-10), in da je bila značilnost te napake trofazno luknjavec. Po izolaciji napake in obnovitvi oskrbe s strujejo uporabnikom, je treba opozoriti, da je isti tip preklopnika, ki je bil v uporabi med letoma 1999 in 2000 (s periodo delovanja več kot 12 let, z dizajniranim nominalnim tokom 630A in dejanskim delovnim tokom večinoma ≤ 300A), že večkrat doživel podobne napake, kar predstavlja grožnjo za zanesljivo delovanje električnega omrežja.

2. Delovni Način Pnevmatskih Preobremenitvenih Preklopnikov

Pnevmatska krožna škatla je poimenovana po tem, ker je opremljena s pnevmatskim preobremenitvenim preklopnikom. Njen gibalni kontaktovi trak ima tudi funkcijo plinskega cilindra – prazna struktura vsebuje zaprt “pistonski” element, ki ga glavni vrat obrati, da doseže linearno gibanje zapiranja in odpiranja. Pri odpiranju hitro stisne pistonski element plin v gibalnem kontaktovem traku (plinskega cilindra) in stisnjen plin je preko odpornega plastikega pipeta na vrhu usmerjen proti luku, ki ga ustvari ločitev ugasevalnih kontaktov, s čimer luk pootegne in ugasne; hitri plinski tok hitro obnovi dielektrično trdost sredstva na prelomu, da prepreči ponovno zajetje luka.

Zaradi omejene zmogljivosti preklopnika za prekinitev tokov pri napakah (uporaben le za sisteme pod 35kV) je bil sprejet koncept “razdelitve vodilnega elementa in elementa za zajemanje luka”:

• Vodilni element: Kontakti oblike slive z rdečega bakra + vodilni trak, odgovorna za prenos toka;

• Element za zajemanje luka: Lukovec in lukov kolobar iz bakrovotunskih legir, posebno za zajemanje in ugasanje luka.

Pri odpiranju najprej oddelimo zunanjega površina gibalnega kontaktov traka od statičnih kontaktov in nato lukovec od lukovega kolobarja. Luk se omeji na gorenenje med lukovimi komponentami, da se izognemo poškodovanju glavnih kontaktov; gibalni kontaktovi trak in spodnji terminal sta povezana s kontakti oblike slive, da zagotovita električno vedenje.

3. Globoka Analiza Razlogov za Napako
(1) Predhodna Raziskava (Zunanji Faktorji)

Dizajnirani nominalni tok tega tipa preklopnika je 630A, toda podatki o upravljanju kažejo, da je delovni tok izhodnega preklopnika podstanske postaje 283A, in teoretični tok skozi preklopnike na poti je ≤ 283A. Ob upoštevanju okoljskih razmer (sončno vreme, brez onesnaženosti na telu škatle) lahko neposredno izključimo zunanje faktorje, kot so pretok, prenapetost in onesnaženost, in napako pripisemo defektom samega preklopnika.

(2) Razbiralna In Testna Preverjanja

Po razbiralu nepravilnega preklopnika je bilo na začetku domnevano, da “slaba stikovanost med gibalnimi in statičnimi kontakti povzroča preseganje temperature in zgorevanje”, toda zaradi težke poškodbe škatle ni bilo mogoče dobiti trdnega zaključka. Zato so bile izvedene vzorčne preverjanja na enakih tipih preklopnikov, ki so v uporabi:

• Izdržljivost in upornost zaprtih kontaktnih petel: Stopnja izdržljivosti je bila zadostna, upornost zaprtih kontaktnih petel pa 114μΩ (v skladu s tehničnimi predpisi);

• Preizkus seganja temperature: Podatki 30-minutnega preizkusa s povečevalnim tokom (Tabela 1) kažejo, da je temperatura segala do 84,2°C pri 400A in celo do 133,1°C pri 630A, kar presega nacionalni standard za stabilno sodbo o “seganju temperature ≤ 1K v 1 uri ali ≤ 2K v 3 urah”.

(3) Določitev Osnovnih Razlogov

Kompleksno testiranje in strukturna analiza kažejo, da se napaka izvira iz nezadostnosti sistema stikov, konkretno se manifestira kot:

• Nezadostna sila spirale: Ne more učinkovito stisniti kontaktov oblike slive, kar vodi v spremembo “ploskovnega stika” med kontakti in gibalnim kontaktovim trakom v “linijski stik” in ostro zmanjšanje površine stika;

• Nedostatki v točnosti obdelave: Nedostatki v točnosti obdelave lukaste/ploske površine kontaktov oblike slive poslabšajo slab stik;

• Cikel oxidacije: Kontaktni elementi in gibalni kontaktov trak so izpostavljeni zraku, oxidacija poveča upornost stika → povečanje seganja temperature → nadaljnje zmanjšanje sil spirale → še slabši stik, kar končno povzroča ionizacijski lukovec in padec vrstice.

4. Transformacija In Optimizacija Opreme
(1) Posodobitev Postopka: Točno Upravljanje Kakovosti Stikov

Namensko na ključni problem “slabega stika” so izboljšave izvedene na materialni in obdelovalni stopnji:

• Izbira spiral: Uporaba spiral z visoko odpornostjo na utrujenost, da se zagotovi stabilna sila spirale v okviru projektiranega življenjskega obdobja (vključno z stanjem vključevanja in izključevanja nominalnega toka), da se izogne stikovim problemom, ki jih povzroči odpoved spiral;

• Obdelava kontaktov: Strogi nadzor točnosti obdelave lukaste in ploske površine kontaktov oblike slive, da se zagotovi popolno prileganje k valjastemu lukastemu profilu gibalnega kontaktov traka, odstranitev skritih nevarnosti linijskega stika/točkovnega stika in zagotavljanje nosilnosti toka in skladnosti seganja temperature stikov.

(2) Optimalizacija Dizajna: Celoprocesni Stanje Nadzor

Integracija funkcije “online nadzora” v strukturo škatle, da se doseže vizualni status:

• Okno za merjenje temperature in sonde: Namestitev pogodnega okna za merjenje temperature, namestitev temperature sonde na statičnem kontaktu in prikaz temperature stikalnega dela znotraj škatle v realnem času preko panelnega instrumenta;

• Shranjevanje podatkov in predhodno opozarjanje: Konfiguracija shrambenega oprem, da se beležijo operativni podatki. Tudi če se oprema stara, je mogoče predhodno identificirati nenormalne situacije preko analize podatkov, kar aktivira proces zamenjave in vzdrževanja, prehod od pasivnega popravljanja na aktivno upravljanje in vzdrževanje.

(3) Okrepitev Operativnega In Vzdrževalnega Delovanja: Dinamično Ravnateljevanje Defektov

Za opremo, ki je v uporabi, optimizirane metode operativnega in vzdrževalnega delovanja:

• Transformacija preglednega okna: Sprememba fiksne pregledne proge v premično, da se olajša nadzor temperature znotraj škatle;

• Normalizacija delne razporeditve preizkusa: Izvajanje delne razporeditve preizkusa preklopnika med obdobji višjega opterečenja, da se predhodno zajamejo defekti izolacije in se izogne širjenju napak.

5. Uporabni Primeri In Predlogi Za Razvoj

S povečevanjem porabe struje se glavne vrstice distribucijskega omrežja nadgrajujejo na velikokrožne kabelske vodnike 300 - 400 m², kapaciteta podstank in pa se nadalje povečuje. Nedostatki pnevmatskih preklopnikov, kot so nezadostna zmogljivost prekinjanja in ranljivi stiki, postajajo vse bolj vidni. Predlagamo, da:

• Prilagoditev scenarija: Odstopitev od uporabe v krožnih aplikacijah vrstice in prehod na visokonapetostno razdeljevanje v končnih transformatorjih (s kapaciteto transformatorja ≤ 630kVA), izkoristite njegove prednosti “preproste strukture in nizke stroške”;

• Iteracija tehnologije: Za krožne scenarije vrstice dajte prednost izbiranju preklopnikov z višjo zanesljivostjo in močnejšo zmogljivostjo prekinjanja (kot so vakuumski preobremenitveni preklopniki) za izpolnitev zahtev avtomatizacije distribucijskega omrežja in visoke zanesljivosti;

• Nadaljevanje vrednosti: Po transformaciji “posodobitve postopka + online nadzora” lahko pnevmatski preobremenitveni preklopniki nadaljujejo služenje v scenarijih končnega opterečenja in izvajajo svojo ostanek vrednosti.