การวิเคราะห์ความผิดปกติจากการลัดวงจรของสวิตช์โหลดแบบปั๊มลม 10kV

1. ภาพรวมของข้อผิดพลาด

ในเดือนมิถุนายนปี 2013 เกิดข้อผิดพลาดในสวิตช์เกียร์แรงดันสูงที่กำลังทำงานอยู่ในพื้นที่เมืองแห่งหนึ่ง ทำให้สายไฟ 10kV ตัดวงจร การตรวจสอบที่สถานที่เกิดเหตุพบว่าสวิตช์เกียร์ที่เกิดข้อผิดพลาดเป็นสวิตช์โหลดแรงดันสูงแบบวงแหวนอัดอากาศ (ประเภท HXGN2 - 10) และลักษณะของข้อผิดพลาดคือการลัดวงจรโดยอาร์กไฟฟ้าสามเฟส หลังจากแยกข้อผิดพลาดและฟื้นฟูการจ่ายไฟให้แก่ผู้ใช้แล้ว ควรทราบว่าสวิตช์เกียร์ชนิดเดียวกันในพื้นที่นี้ ซึ่งเริ่มใช้งานระหว่างปี 1999 ถึง 2000 (ระยะเวลาการใช้งานมากกว่า 12 ปี กระแสไฟฟ้าตามการออกแบบคือ 630A และกระแสไฟฟ้าในการทำงานส่วนใหญ่ ≤ 300A) ได้ประสบกับข้อผิดพลาดที่คล้ายคลึงกันหลายครั้ง สร้างภัยคุกคามต่อการทำงานอย่างเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า

2. หลักการทำงานของสวิตช์โหลดแบบอัดอากาศ

ตู้วงแหวนที่มีสวิตช์โหลดแบบอัดอากาศจะตั้งชื่อตามการติดตั้งสวิตช์โหลดแบบอัดอากาศ แท่งติดต่อเคลื่อนที่ยังทำหน้าที่เป็นกระบอกลม——โครงสร้างกลวงภายในมี“เพลา”ที่ปิดสนิท ซึ่งถูกขับเคลื่อนโดยเพลาหลักเพื่อทำให้เกิดการเคลื่อนที่เปิด-ปิดแบบเส้นตรง เมื่อเปิด เพลาจะบีบอัดอากาศภายในแท่งติดต่อเคลื่อนที่ (กระบอกลม) อย่างรวดเร็ว และอากาศที่ถูกอัดจะถูกเป่าไปยังอาร์กไฟฟ้าที่เกิดจากการแยกตัวของตัวติดต่อที่ดับอาร์ก ทำให้อาร์กไฟฟ้าขยายออกและดับลง การไหลของอากาศความเร็วสูงจะทำให้ความแข็งแรงของฉนวนที่จุดตัดกลับคืนอย่างรวดเร็ว ป้องกันไม่ให้อาร์กไฟฟ้ากลับมาปรากฏใหม่

เนื่องจากความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าที่ผิดพลาดของสวิตช์มีจำกัด (ใช้ได้เฉพาะกับระบบต่ำกว่า 35kV) จึงใช้แผนการออกแบบที่“แยกตัวนำไฟฟ้าออกจากตัวทำอาร์กไฟฟ้า”:

• ตัวนำไฟฟ้า: ตัวติดต่อทรงพลัมทำจากทองแดง + แท่งนำไฟฟ้า รับผิดชอบในการส่งผ่านกระแสไฟฟ้า;

• ตัวทำอาร์กไฟฟ้า: แท่งทำอาร์กไฟฟ้าผสมทองแดง-ทังสเตน + วงแหวนทำอาร์ก สำหรับการทำอาร์กและการดับอาร์กโดยเฉพาะ

เมื่อเปิด ผิวด้านนอกของแท่งติดต่อเคลื่อนที่จะแยกออกจากตัวติดต่อคงที่ก่อน จากนั้นวงแหวนทำอาร์กจะแยกออกจากแท่งทำอาร์ก อาร์กไฟฟ้าจะถูกจำกัดให้เผาไหม้ระหว่างส่วนประกอบทำอาร์ก ป้องกันไม่ให้ตัวติดต่อหลักเสียหาย; แท่งติดต่อเคลื่อนที่และเทอร์มินัลล่างจะเชื่อมต่อกันโดยตัวติดต่อทรงพลัมเพื่อให้มั่นใจว่ามีการนำไฟฟ้า

3. การวิเคราะห์สาเหตุของข้อผิดพลาดอย่างลึกซึ้ง
(1) การตรวจสอบเบื้องต้น (ปัจจัยภายนอก)

กระแสไฟฟ้าตามการออกแบบของสวิตช์ประเภทนี้คือ 630A แต่ข้อมูลการควบคุมระบุว่ากระแสไฟฟ้าของการส่งออกสวิตช์ของสถานีไฟฟ้าคือ 283A และกระแสไฟฟ้าทางทฤษฎีที่ผ่านสวิตช์เกียร์ระหว่างทางคือ ≤ 283A รวมกับสภาพแวดล้อมที่สถานที่เกิดเหตุ (สภาพอากาศแจ่มใส ไม่มีมลภาวะบนตัวตู้) สามารถยกเลิกปัจจัยภายนอก เช่น กระแสไฟฟ้าเกิน แรงดันไฟฟ้าเกิน และการแฟลชของมลภาวะได้โดยตรง และข้อผิดพลาดนี้ถูกกำหนดให้มาจากข้อบกพร่องของสวิตช์เกียร์เอง

(2) การถอดแยกและทดสอบยืนยัน

หลังจากถอดแยกตู้ที่เกิดข้อผิดพลาด มีการคาดการณ์เบื้องต้นว่า“การติดต่อที่ไม่ดีระหว่างตัวติดต่อเคลื่อนที่และตัวติดต่อคงที่ทำให้เกิดความร้อนและไหม้” แต่ไม่สามารถสรุปผลได้อย่างแน่นอนเนื่องจากความเสียหายอย่างรุนแรงของตู้ ดังนั้นจึงทำการตรวจสอบตัวอย่างจากสวิตช์เกียร์ประเภทเดียวกันที่กำลังทำงาน:

• การทดสอบแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานวงจร: ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนทานได้ผ่านเกณฑ์ และความต้านทานวงจรคือ 114μΩ (สอดคล้องกับกฎระเบียบที่กำหนด );

• การทดสอบอุณหภูมิ: ข้อมูลการทดสอบการเพิ่มกระแสไฟฟ้าภายใน 30 นาที (ตาราง 1 ) แสดงว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 84.2℃ ที่ 400A และสูงถึง 133.1℃ ที่ 630A ซึ่งเกินมาตรฐานชาติสำหรับการตัดสินใจที่มั่นคงของ“อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ≤ 1K ภายใน 1 ชั่วโมง หรือ ≤ 2K ภายใน 3 ชั่วโมง”.

(3) การระบุสาเหตุหลัก

การทดสอบอย่างครอบคลุมและการวิเคราะห์โครงสร้างแสดงว่าข้อผิดพลาดเกิดจากความล้มเหลวของระบบติดต่อ แสดงออกอย่างชัดเจนว่า:

• แรงดันสปริงไม่เพียงพอ: ไม่สามารถทำให้ตัวติดต่อทรงพลัมหดตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้การติดต่อ“ผิว”ระหว่างตัวติดต่อทรงพลัมและแท่งติดต่อเคลื่อนที่เปลี่ยนเป็น“การติดต่อแนวเส้น” และพื้นที่ติดต่อลดลงอย่างมาก;

• ข้อบกพร่องในการประมวลผลความแม่นยำ: ความแม่นยำในการประมวลผลผิวโค้ง/ผิวราบของตัวติดต่อทรงพลัมไม่เพียงพอ ส่งผลให้การติดต่อไม่ดีแย่ลง;

• วงจรป้อนกลับการออกไซด์: ตัวติดต่อทรงพลัมและแท่งติดต่อเคลื่อนที่สัมผัสกับอากาศ การออกไซด์ทำให้ความต้านทานติดต่อเพิ่มขึ้น → ความร้อนเพิ่มขึ้น → แรงดันสปริงลดลง → ผลการติดต่อแย่ลง สุดท้ายทำให้เกิดการลัดวงจรโดยอาร์กไฟฟ้าและการตัดวงจรของสายไฟ

4. การปรับปรุงและโซลูชันในการปรับปรุงอุปกรณ์
(1) การปรับปรุงกระบวนการ: การควบคุมคุณภาพการติดต่ออย่างแม่นยำ

เน้นที่ปัญหาหลักของการ“การติดต่อไม่ดี” ได้มีการปรับปรุงจากด้านวัสดุและการประมวลผล:

• การเลือกสปริง: ใช้สปริงที่มีความต้านทานความเหนื่อยสูงเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันสปริงคงที่ตลอดอายุการใช้งานตามการออกแบบ (รวมถึงเงื่อนไขของการทำและตัดกระแสไฟฟ้าตามที่กำหนด ) ป้องกันปัญหาการติดต่อที่เกิดจากสปริงเสียหาย;

• การประมวลผลตัวติดต่อทรงพลัม: ควบคุมความแม่นยำในการประมวลผลผิวโค้งและผิวราบของตัวติดต่อทรงพลัมอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจว่ามีการ“ติดต่อสมบูรณ์”กับผิวโค้งทรงกระบอกของแท่งติดต่อเคลื่อนที่ กำจัดความเสี่ยงของการติดต่อแนวเส้น/จุดติดต่อ และรับประกันความสามารถในการนำไฟฟ้าและการเพิ่มอุณหภูมิที่เหมาะสมของตัวติดต่อ

(2) การปรับปรุงการออกแบบ: การตรวจสอบสภาพอย่างครบวงจร

รวมฟังก์ชัน“การตรวจสอบออนไลน์”เข้ากับการออกแบบโครงสร้างตู้เพื่อให้สามารถมองเห็นสถานะได้:

• หน้าต่างวัดอุณหภูมิและโพรบ: ติดตั้งหน้าต่างวัดอุณหภูมิที่สะดวก ติดตั้งโพรบวัดอุณหภูมิที่ตัวติดต่อคงที่ และแสดงอุณหภูมิของส่วนติดต่อภายในตู้แบบเรียลไทม์ผ่านเครื่องมือบนแผง;

• การจัดเก็บข้อมูลและการเตือนภัย: ติดตั้งอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลเพื่อบันทึกข้อมูลการดำเนินงาน แม้ว่าอุปกรณ์จะเสื่อมสภาพ แต่ก็สามารถระบุสถานการณ์ผิดปกติล่วงหน้าผ่านการวิเคราะห์ข้อมูล กระตุ้นกระบวนการเปลี่ยนแปลงและการบำรุงรักษา ย้ายจากการซ่อมแซมแบบพาสซีฟไปสู่การดำเนินงานและบำรุงรักษาแบบแอคทีฟ

(3) การเสริมการดำเนินงานและการบำรุงรักษา: การจัดการข้อบกพร่องแบบไดนามิก

สำหรับอุปกรณ์ที่กำลังทำงาน ปรับปรุงวิธีการดำเนินงานและการบำรุงรักษา:

• การเปลี่ยนแปลงหน้าต่างสังเกตการณ์: เปลี่ยนหน้าต่างสังเกตการณ์แบบคงที่เป็นแบบเคลื่อนที่เพื่ออำนวยความสะดวกในการวัดอุณหภูมิภายในตู้;

• การทดสอบการปล่อยไฟฟ้าบางส่วนเป็นบรรทัดฐาน: ดำเนินการทดสอบการปล่อยไฟฟ้าบางส่วนของสวิตช์เกียร์ในช่วงเวลาที่มีโหลดสูงสุด เพื่อ“ตรวจจับข้อบกพร่องของฉนวนล่วงหน้า” และป้องกันไม่ให้ข้อผิดพลาดขยายตัว

5. สถานการณ์การใช้งานและคำแนะนำในการพัฒนา

ด้วยการเพิ่มขึ้นของความต้องการใช้ไฟฟ้า สายไฟหลักของระบบกระจายไฟฟ้าได้รับการอัปเกรดเป็นสายเคเบิลขนาดใหญ่ 300-400㎡ และความจุของสถานีไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ข้อบกพร่องของสวิตช์เกียร์แบบอัดอากาศที่มีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าไม่เพียงพอและตัวติดต่อที่อ่อนแอได้กลายเป็นปัญหาที่เด่นชัดขึ้น ขอแนะนำว่า:

• การปรับปรุงสถานการณ์: ถอนตัวออกจากการใช้งานในวงแหวนสายไฟ และเปลี่ยนไปใช้ในการกระจายไฟฟ้าแรงสูงในพื้นที่หม้อแปลงปลายทาง (ความจุหม้อแปลง ≤ 630kVA ) โดยใช้ประโยชน์จากข้อดีของ“โครงสร้างที่ง่ายและต้นทุนต่ำ”;

• การเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยี: สำหรับสถานการณ์วงแหวนสายไฟ ให้พิจารณาเลือก สวิตช์เกียร์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงและมีความสามารถในการตัดกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น (เช่น สวิตช์โหลดแบบสุญญากาศ ) เพื่อตอบสนองความต้องการของระบบกระจายไฟฟ้าอัตโนมัติและมีความน่าเชื่อถือสูง;

• การต่อเนื่องคุณค่า: หลังจากการปรับปรุง“กระบวนการ + การตรวจสอบออนไลน์” สวิตช์โหลดแบบอัดอากาศสามารถใช้งานต่อในสถานการณ์โหลดปลายทางและแสดงคุณค่าที่เหลืออยู่