Pagsusuri ng Kamalian sa Maikling Kuryente ng 10kV Puffer-Type Load Switch

1. Buod ng Sakit

Noong Hunyo 2013, nangyari ang isang sakit sa isang high-voltage switchgear na nasa operasyon sa isang tiyak na lungsod, na nagdulot ng pag-trip ng linya ng 10kV. Ang imbestigasyon sa lugar ay nagpakita na ang may sakit na switchgear ay isang pneumatic ring-network high-voltage load switchgear (HXGN2-10 type), at ang katangian ng sakit ay isang three-phase arc short circuit. Pagkatapos ma-isolate ang sakit at mabigyan ng muli ng suplay ng kuryente ang mga user, dapat tandaan na ang parehong uri ng switchgear sa rehiyon na ito, na inilunsad sa pagitan ng 1999 at 2000 (na may panahon ng operasyon na higit sa 12 taon, na may designed rated current na 630A, at aktwal na operating current na kadalasang ≤ 300A), ay nakaranas ng maraming pagkakataong may katulad na sakit, na nagpapahamak sa reliable na operasyon ng power grid.

2. Paggana ng Pneumatic Load Switches

Ang pneumatic ring-network cabinet ay pinangalanang ganito dahil ito ay kasama ng isang pneumatic load switch. Ang movable contact rod nito ay may tungkulin din bilang isang air cylinder - ang hollow structure na ito ay naglalaman ng sealed "piston", na siyang pinapatakbo ng main shaft upang maisagawa ang linear movement ng closing at opening. Kapag binuksan, ang piston ay mabilis na pumipigsa ng hangin sa loob ng movable contact rod (air cylinder), at ang compressed air ay inihahalikan patungo sa arc na nilikha ng separation ng arc-extinguishing contacts sa pamamagitan ng arc-resistant plastic nozzle sa tuktok, na nagpapatay ng arc sa pamamagitan ng pagpapahaba nito; ang high-speed airflow ay mabilis na nagbabalik ng insulation strength ng medium sa break, na nagpapahinto sa arc mula sa pagbabalik-buhay.

Dahil sa limitado ang kakayahan ng switch na break fault currents (tanging applicable sa mga sistema na ibaba ng 35kV), isinasagawa ang disenyo ng "“separating the conductive element from the arc-igniting element”:

• Conductive element: Red copper plum-shaped contact fingers + conductive rod, responsable para sa transmission ng kuryente;

• Arc-igniting element: Copper-tungsten alloy arc-igniting rod + arc-igniting ring, espesyal para sa paglitaw at pagpapatay ng arc.

Kapag binuksan, ang labas na surface ng movable contact rod unang hiwalay mula sa static contact fingers, at pagkatapos ay ang arc-igniting ring ay hiwalay mula sa arc-igniting rod. Ang arc ay pinapilit na magbuburn sa pagitan ng mga komponente ng arc-igniting, na nag-iwas sa pinsala sa pangunahing contacts; ang movable contact rod at ang lower terminal ay konektado sa pamamagitan ng plum-shaped contact fingers upang matiyak ang electrical conduction.

3. Mas Malalim na Analisis ng Mga Dahilan ng Sakit
(1) Unang Imbestigasyon (External Factors)

Ang designed rated current ng uri ng switch na ito ay 630A, ngunit ang dispatching data ay nagpapakita na ang operating current ng outgoing switch ng substation ay 283A, at ang teoretikal na current na lumilipas sa switchgear sa daan ay ≤ 283A. Sa kabila ng on-site environment (sunny weather, walang pollution sa cabinet body), ang external factors tulad ng over-current, over-voltage, at pollution flashover ay maaaring direktang i-exclude, at ang sakit ay itinuturing na dulot ng mga kapansanan ng mismo switchgear.

(2) Disassembly at Test Verification

Pagkatapos mailabas ang may sakit na cabinet, una itong inasasalita na "“poor contact between the movable and static contacts leads to overheating and burning”", ngunit hindi maaaring makakuha ng tiyak na konklusyon dahil sa malaking pinsala sa cabinet. Kaya, ginawa ang sampling detection sa parehong uri ng switchgear na nasa operasyon:

• Withstand voltage at loop resistance: Ang withstand voltage level ay qualified, at ang loop resistance ay 114μΩ (sumasang-ayon sa technical regulations);

• Temperature rise test: Ang 30-minute current-rising test data (Table 1) ay nagpapakita na ang temperature rise ay umabot sa 84.2℃ sa 400A at mataas na 133.1℃ sa 630A, na lubhang lumampas sa national standard para sa stable judgment ng "“temperature rise ≤ 1K within 1 hour or ≤ 2K within 3 hours”."

(3) Pag-identify ng Root Causes

Ang comprehensive testing at structural analysis ay nagpapakita na ang sakit ay nagmumula sa pagkakasira ng contact system, na partikular na ipinapakita bilang:

• Insufficient spring force: Hindi ito maaaring mabisa na ikumpres ang plum-shaped contact fingers, na nagresulta sa pagdeteriorate ng "“surface contact”" sa pagitan ng contact fingers at movable contact rod sa "“line contact”", at isang malaking pagbawas sa contact area;

• Defects sa processing precision: Insufficient precision sa arc surface/planar processing ng plum-shaped contact fingers ay nagpapahina pa ng poor contact;

• Oxidation vicious cycle: Ang contact fingers at ang movable contact rod ay nakalantad sa hangin, at ang oxidation ay nagdudulot ng pagtaas ng contact resistance → pagtaas ng init → mas malaking pagbawas ng spring tension → mas mahirap na contact effect, na sa huli ay nagdudulot ng air ionization arc short circuit at line tripping.

4. Pag-transform at Optimization Solutions ng Equipment
(1) Process Upgrade: Precise Control ng Contact Quality

Tinutugunan ang core problem ng "“poor contact”", ang mga pagbabago ay ginawa mula sa material at processing ends:

• Spring selection: Ang pag-adopt ng springs na may mataas na fatigue resistance upang matiyak ang stable spring force sa loob ng design life (kasama ang kondisyon ng making at breaking ng rated current), na nagiiwas sa mga problema ng contact na dulot ng pagkakasira ng spring;

• Contact finger processing: Mahigpit na kontrolin ang processing precision ng arc surface at plane ng plum-shaped contact fingers upang matiyak ang complete fitting sa cylindrical arc surface ng movable contact rod, na nagtatanggal sa mga hidden dangers ng line contact/point contact, at matiyak ang current-carrying capacity at temperature rise compliance ng contacts.

(2) Design Optimization: Full-process Condition Monitoring

Integrate ang function ng "“online monitoring”" sa disenyo ng cabinet structure upang matiyak ang visual status:

• Temperature measurement window at probe: Itatayo ang convenient temperature measurement window, ilalagay ang temperature probe sa static contact, at ipapakita ang temperatura ng contact part sa loob ng cabinet sa real-time sa pamamagitan ng panel instrument;

• Data storage at early warning: Iconfigure ang storage equipment upang irecord ang operating data. Kahit na ang equipment ay lumangoy, ang abnormal situations ay maaaring matukoy sa maagang panahon sa pamamagitan ng data analysis, na nag-trigger ng replacement at maintenance process, na nag-shift mula sa passive repair patungo sa active operation at maintenance.

(3) Operation at Maintenance Strengthening: Dynamic Defect Treatment

Para sa equipment na nasa operasyon, i-optimize ang operation at maintenance methods:

• Observation window transformation: Baguhin ang fixed observation window sa movable upang mapadali ang temperature monitoring sa loob ng cabinet;

• Normalization ng partial discharge testing: Gawan ng partial discharge testing ng switchgear sa panahon ng peak load periods upang ma-advance na i-capture ang insulation defects at iwasan ang paglaki ng mga sakit.

5. Application Scenarios at Development Suggestions

Sa pagtaas ng electricity consumption, ang main lines ng distribution network ay in-upgrade sa large-cross-section cables ng 300-400㎡, at patuloy na lumalaki ang capacity ng mga substation. Ang mga kamalian ng insufficient breaking capacity at vulnerable contacts ng pneumatic switchgear ay naging mas prominent. Inirerekomenda na:

• Scenario adjustment: Withdraw mula sa line ring-network applications at bumalik sa high-voltage power distribution sa terminal transformer areas (na may transformer capacity ≤ 630kVA), na gumagamit ng mga advantage nito ng "“simple structure at low cost”;

• Technology iteration: Para sa line ring-network scenarios, bigyan ng priority ang pagpili ng switchgear na may mas mataas na reliability at mas malakas na breaking capacity (tulad ng vacuum load switches) upang matugunan ang mga requirement ng distribution network automation at high reliability;

• Value continuation: Matapos ang transformation ng "“process upgrade + online monitoring”", ang pneumatic load switchgear ay maaari pa ring maglingkod sa mga terminal load scenarios at ipaglaban ang residual value nito.