Анализ типичных неисправностей и мер по их устранению для средневольтных вакуумных выключателей

Роль вакуумных выключателей в системах подстанций и анализ распространенных неисправностей

При возникновении неисправностей в системе подстанции вакуумные выключатели играют критическую защитную роль, прерывая перегрузки и токи короткого замыкания, обеспечивая безопасную и стабильную работу энергетических систем. Необходимо усилить регулярный осмотр и обслуживание средневольтных (СН) вакуумных выключателей, анализировать распространенные причины неисправностей и внедрять эффективные меры по их устранению, чтобы повысить надежность подстанций, что в свою очередь принесет значительные экономические и социальные выгоды.

1. Структура вакуумных выключателей

1.1 Основные компоненты

Вакуумный выключатель обычно состоит из следующих ключевых компонентов: привод, блок прерывания тока, электрическая система управления, изоляционная опора и основание.

Приводы могут быть классифицированы на электромагнитные, пружинные, постоянного магнита, пневматические и гидравлические. В зависимости от относительного положения привода и прерывателя, вакуумные выключатели дополнительно классифицируются как интегрированные, подвесные, полностью закрытые модульные, на пьедестале или напольные.

1.2 Вакуумный прерыватель

Вакуумный прерыватель является ключевым компонентом, обеспечивающим правильное функционирование вакуумного выключателя. Он состоит из изоляционной оболочки, экрана, гофрированной трубки, проводящего стержня, подвижных и неподвижных контактов, а также концевых крышек.

Для поддержания эффективного гашения дуги необходимо сохранять внутренний вакуум, обычно давление ниже 1,33×10⁻² Па. Значительные достижения были сделаны в материалах, технологиях производства, конструкции, размерах и производительности вакуумных прерывателей.

Изоляционная оболочка обычно изготовлена из оксида алюминия или стекла. Оболочки из оксида алюминия предлагают лучшую механическую прочность и термостойкость и теперь широко используются. Подвижный контакт расположен снизу и соединен с проводящим стержнем. Рукав-направляющая обеспечивает точное и плавное вертикальное движение.

Для контроля износа контактов на внешней поверхности прерывателя размещается маркер. Наблюдая за смещением этого маркера относительно нижнего конца, можно оценить степень эрозии контакта.

Путь тока и прерывание дуги происходят в зазоре между подвижным и неподвижным контактами. Металлические компоненты поддерживаются и герметизируются изоляционной оболочкой, которая сварена с экраном, контактами и другими металлическими частями для поддержания вакуума.

Электрически свободно висящий экран из нержавеющей стали, окружающий контакты, играет важную роль: во время прерывания тока он захватывает металлический пар, предотвращая его осаждение на изоляторе и сохраняя внутреннюю изоляцию.

2. Распространенные неисправности средневольтных вакуумных выключателей

2.1 Понижение уровня вакуума

Потеря вакуума — это критическая, но часто незамеченная неисправность. Во многих установках отсутствует оборудование для количественного или качественного контроля вакуума, что усложняет диагностику.

Ухудшение вакуума сокращает срок службы выключателя, снижает способность прерывать ток и может привести к катастрофической неисправности или взрыву. Причины включают:

• Плохие механические характеристики, такие как чрезмерное перемещение, скачки контактов или фазовая несинхронизация.

• Чрезмерное перемещение связи при работе.

• Производственные дефекты вакуумной колбы (например, плохое уплотнение или дефекты материала).

• Утечки в гофрированной трубке из-за усталости или повреждений.

2.2 Повреждение изоляции

Многие вакуумные выключатели используют композитную изоляцию, встраивая прерыватель в корпус из эпоксидной смолы. Однако, если высоковольтные части не полностью защищены, окружающие факторы могут нарушить изоляцию.

Тепло, выделяемое при работе, может еще больше ухудшить изоляционные свойства, увеличивая риск неисправностей.

2.3 Чрезмерные скачки контактов и асинхронная работа

Длительные скачки контактов при закрытии и асинхронное открытие/закрытие могут быть вызваны:

• Недостаточной механической производительностью выключателя.

• Бракованными изолированными тягами или опорными конструкциями.

• Несоосностью плоскости контакта и центральной оси выключателя.

2.4 Неполное накопление энергии пружиной

После закрытия механизм пружины может не полностью накопить энергию из-за:

• Прематурного отключения цепи накопления, вызванного неправильными настройками конечного выключателя.

• Скольжения шестерни из-за сильного износа.

• Старения двигателя накопления.

• Высокого натяжения пружины, приводящего к неполному перемещению вала.

2.5 Неправильная работа и отказ от работы

• Деформация контактов: мягкие материалы контактов могут деформироваться после повторных операций, приводя к плохому контакту и потере фазы.

• Отказ срабатывания: вызывается недостаточным зацеплением защелки, проскальзыванием штифта, низким напряжением срабатывания или плохим контактом вспомогательного выключателя.

• Отказ закрытия: вызывается низким напряжением закрытия, деформацией пластин связи, неправильными размерами защелки, ошибками в проводке или плохим контактом вспомогательного выключателя.

3. Меры по предотвращению и устранению неисправностей

3.1 Предотвращение ухудшения вакуума

Регулярный осмотр вакуумной колбы необходим. Используйте вакуумный тестер для количественного измерения или выполняйте испытания на выдерживаемое напряжение для качественной оценки. Если обнаружено снижение вакуума, замените прерыватель и повторно проверьте перемещение, синхронизацию и скачки, чтобы убедиться в соответствии.

3.2 Предотвращение и устранение повреждений изоляции

Применяйте технологию APG (Автоматизированное Прессование Желе) и твердотельные полюсные колонны для герметизации прерывателя и выводных клемм. Это уменьшает размер и защищает от воздействия окружающей среды.

Регулярно проверяйте изоляционные свойства и прогнозируйте срок службы изоляции с помощью специализированного оборудования. Соблюдайте строгие процедуры установки, пусконаладки и технического обслуживания, чтобы предотвратить человеческие ошибки. Регулярно очищайте и осматривайте изоляторы и тяги, чтобы предотвратить неисправности, вызванные пылью.

3.3 Устранение скачков контактов и асинхронности

Вставьте плоскую шайбу между изолированной тягой и рычагом передачи, чтобы уменьшить скачки контактов. Отрегулируйте вертикальное выравнивание контактной поверхности, чтобы минимизировать скачки.

Для асинхронной работы используйте тестер характеристик выключателя, чтобы измерить время скачков при закрытии, время работы трех фаз и фазовую синхронизацию. На основе результатов отрегулируйте длину тяги в пределах заданных перемещений и перехода, чтобы достичь синхронизации.

3.4 Устранение неполного накопления энергии пружиной

• Замените старые двигатели накопления.

• Улучшите точность сборки элементов срабатывания и блокировки.

• Улучшите термообработку шестерен накопления, чтобы предотвратить износ и скольжение.

3.5 Предотвращение неправильной работы и отказа от работы

Улучшите надежность цепей управления, закрепив контакты вспомогательных выключателей и оптимизировав механизмы связи, чтобы предотвратить деформацию или несоосность. Обеспечьте надежные соединения проводов.

Поддерживайте чистую рабочую среду и смазывайте движущиеся части, чтобы предотвратить коррозию и неисправности, вызванные загрязнением.

При неисправностях цепи закрытия проверьте вспомогательный выключатель, установленный на базе. Используйте мультиметр для проверки непрерывности на вторичном разъеме. Если разъем открыт, проверьте непрерывность между контактами вспомогательного выключателя и разъемом, чтобы найти неисправность.

4. Заключение

В заключение, для обеспечения надежной работы вакуумных выключателей предприятия и персонал должны идентифицировать корневые причины распространенных неисправностей, таких как потеря вакуума, повреждение изоляции, скачки контактов, проблемы с накоплением энергии пружиной и неправильная работа, и внедрять эффективные профилактические и корректирующие меры. Превентивное обслуживание и техническая оптимизация являются ключевыми для минимизации неисправностей и повышения безопасности, эффективности и долговечности систем подстанций.