Iskedyahan sa mga Puntos nga Importante Alang sa Operasyon ug Maintenance sa High-Voltage SF6 Circuit Breakers

1 Overview

Ang mga circuit breaker makakapag-ugnay at makakaputol ng mga circuit batas sa operasyon sa normal na kondisyon. Sa pagkakaroon ng kasalanan, maaari silang mabilis na putulin ang mga may kasalang kagamitan batas sa secondary protection signals, o makakapag-ugnay muli ng circuit upang ibalik ang supply ng kuryente pagkatapos ng transient fault. Kaya, meron silang dual function ng control at protection. Kasalukuyan, may higit sa isang daang substation sa rehiyon ng Pingdingshan. Sa bawat substation, kinakailangan ng mga circuit breaker para sa bawat outgoing line, incoming line side, at ang koneksyon ng double busbars. Ang high-voltage SF₆ circuit breakers ay malaganap na ginagamit sa 110 kV at 220 kV substations dahil sa kanilang mga katangian tulad ng matibay na breaking capacity, mabilis na action speed, madali maintindihan, at mataas na stability.

Ang high-voltage circuit breakers ay pangunahing binubuo ng moving contacts, stationary contacts, arc-extinguishing chambers, at conductive parts. Ang moving at stationary contacts ay nasa loob ng arc-extinguishing chamber at ginagamit para pumutol ng current. Ang stationary contact ay nananatili sa lugar, at ang moving contact ay pinapagana ng operating mechanism upang makapagtapos ang circuit breaker ng opening at closing operations. Ang operating mechanism ay nakakonekta sa moving contact sa pamamagitan ng transmission mechanism at insulating pull rod.

Bagama't ang performance ng karaniwang ginagamit na high-voltage SF₆ circuit breakers ay medyo kompleto sa kasalukuyan, maaari pa ring magkaroon ng mga failure sa panahon ng operasyon dahil sa mga pagbabago sa power grid, external environment, at internal factors. Bilang halimbawa, ang high-voltage SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 220 kV substations, ang paper na ito ay nagbibigay ng maikling talakayan tungkol sa mga karaniwang problema sa kanilang operasyon at ang mga corresponding handling measures.

2 Analysis of Existing Problems and Key Points of Operation and Maintenance

Ang maraming bahagi ng high-voltage SF₆ circuit breakers, tulad ng operating mechanism, transmission mechanism, arc-extinguishing part, at current-conducting part, ay malilikely na makaranas ng iba't ibang mga failure sa panahon ng operasyon. Sa nakaraang operasyon ng mga substation sa rehiyon ng Pingdingshan, ang mga sumusunod na insidente ay nangyari:

• Ang high-voltage SF₆ circuit breakers ay inipit sa pag-operate dahil sa pag-leak ng SF₆ gas.

• Nagkaroon ng pressure lockout dahil sa matinding pag-leak ng oil sa hydraulic mechanism, o nabigo ang energy storage dahil sa mga abnormalidad sa spring mechanism, na nagresulta sa hindi normal na pag-interrupt ng current ng high-voltage SF₆ circuit breakers.

• Ang circuit breaker ay tumanggi na gumana dahil sa mga problema sa loob ng mechanism mismo, tulad ng broken control circuit, na nagprevented ito mula sa mga requirement para sa opening at closing.

• Ang high-voltage SF₆ circuit breakers ay nasira dahil sa pag-break ng porcelain insulator.

• Nag-overheat dahil sa mga isyu sa current-conducting na nagresulta sa hindi normal na operasyon ng high-voltage SF₆ circuit breakers.

• Ang circuit breaker ay naka-experience ng iba't ibang degree ng damage at hindi maaaring mag-maintain ng normal na operasyon dahil sa impluwensya ng external environment o pag-damage sa insulation part.

Ang mga problema na ito ay maaaring magdulot ng ilang degree ng damage sa high-voltage SF₆ circuit breakers at makaapekto sa kanilang normal na operasyon. Sa araw-araw na inspection at maintenance, dapat bigyan ng mas maraming pansin ang pag-inspect sa mga bahaging ito ng high-voltage SF₆ circuit breakers upang mapabuti ang reliabilidad ng supply ng kuryente ng power system. Ang sumusunod ay isang individual analysis ng mga nabanggit na problema.

2.1 Arc-Extinguishing Part

Ang high-voltage SF₆ circuit breakers kailangan may sapat na arc-blowing ability at dielectric recovery strength upang mabisa na maprevent ang arc reignition sa current zero-crossing. Ang proseso ng arc-extinguishing ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay nangyayari sa loob ng arc-extinguishing chamber, na pangunahing binubuo ng moving at stationary main contacts, moving at stationary arcing contacts, malaking at maliit na nozzles, compression cylinder, at piston. Partikular:

• Ang main contacts ay nagdadala ng current kapag ang circuit breaker ay normal na nagsasagawa ng operasyon.

• Ang arcing contacts ay naka-connect sa parallel sa main contacts, at ang kanilang contact travel ay mas malaki kaysa sa main contacts. Maaari silang tanggihan ang lahat ng arc erosion sa panahon ng pag-interrupt o closing, na nagprotekta sa main contacts mula sa pagkasira.

• Ang nozzles ay limitado ang direksyon at bilis ng jet gas upang makamit ang pinakamahusay na arc-blowing effect.

• Ang piston ay nag-compress ng gas sa compression cylinder kapag ang moving contact ay naghahalili, na nagpapataas ng gas pressure sa cylinder upang makamit ang optimal na arc-blowing gas pressure.

Sa panahon ng operasyon, ang pag-leak ng SF₆ gas ay direktang makaapekto sa stable na operasyon ng circuit breaker. Kapag ang gas pressure ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang circuit breaker ay mag-iissue ng alarm o mag-lock out dahil sa low pressure. Sa kasong ito, maaaring magkaroon ng kasalanan, na posibleng lumawak ang area ng brownout.

2.2 Mechanical Part

Ang mechanical performance ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay direktang nagpapasiya sa kanilang arc-extinguishing ability at nakakaapekto sa kanilang opening at closing speed at oras. Ang mechanical part ay maaring hahatiin sa operating mechanism at transmission mechanism. Ayon sa statistical data sa mga failure ng circuit breaker, 63.2% ng mga failure ng circuit breaker sa China ay dahil sa operating mechanism.

Ang operating mechanisms ng SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 110 kV at higit pa na substations sa rehiyon ng Pingdingshan ay maaring hahatiin sa hydraulic mechanisms at spring mechanisms. Ang spring mechanisms ay malaganap na ginagamit dahil sa kanilang mga katangian tulad ng simple na mechanical structure, madaling maintain, mabilis na response speed, environmental friendliness, at mababang cost. Gayunpaman, bilang tumataas ang oras ng operasyon, ang elasticity ng spring ay maaaring mabawasan. Maaaring may mga sitwasyon kung saan ang circuit breaker ay nabigo na putulin ang fault current dahil sa failure ng opening spring na mag-store ng energy, o ang reclosing ay nabigo dahil sa closing spring na nabigo na mag-store ng energy sa panahon ng reclosing.

Ang hydraulic mechanisms ay may mga katangian ng mas malakas na reliability, mas mataas na safety, at mas mahabang service life. Kapag ang hydraulic value ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang zero-pressure lockout ay i-aactivate upang maiwasan ang slow opening dahil sa pressure loss. Ang control system ay sisimulan ang motor upang tumaas ang pressure, at pagkatapos ng set na oras, ang time relay ay mag-cut off ng control circuit upang itigil ang pag-taas ng pressure.

Kasama rito, ang transmission mechanisms tulad ng connecting rods, crank arms, at rotating shafts ay may mahalagang papel sa proseso ng opening at closing. Kapag natanggap ang opening at closing signals, ang opening at closing springs ay irelease ang energy at idrive ang contacts upang makumpleto ang opening at closing tasks sa pamamagitan ng transmission mechanisms tulad ng connecting rods at crank arms. Kung ang connecting rods, crank arms, o rotating shafts ay deformed o cracked, ito ay maaaring makaapekto sa normal na transmission sa panahon ng opening at closing ng circuit breaker.

2.3 Operating Environment

Ang outdoor-type SF₆ circuit breakers ay dapat din magbigay ng pansin sa impluwensya ng mga pagbabago sa operating environment sa panahon ng operasyon. Halimbawa, sa matinding hangin, ang lead wires ay maaaring malakas na humalili o ang mga foreign objects ay maaaring makapasok dito. Kapag ang lightning ay tumama sa power grid o sa grounding system, maaaring magkaroon ng over-voltage surges, na nagresulta sa tripping ng circuit breaker. Sa ulan o niyebe, ang surface ng circuit breaker ay maaaring maging basa, na maaaring makabuo ng corona discharge. Kung ang surface ay contaminated, maaaring magkaroon ng mas seryosong pollution flashover. Sa case ng snow accumulation o icing, ang joints ay maaaring mag-overheat. Kapag ang temperatura ay biglang nagbago, ang oil level at gas pressure ng circuit breaker ay maaaring mabago rin, na nagresulta sa pagbaba ng insulation performance at nakakaapekto sa kanilang opening at closing speed.

2.4 Insulation Part

Ang insulation part ay may layunin na i-isolate ang equipment mula sa hangin. Ang mga karaniwang ginagamit na insulation materials ay kasama ang porcelain insulators, composite insulators, at silicone rubber insulators. Kasalukuyan, ang external insulation ng SF₆ circuit breakers sa rehiyon ng Pingdingshan ay kadalasang gawa ng porcelain.

Sa panahon ng operasyon, ang insulation performance ng porcelain insulators ay maaaring malubhang bumaba o kahit na nawalan ng kakayahang mag-insulate dahil sa mga factor tulad ng sariling mahina na quality, hindi qualified na installation, biglaang pagbabago ng temperatura, o sobrang over-voltage surges. Kung ang external insulation ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay hindi pantay na stressed sa panahon ng installation, ang damage sa external insulation ay maaaring lumala sa mahabang panahon ng operasyon. Sa mga seryosong kaso, maaaring magkaroon ng cracks o breakages sa surface ng porcelain.

Bilang karagdagan, ang biglaang pagbabago ng external temperature ay maaaring malubhang mabawasan ang bending at tensile strength ng insulation materials. Kung mayroong mechanical forces na inapply sa oras na ito, ang insulation part ay maaaring masira o kahit na punctured. Kapag ang external insulation ay nasa ilalim ng over-voltage, maaaring mag-trigger ng partial discharge. Kung may dust o dirt sa surface ng external insulation, at ang environment ay basa, maaaring magkaroon ng pollution flashover sa ilalim ng high-voltage electric field.

3 Countermeasures

Dahil maraming outgoing lines sa 220 kV substations, at sa kasunod, maraming SF₆ circuit breakers, upang mabawasan ang pag-occur ng nabanggit na mga problema, dapat na maisagawa ang reasonable inspection cycle at maintenance cycle, itayo ang complete defect handling process at equipment acceptance standard, focus sa accident prevention, at itayo ang complete closed-loop management system.

3.1 Formulating a Reasonable Inspection Cycle

Ang normal na operasyon ng circuit breakers ay depende sa daily inspection ng operation at maintenance personnel. Sa pamamagitan ng pag-formulate ng reasonable inspection cycle, maaaring mabilis na matukoy ang mga defects sa circuit breakers, na nagpapahinto sa mga defects na lumaki at magresulta sa mga accident. Ang sumusunod ay isang maikling pagtalakay sa mga key points na dapat tandaan sa panahon ng inspection ng 220 kV high-voltage SF₆ circuit breakers.

• Ang routine inspections ay dapat gawin kada linggo. Ito pangunahing kasama ang routine inspections ng appearance ng circuit breaker, abnormal sounds, equipment leakage, operating environment, at tracking at inspection ng defects at potential hazards. Dapat bigyang pansin ang pag-check kung ang pressure value at oil level ng high-voltage SF₆ circuit breaker ay nasa normal range, recordin ng pressure value, pagsusuri kung ang kulay ng oil ay normal, at kung ang energy storage ay maaaring gawin nang normal.

• Ang comprehensive inspections ay dapat gawin kada buwan. Batay sa routine inspections, ang cabinet doors ng equipment sa substation ay buksan para sa inspection. Ang operating data tulad ng gas pressure value at oil level value ng circuit breaker ay irecord; ito ay susuriin kung ang cabinet doors ng circuit breaker ay naka-close nang maayos, kung ang holes ay naka-block nang maayos, at kung ang dehumidification at temperature-control devices ay maaaring gumana nang normal; kung ang opening at closing coils ay may discoloration, abnormal odors, o signs ng burning; kung ang operating mechanism at transmission mechanism ng circuit breaker ay normal; at kung ang secondary wiring ay walang overheating, looseness, o breakage.

• Ang inspection in the dark ay dapat gawin kada buwan. Ito ay tumutukoy sa mga inspection na gawin sa gabi na walang ilaw, na may focus sa pag-check kung ang lead wires, joints, at clamps ay may overheating, at kung may discharge sa external insulation.

• Ang special inspections ay ginagawa upang maiwasan ang circuit breaker mula sa malfunction, refusal to operate, deformation sa structure, damage sa insulation, discharge, o pollution flashover dahil sa mga pagbabago sa external environment o sa operasyon mode ng sistema, na maaaring makaapekto sa normal na operasyon ng circuit breaker. Ang specific situations ay may iba't ibang inspection cycles.

3.2 Formulating a Reasonable Maintenance Cycle

Ang regular inspections ay may layuning mas mabuting matukoy ang mga problema, habang ang regular maintenance ay maaaring mas mabuti na maiwasan ang maliit na defects na maging malaking accidents. Ang sumusunod ay ilang common maintenance items para sa circuit breakers.

• Ang cabinet maintenance ay dapat gawin kada anim na buwan. Ito ay may focus sa pag-check kung ang sealing strips, cabinet door hinges, at handles ay nasira, kung ang cabinet ay rusted, at kung ang grounding marks ay intact.

• Ang blocking maintenance ay dapat gawin kada buwan. Dapat gamitin ang fire-resistant blocking materials para sa blocking, at kung kinakailangan, ang insulating materials tulad ng fire-resistant boards upang masiguro ang tight blocking at iwasan ang pag-collapse ng blocking material.

• Ang maintenance ng dehumidification at heating devices at lighting devices ay dapat gawin kada quarter. Dapat matukoy kung ang dehumidification at heating devices ay gumagana nang normal batas sa environmental changes. Sa parehong oras, ito ay susuriin kung ang lighting devices sa loob ng cabinet ay normal, at kung ang kanilang contact switches at circuit wiring ay loose.

3.3 Establishing a Defect Handling Process

Ang mga defects na natukoy sa panahon ng inspections at maintenance ay dapat irecord, at ipagbigay alam nang agad batas sa kanilang severity. Pagkatapos, ang maintenance personnel ay dapat agad na gumawa ng experiments at maintenance work. Pagkatapos ng maintenance, ang operation at maintenance personnel ay responsable sa equipment acceptance, at ang equipment ay ilalagay lamang sa operasyon pagkatapos nitong dumampa. Sa pamamagitan ng buong proseso ng closed-loop management ng discovery-filing-reporting-handling-acceptance, hindi lamang maaaring mapalawig ang service life ng equipment, kundi maaari ring mabawasan ang occurrence ng mga accident, at mabuti na mabigay ang high-quality electric energy sa mga user.

3.4 Precautions for Acceptance

Ang circuit breakers ay dapat tanggapin at lumampas sa inspection bago ilagay sa operasyon pagkatapos ng bagong installation o maintenance. Sa panahon ng acceptance, dapat siguruhin na walang remnants mula sa maintenance sa circuit breaker; ang porcelain insulators ay malinis at hindi nasira; ang SF₆ gas pressure gauge at oil level gauge ay normal; ang hydraulic mechanism o spring mechanism ay maaaring mag-store ng energy nang normal; ang cabinet ay naka-seal nang maayos, at ang joints ay hindi loose o deformed; at ang position signals at abnormal alarm signals ay maaaring gumana nang tama.

4 Conclusion

Ang operation at maintenance management ng circuit breakers ay isang dynamic na proseso. Sa araw-araw na trabaho, dapat palakasin ang sense of responsibility ng operation at maintenance personnel. Dapat silang sunod-sunod sa regulasyon para sa corresponding inspections at maintenance, at dapat itayo ang reasonable closed-loop management system para sa equipment upang masiguro ang normal na operasyon ng equipment at ang stable na operasyon ng power grid.