En kort analyse af de vigtigste punkter for drift og vedligeholdelse af højspændings SF6-brydere

1 Oversigt

Kredsløbsbrydere kan forbinde og afbryde kredsløb i overensstemmelse med driftsmodus under normale forhold. De kan også hurtigt afbryde defekt udstyr baseret på sekundære beskyttelsessignaler, når en fejl opstår, eller forbinde kredsløbet for at genoprette strømforsyningen efter en midlertidig fejl er fjernet. Dermed har de den dobbelte funktion af kontrol og beskyttelse. I øjeblikket findes der mere end et hundrede stærkeanlæg i Pingdingshan-området. I hvert stærkeanlæg er kredsløbsbrydere nødvendige for hver udgående ledning, hver indgående ledningsside og forbindelsen af dobbelt busbar. Højspændings SF₆-kredsløbsbrydere anvendes bredt i 110 kV og 220 kV-stærkeanlæg på grund af deres fordele som stærk brydningsevne, hurtig reaktionshastighed, let vedligeholdelse og høj stabilitет.

Højspændingskredsløbsbrydere består hovedsageligt af bevægelige kontakter, faste kontakter, bukkeslukningskamre og ledningsdele. De bevægelige og faste kontakter befinder sig inde i bukkeslukningskammeret og bruges til at afbryde strømmen. Den faste kontakt forbliver på plads, og den bevægelige kontakt drevet af driftsmekanismen gør det muligt for kredsløbsbryderen at udføre åbne og lukke operationer. Driftsmekanismen er forbundet til den bevægelige kontakt gennem en transmissionsmekanisme og en isolerende trækstang.

Selvom ydeevnen af ofte anvendte højspændings SF₆-kredsløbsbrydere i øjeblikket er relativt komplet, kan fejl stadig opstå under drift på grund af ændringer i strømnettet, eksterne miljøforhold og interne faktorer. Med højspændings SF₆-kredsløbsbrydere anvendt i 220 kV-stærkeanlæg som eksempel, diskuteres her kort de almindelige problemer under deres drift samt de tilsvarende håndteringsforanstaltninger.

2 Analyse af eksisterende problemer og nøglepunkter for drift og vedligeholdelse

Flere komponenter af højspændings SF₆-kredsløbsbrydere, som f.eks. driftsmekanismen, transmissionsmekanismen, bukkeslukningsdelene og strømførende dele, er udsat for forskellige fejl under drift. Under tidligere drift i stærkeanlæg i Pingdingshan-området har følgende hændelser fundet sted:

• Højspændings SF₆-kredsløbsbrydere blev tvunget til at stoppe drift pga. SF₆-gasudløb.

• Tryk-lås skete pga. alvorligt olieudløb i hydrauliske mekanismer, eller energilagring mislykkedes pga. anomalier i forspringmekanismer, hvilket resulterede i, at højspændings SF₆-kredsløbsbryderen ikke kunne afbryde strøm normalt.

• Kredsløbsbryderen nægtede at fungere pga. problemer inden for mekanismen selv, såsom en brudt kontrolkreds, hvilket forhindrede den i at opfylde kravene for åbning og lukning.

• Højspændings SF₆-kredsløbsbrydere blev skadet pga. porcelænsisolatorbrud.

• Overophedning forårsaget af strømføringsspørgsmål førte til, at højspændings SF₆-kredsløbsbryderen ikke kunne fungere normalt.

• Kredsløbsbryderen lidt i varierende grad skade og kunne ikke opretholde normal drift pga. påvirkning fra eksternt miljø eller skade på isolationsdel.

Disse problemer kan forårsage visse skader på højspændings SF₆-kredsløbsbryderen i varierende grad og påvirke dens normale drift. Under daglige inspektioner og vedligeholdelse bør mere opmærksomhed rettes mod at inspicere disse komponenter af højspændings SF₆-kredsløbsbryderne for at forbedre strømforsyningens pålidelighed i strømsystemet. Nedenfor følger en individuel analyse af de ovennævnte problemer.

2.1 Bukkeslukningsdel

Højspændings SF₆-kredsløbsbrydere skal have tilstrækkelig bukkeblæsendekapacitet og dielektrisk gendannelsesstyrke for effektivt at forhindre bukkegenoplivning ved strøm nulpunkt. Bukkeslukningsprocessen for højspændings SF₆-kredsløbsbrydere foregår i bukkeslukningskammeret, som primært består af bevægelige og faste hovedkontakter, bevægelige og faste bukkekontakter, store og små mundstykker, en komprimeringscylinder og en kolben. Specifikt:

• Hovedkontakterne bærer strømmen, når kredsløbsbryderen fungerer normalt.

• Bukkekontakterne er parallelt forbundet med hovedkontakterne, og deres kontaktrejse er større end hovedkontakternes. De kan klare alt bukkeerosion under strømafbrydning eller lukning, hvilket beskytter hovedkontakterne mod skade.

• Mundstykkerne begrænser strømretningen og hastigheden af jetgas for at opnå den bedste bukkeblæsendeeffekt.

• Kolben komprimerer gas i komprimeringscylinderen, når den bevægelige kontakt bevæger sig, hvilket øger gaspresset i cylindren til at nå det optimale bukkeblæsendegaspresset.

Under drift vil SF₆-gasudløb direkte påvirke den stabile drift af kredsløbsbryderen. Når gaspresset falder under tærsklen, vil kredsløbsbryderen sende en alarm eller blive låst pga. lavt tryk. I dette tilfælde kan en fejl opstå, hvilket potentielt kan udvide strømafbrydelsesområdet.

2.2 Mekanisk del

Den mekaniske ydeevne af højspændings SF₆-kredsløbsbrydere bestemmer direkte deres bukkeslukningskapacitet og påvirker deres åbnings- og lukningshastighed og -tid. Den mekaniske del kan groft opdeles i driftsmechanismen og transmissionsmekanismen. Ifølge statistik over kredsløbsbryderfejl er 63,2% af kredsløbsbryderfejl i Kina forårsaget af driftsmechanismen.

Driftsmechanismerne for SF₆-kredsløbsbrydere anvendt i 110 kV og højere stærkeanlæg i Pingdingshan-området er groft opdelt i hydrauliske mekanismer og forspringmekanismer. Forspringmekanismer anvendes bredt på grund af deres fordele som simpel mekanisk struktur, let vedligeholdelse, hurtig respons, miljøvenlighed og lav omkostning. Dog vil elasticiteten af forspringet svække, når driftstiden øges. Der kan være situationer, hvor kredsløbsbryderen ikke kan afbryde fejlstrømmen pga. manglende energilagring i åbningsforspringet, eller reclosing mislykkes, fordi lukningsforspringet ikke kan lagre energi under reclosing.

Hydrauliske mekanismer har fordele som stærkere pålidelighed, højere sikkerhed og længere levetid. Når hydrauliske værdier falder under tærsklen, aktiveres nultryk-lås for at undgå langsom åbning pga. trykmist. Kontrolsystemet starter motoren for at øge presset, og efter en angivet tid vil tidsrelæet afbryde kontrolkredsen for at stoppe trykøgning.

Desuden spiller transmissionsmekanismer som forbindelsesstænger, krydslager og roterende akser en vigtig rolle i åbning og lukning. Når åbning- og lukningssignaler modtages, frigiver åbning- og lukningsforspringene energi og driver kontakterne til at fuldføre åbning- og lukningstasker gennem transmissionsmekanismer som forbindelsesstænger og krydslager. Hvis forbindelsesstænger, krydslager eller roterende akser er deformerede eller sprukket, vil det påvirke den normale transmission under åbning og lukning af kredsløbsbryderen.

2.3 Driftsmiljø

Udendørs SF₆-kredsløbsbrydere bør også holde øje med påvirkningen af ændringer i driftsmiljøet under drift. For eksempel kan ledninger svinge betydeligt eller fremmede objekter blive fanget i dem under stærke vindforhold. Når lyn rammer strømnettet eller jordingsystemet, kan overspændingsfluktioner opstå, hvilket kan føre til, at kredsløbsbryderen springer. Under regn eller sne er overfladen af kredsløbsbryderen belejret med fugt, hvilket kan danne koronauld. Hvis overfladen er forurenet, kan der opstå mere alvorlige forureningsflak. Ved snedannelse eller isdannelser kan leddene overophedes. Når temperaturen ændrer sig pludseligt, kan olieniveauet og gaspresset i kredsløbsbryderen også ændres pludseligt, hvilket fører til en nedgang i isolationsydeevnen og påvirker dets åbnings- og lukningshastighed.

2.4 Isoleringsdel

Isoleringsdelen har til formål at adskille udstyret fra luften. Almindelige isoleringsmaterialer inkluderer porcelænsisolatorer, kompositisolatorer og silikonkautschukisolatorer. I øjeblikket er den eksterne isolation af SF₆-kredsløbsbrydere i Pingdingshan-området mest lavet af porcelæn.

Under drift kan isolationsydeevnen af porcelænsisolatorer alvorligt aftage eller endda tabes pga. faktorer som egen dårlig kvalitet, ugyldig installation, pludselige temperaturændringer eller overdrevent overspændingsfluktioner. Hvis den eksterne isolation af højspændings SF₆-kredsløbsbryderne er ulige fordelt under installation, vil skaden på den eksterne isolation forværres under langvarig drift. I alvorlige tilfælde kan der opstå riss eller brud på overfladen af porcelænet.

Desuden kan pludselige ændringer i den eksterne temperatur betydeligt reducere bøjning- og strækstyrken af isoleringsmaterialerne. Hvis der påføres mekaniske kræfter i denne periode, kan isolationsdelen blive skadet eller endda perforeret. Når den eksterne isolation udsættes for overspænding, kan det udløse partielle udslip. Hvis der er støv eller smurt på overfladen af den eksterne isolation, og miljøet er fugtigt, kan forureningsflak opstå under virkning af et højt spændingsfelt.

3 Foranstaltninger

Eftersom der findes mange udgående ledninger i 220 kV-stærkeanlæg, og dermed en stor mængde SF₆-kredsløbsbrydere, bør en rimelig inspektionscyklus og vedligeholdelsescyklus udformes, en kompleks defekthanteringsproces og udstyrsgodkendelsesstandard etableres, med fokus på ulykkesforebyggelse, og et komplet lukket cirkelsystem etableres.

3.1 Udformning af en rimelig inspektionscyklus

Den normale drift af kredsløbsbrydere afhænger af daglige inspektioner af drifts- og vedligeholdelsespersonale. Ved at udforme en rimelig inspektionscyklus kan fejl i kredsløbsbryderne opdages i tide, forhindre fejl i at udvikle sig og forårsage ulykker. Nedenfor beskrives kort de vigtigste punkter, der skal noteres under inspektion af 220 kV højspændings SF₆-kredsløbsbrydere.

• Rutineinspektioner bør udføres mindst en gang om ugen. Dette indebærer hovedsageligt rutineinspektioner af kredsløbsbryderens udseende, abnorme lyde, udstyrslæk, driftsmiljø og overvågning og inspektion af fejl og potentielle farer. Særlig opmærksomhed bør rettes mod at kontrollere, om trykværdien og olieniveauet for højspændings SF₆-kredsløbsbryderen ligger inden for det normale område, optage trykværdien, observere, om olieredden er normal, og om energilagring kan udføres normalt.

• Komplette inspektioner bør udføres mindst en gang om måneden. Baseret på rutineinspektioner åbnes kabinetdøre til udstyr i stærkeanlæget for inspektion. Driftsdata som gaspressenværdien og olieniveauet for kredsløbsbryderen optages; det kontrolleres, om kabinetdøre til kredsløbsbryderen er godt lukket, om hullerne er godt blokerede, og om avlhårdhed- og temperaturkontrolenheder kan fungere normalt; om åbning- og lukningsbobiner har fargen forandret, abnorme lugt eller tegn på brand; om drifts- og transmissionsmekanismer for kredsløbsbryderen er normale; og om sekundære kabler har overophedning, løshed eller brud.

• Inspektion i mørke bør udføres mindst en gang om måneden. Dette refererer til inspektioner udført om natten med lys slukket, med fokus på at kontrollere, om ledninger, forbindelser og klamper har overophedning, og om der er nogen udslip på den eksterne isolation.

• Specielle inspektioner udføres for at forhindre, at kredsløbsbryderen fejlagtigt funktionerer, nægter at fungere, strukturelt deformeres, lider skade, udslip eller forureningsflak pga. ændringer i det eksterne miljø eller driftsmodus for systemet, som kan påvirke den normale drift af kredsløbsbryderen. Specifikke situationer har forskellige inspektionscykluser.

3.2 Udformning af en rimelig vedligeholdelsescyklus

Regelmæssige inspektioner er rettet mod at bedre opdage problemer, mens regelmæssigt vedligeholdelse kan bedre forhindre, at små fejl udvikler sig til store ulykker. Nedenfor er flere almindelige vedligeholdelsesposter for kredsløbsbrydere.

• Kabinetvedligeholdelse udføres én gang hvert halve år. Det fokuserer på at kontrollere, om tætpakninger, kabinetdørhinge og håndtag er skadet, om kabinetet er rustet, og om jordningsmærker er intakte.

• Blokeringsvedligeholdelse udføres én gang om måneden. Brandbestandige blokeringsmaterialer bør anvendes til blokering, og hvis nødvendigt, anvendes isolerende materialer som brandbestandige plader for at sikre tæt blokering og forhindre, at blokeringsmateriale kollapseder.

• Vedligeholdelse af avlhårdhed- og opvarmningsenheder og belysningsenheder udføres én gang pr. kvartal. Det fastslås, om avlhårdhed- og opvarmningsenheder fungerer normalt i overensstemmelse med miljøændringer. Samtidig kontrolleres, om belysningsenhederne i kabinetet er normale, og om deres kontaktswitcher og kredsslange er løse.

3.3 Etablering af en defekthanteringsproces

Fejl, der opdages under inspektioner og vedligeholdelse, bør registreres, og rapporteres i tide ifølge deres alvorlighed. Senere bør vedligeholdelsespersonale hurtigt udføre forsøg og vedligeholdelsesarbejde. Efter vedligeholdelse er drifts- og vedligeholdelsespersonale ansvarlige for udstyrgodkendelse, og udstyret sættes kun i drift, når det er godkendt. Gennem hel-processen lukket cirkelmanagement af opdagelse - registrering - rapportering - behandling - godkendelse, kan ikke blot udstyrets levetid forlænges, men også antallet af ulykker reduceres, og højkvalitativ elektricitet kan bedre leveres til brugere.

3.4 Forholdsregler for godkendelse

Kredsløbsbrydere bør godkendes og passere inspektion, inden de sættes i drift efter nyinstallation eller vedligeholdelse. Under godkendelse bør det sikres, at der ikke findes rester fra vedligeholdelse på kredsløbsbryderen; porcelænsisolatorerne er rene og uskadede; SF₆-gasmanometeret og olieniveaumanometeret er normale; hydrauliske mekanismer eller forspringmekanismer kan lagre energi normalt; kabinetet er godt tæt, og forbindelserne ikke er løse eller deformerede; og positionsignal- og abnorme alarmsignal kan fungere korrekt.

4 Konklusion

Drifts- og vedligeholdelsesledelsen af kredsløbsbrydere er en dynamisk proces. I daglig arbejde bør ansvarsfølelsen hos drifts- og vedligeholdelsespersonale styrkes. De bør nøje følge reguleringerne for tilsvarende inspektioner og vedligeholdelse, og et rimeligt lukket cirkelsystem for udstyr bør udformes for at sikre det normale drift af udstyr og det stabile drift af strømnettet.