Eine kurze Analyse der wesentlichen Punkte für die Betriebs- und Instandhaltung von Hochspannungs-SF6-Schaltgeräten

1 Übersicht

Schaltgeräte können Schaltkreise gemäß dem Betriebsmodus unter normalen Bedingungen verbinden und trennen. Bei einem Fehler können sie aufgrund von Sekundärschutzsignalen fehlerhafte Geräte schnell abschalten oder den Schaltkreis nach Beseitigung eines vorübergehenden Fehlers wieder verbinden, um die Stromversorgung wiederherzustellen. Sie haben also die doppelte Funktion der Steuerung und des Schutzes. Derzeit gibt es in der Region Pingdingshan mehr als hundert Umspannwerke. In jedem Umspannwerk werden für jede Ausgangsleitung, jede Eingangsseite und die Verbindung von Doppelbusleitungen Schaltgeräte benötigt. Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ werden in 110 kV- und 220 kV-Umspannwerken aufgrund ihrer Vorteile wie starker Unterbrechungskapazität, schneller Wirkungszeit, einfacher Wartung und hoher Stabilität weit verbreitet eingesetzt.

Hochspannungsschaltgeräte bestehen hauptsächlich aus beweglichen Kontakten, festen Kontakten, Löschkammern und leitfähigen Teilen. Die beweglichen und festen Kontakte befinden sich innerhalb der Löschkammer und dienen zur Stromunterbrechung. Der feste Kontakt bleibt an Ort und Stelle, während der bewegliche Kontakt durch die Betriebsmechanik versorgt wird, um das Schaltgerät zu ermöglichen, Öffnungs- und Schließvorgänge abzuschließen. Die Betriebsmechanik ist über ein Übertragungsmechanik und einen isolierenden Zugstift mit dem beweglichen Kontakt verbunden.

Obwohl die Leistung gängiger Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ derzeit relativ vollständig ist, können bei deren Betrieb aufgrund von Änderungen im Stromnetz, äußeren Umgebungen und internen Faktoren immer noch Fehler auftreten. Am Beispiel von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆, die in 220 kV-Umspannwerken verwendet werden, wird in diesem Artikel kurz auf die häufig auftretenden Probleme während ihres Betriebs und entsprechende Maßnahmen eingegangen.

2 Analyse der bestehenden Probleme und Hauptpunkte der Instandhaltung

Mehrere Komponenten von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆, wie die Betriebsmechanik, das Übertragungsmechanik, der Löschteil und der Stromleiter, sind während des Betriebs anfällig für verschiedene Fehler. Im laufenden Betrieb der Umspannwerke in der Region Pingdingshan sind die folgenden Vorfälle aufgetreten:

• Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ mussten wegen eines SF₆-Gaslecks den Betrieb einstellen.

• Es kam zu einem Drucksperre aufgrund eines schweren Ölverlustes in der Hydraulikmechanik, oder die Energiespeicherung misslang aufgrund von Anomalien in der Federmechanik, wodurch die Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ nicht normal den Strom unterbrechen konnten.

• Das Schaltgerät weigerte sich, aufgrund von Problemen innerhalb der Mechanik selbst, wie einem gebrochenen Steuerkreis, zu funktionieren, was die Anforderungen zum Öffnen und Schließen nicht erfüllte.

• Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ wurden aufgrund eines Bruchs der Porzellanspanner beschädigt.

• Überhitzungen aufgrund von Stromleiterproblemen führten dazu, dass die Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ nicht normal arbeiten konnten.

• Das Schaltgerät erlitt unterschiedliche Grade von Schaden und konnte aufgrund des Einflusses der äußeren Umgebung oder Beschädigungen des Isolationsmaterials nicht normal arbeiten.

Diese Probleme können zu unterschiedlichen Grad bestimmte Schäden an Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ verursachen und ihren normalen Betrieb beeinträchtigen. Bei täglichen Inspektionen und Wartungsarbeiten sollte mehr Aufmerksamkeit auf die Prüfung dieser Komponenten von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ gelegt werden, um die Versorgungsreliabilität des Stromsystems zu verbessern. Im Folgenden erfolgt eine individuelle Analyse der oben genannten Probleme.

2.1 Löschteil

Hochspannungsschaltgeräte mit SF₆ müssen eine ausreichende Fähigkeit zum Blasen des Lichtbogens und eine ausreichende Wiederherstellung der Dielektrizitätsstärke besitzen, um effektiv eine Wiederentzündung des Lichtbogens beim Null-Durchgang des Stroms zu verhindern. Der Löschvorgang von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ findet in der Löschkammer statt, die hauptsächlich aus beweglichen und festen Hauptkontakten, beweglichen und festen Lichtbogenkontakten, großen und kleinen Düsen, einer Kompressionszelle und einem Kolben besteht. Konkret:

• Die Hauptkontakte tragen den Strom, wenn das Schaltgerät normal betrieben wird.

• Die Lichtbogenkontakte sind parallel zu den Hauptkontakten geschaltet, und ihr Kontaktweg ist größer als der der Hauptkontakte. Sie können alle Lichtbogenabnutzungen während der Stromunterbrechung oder -schließung aushalten und so die Hauptkontakte vor Schäden schützen.

• Die Düsen begrenzen die Flussrichtung und -geschwindigkeit des Strahlengases, um den besten Lichtbogenblaseffekt zu erzielen.

• Der Kolben komprimiert das Gas in der Kompressionszelle, wenn sich der bewegliche Kontakt bewegt, um den Gasdruck in der Zelle zu erhöhen und den optimalen Lichtbogenblasgasdruck zu erreichen.

Während des Betriebs beeinflusst ein SF₆-Gasleck direkt den stabilen Betrieb des Schaltgeräts. Wenn der Gasdruck unter den Schwellwert fällt, gibt das Schaltgerät eine Warnmeldung aus oder wird aufgrund eines niedrigen Drucks gesperrt. In diesem Fall kann ein Fehler auftreten, der möglicherweise die Stromausfallfläche erweitert.

2.2 Mechanischer Teil

Die mechanische Leistung von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ bestimmt direkt ihre Fähigkeit, den Lichtbogen zu löschen, und beeinflusst ihre Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und -zeit. Der mechanische Teil kann grob in die Betriebsmechanik und das Übertragungsmechanik unterteilt werden. Laut statistischen Daten über Schaltgerätfehler werden 63,2% der Schaltgerätfehler in China durch die Betriebsmechanik verursacht.

Die Betriebsmechaniken von SF₆-Schaltgeräten, die in Umspannwerken von 110 kV und darüber in der Region Pingdingshan verwendet werden, werden grob in hydraulische Mechaniken und Federmaschinen unterteilt. Federmaschinen werden aufgrund ihrer Vorteile wie einfache mechanische Struktur, einfache Wartung, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, Umweltfreundlichkeit und niedrige Kosten weit verbreitet eingesetzt. Allerdings schwächt sich die Elastizität der Feder mit zunehmender Betriebsdauer. Es kann vorkommen, dass das Schaltgerät den Fehlerstrom nicht unterbrechen kann, weil die Öffnungsfeder keine Energie speichern kann, oder dass das Wiederschließen fehlschlägt, weil die Schließfeder während des Wiederschließens keine Energie speichern kann.

Hydraulische Mechaniken haben die Vorteile einer stärkeren Zuverlässigkeit, höherer Sicherheit und längerer Lebensdauer. Wenn der Hydraulikwert unter den Schwellwert fällt, wird eine Null-Drucksperre aktiviert, um langsame Öffnungen aufgrund von Druckverlusten zu vermeiden. Das Steuersystem startet den Motor, um den Druck zu erhöhen, und nach einer eingestellten Zeit schaltet das Zeitrelais den Steuerkreis ab, um die Druckerhöhung zu stoppen.

Darüber hinaus spielen Übertragungsmechaniken wie Stangen, Kurbeln und Drehachsen eine wichtige Rolle im Öffnungs- und Schließprozess. Wenn Öffnungs- und Schließsignale empfangen werden, geben die Öffnungs- und Schließfedern Energie frei und treiben die Kontakte durch Übertragungsmechaniken wie Stangen und Kurbeln, um Öffnungs- und Schließaufgaben abzuschließen. Wenn Stangen, Kurbeln oder Drehachsen verformt oder gebrochen sind, beeinflusst dies die normale Übertragung während des Öffnens und Schließens des Schaltgeräts.

2.3 Betriebsumgebung

Auch draußen installierte SF₆-Schaltgeräte sollten während des Betriebs auf den Einfluss von Änderungen in der Betriebsumgebung achten. Zum Beispiel können bei starkem Wind die Leitungen stark schwingen oder Fremdkörper daran hängen bleiben. Bei Blitzschlag ins Stromnetz oder Erdungssystem können Überspannungsspitzen auftreten, die das Schaltgerät auslösen. Bei Regen oder Schnee neigt die Oberfläche des Schaltgeräts zur Feuchtigkeit, was zu einer Koronendischarge führen kann. Bei Verschmutzung kann es zu ernsteren Verschmutzungslichtbögen kommen. Bei Schneeverwehungen oder Eisbildung können die Verbindungen überhitzen. Bei plötzlichen Temperaturänderungen können auch der Ölstand und der Gasdruck des Schaltgeräts plötzlich ändern, was zu einer Abnahme der Isolationsleistung und einer Beeinträchtigung seiner Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit führt.

2.4 Isolierender Teil

Der isolierende Teil dient dazu, das Gerät von der Luft zu isolieren. Gängige Isoliermaterialien umfassen Porzellanspanner, Verbundspanner und Silikonkautschukspanner. Derzeit besteht die externe Isolation von SF₆-Schaltgeräten in der Region Pingdingshan hauptsächlich aus Porzellan.

Während des Betriebs kann die Isolierleistung von Porzellanspannern aufgrund von Faktoren wie schlechter Qualität, unqualifizierter Montage, plötzlichen Temperaturänderungen oder zu starken Überspannungsspitzen stark abnehmen oder sogar verloren gehen. Wenn die externe Isolation von Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ bei der Montage ungleichmäßig belastet wird, verschlimmert sich der Schaden an der externen Isolation während des langfristigen Betriebs. In schweren Fällen können Risse oder Brüche auf der Oberfläche des Porzellans auftreten.

Darüber hinaus kann plötzliche Änderungen der äußeren Temperatur die Biege- und Zugfestigkeit von Isoliermaterialien signifikant reduzieren. Wenn in diesem Moment mechanische Kräfte angewendet werden, kann der isolierende Teil beschädigt oder sogar durchstoßen werden. Wenn die externe Isolation einer Überspannung ausgesetzt ist, kann eine partielle Entladung ausgelöst werden. Wenn Staub oder Schmutz auf der Oberfläche der externen Isolation vorhanden ist und die Umgebung feucht ist, kann es unter dem Einfluss eines Hochspannungsfeldes zu Verschmutzungslichtbögen kommen.

3 Gegenmaßnahmen

Da es in 220 kV-Umspannwerken viele Ausgangsleitungen gibt und daher eine große Anzahl von SF₆-Schaltgeräten, sollten um die oben genannten Probleme zu reduzieren, ein vernünftiger Inspektionszyklus und Wartungszyklus formuliert, ein vollständiger Defekthandlingsprozess und ein Ausrüstungsannahmestandard etabliert, der Fokus auf Unfallprävention liegt, und ein vollständiges geschlossenes Managementsystem eingerichtet werden.

3.1 Formulierung eines vernünftigen Inspektionszyklus

Der normale Betrieb von Schaltgeräten hängt von der täglichen Inspektion durch Betriebs- und Wartungspersonal ab. Durch die Formulierung eines vernünftigen Inspektionszyklus können Mängel an Schaltgeräten rechtzeitig entdeckt werden, um zu verhindern, dass diese Mängel sich ausdehnen und zu Unfällen führen. Im Folgenden werden die wichtigsten Punkte kurz beschrieben, die bei der Inspektion von 220 kV-Hochspannungsschaltgeräten mit SF₆ beachtet werden sollten.

• Routineinspektionen sollten mindestens einmal pro Woche durchgeführt werden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Routineinspektionen des Äußeren des Schaltgeräts, ungewöhnlicher Geräusche, Ausrüstungsleckagen, Betriebsumgebung sowie Nachverfolgung und Inspektion von Mängeln und potenziellen Gefahren. Besondere Aufmerksamkeit sollte darauf gerichtet sein, ob der Druckwert und der Ölstand des Hochspannungsschaltgeräts mit SF₆ im normalen Bereich liegen, den Druckwert aufzuzeichnen, zu beobachten, ob die Ölfarbe normal ist, und ob die Energiespeicherung normal durchgeführt werden kann.

• Komplette Inspektionen sollten mindestens einmal im Monat durchgeführt werden. Basierend auf Routineinspektionen werden die Gehäusetüren der Ausrüstung im Umspannwerk geöffnet, um sie zu inspizieren. Betriebsdaten wie der Gasdruckwert und der Ölstandwert des Schaltgeräts werden aufgezeichnet; es wird überprüft, ob die Gehäusetüren des Schaltgeräts gut verschlossen sind, ob die Öffnungen gut abgedichtet sind, und ob die Entfeuchtungs- und Temperatursteuerungseinrichtungen normal arbeiten; ob die Öffnungs- und Schließspulen Farbveränderungen, ungewöhnliche Gerüche oder Anzeichen von Verbrennung aufweisen; ob die Betriebs- und Übertragungsmechanik des Schaltgeräts normal sind; und ob die sekundären Verdrahtungen überhitzen, locker sind oder gebrochen sind.

• Inspektionen im Dunkeln sollten mindestens einmal im Monat durchgeführt werden. Dies bezieht sich auf Inspektionen, die in der Nacht mit ausgeschaltetem Licht durchgeführt werden, mit dem Fokus darauf, ob die Leitungen, Verbindungen und Klammern überhitzen, und ob es an der externen Isolation Entladungen gibt.

• Spezielle Inspektionen werden durchgeführt, um zu verhindern, dass das Schaltgerät aufgrund von Änderungen in der äußeren Umgebung oder dem Betriebsmodus des Systems fehlerhaft, sich weigert zu funktionieren, strukturell deformiert, isolierend beschädigt, entlädt oder Verschmutzungslichtbögen erleidet, was den normalen Betrieb des Schaltgeräts beeinträchtigen könnte. Für spezifische Situationen gibt es unterschiedliche Inspektionszyklen.

3.2 Formulierung eines vernünftigen Wartungszyklus

Regelmäßige Inspektionen dienen dazu, Probleme besser zu erkennen, während regelmäßige Wartungen kleine Mängel besser verhindern, sich zu größeren Unfällen auszuweiten. Im Folgenden werden einige gängige Wartungsarbeiten für Schaltgeräte aufgelistet.

• Gehäusewartung wird alle sechs Monate durchgeführt. Dabei wird überprüft, ob die Dichtungsstreifen, Gehäuseangeln und Griffe beschädigt sind, ob das Gehäuse rostig ist, und ob die Erdmarkierungen intakt sind.

• Abdichtungswartung wird einmal im Monat durchgeführt. Es sollten brandschutzfähige Abdichtungsmaterialien verwendet werden, und falls erforderlich, sollten Isolierstoffe wie Brandschutzplatten verwendet werden, um eine enge Abdichtung sicherzustellen und das Einstürzen des Abdichtungsmaterials zu verhindern.

• Wartung der Entfeuchtungs- und Heizeinrichtungen sowie der Beleuchtungseinrichtungen wird einmal pro Quartal durchgeführt. Es wird entschieden, ob die Entfeuchtungs- und Heizeinrichtungen nach Umwelteinflüssen normal arbeiten. Gleichzeitig wird überprüft, ob die Beleuchtungseinrichtungen im Gehäuse normal sind und ob ihre Kontaktschalter und Leitungszuleitungen locker sind.

3.3 Etablierung eines Defekthandlingsprozesses

Bei Inspektionen und Wartungen festgestellte Mängel sollten aufgezeichnet und nach ihrer Schweregrad zeitgerecht gemeldet werden. Später sollten Wartungspersonal zeitgerecht Experimente und Wartungsarbeiten durchführen. Nach der Wartung sind die Betriebs- und Wartungspersonal für die Ausrüstungsannahme verantwortlich, und die Ausrüstung wird erst in Betrieb genommen, wenn sie die Annahme bestanden hat. Durch die gesamte Prozesskette der Entdeckung, Registrierung, Meldung, Behandlung und Annahme kann nicht nur die Lebensdauer der Ausrüstung verlängert, sondern auch die Auftretenshäufigkeit von Unfällen reduziert und hochwertige Elektrizität besser den Nutzern zur Verfügung gestellt werden.

3.4 Hinweise zur Annahme

Schaltgeräte sollten nach neuer Installation oder Wartung akzeptiert und geprüft werden, bevor sie in Betrieb genommen werden. Bei der Annahme sollte sichergestellt werden, dass am Schaltgerät keine Reste von der Wartung vorhanden sind; die Porzellanspanner sind sauber und unbeschädigt; der SF₆-Gasdruckmesser und der Ölstandmesser sind normal; die hydraulische Mechanik oder die Federmechanik kann normal Energie speichern; das Gehäuse ist gut abgedichtet, und die Verbindungen sind nicht locker oder verformt; und die Positions- und Fehlalarm-Signale können korrekt arbeiten.

4 Schlussfolgerung

Die Betriebs- und Wartungsverwaltung von Schaltgeräten ist ein dynamischer Prozess. Im täglichen Arbeit sollten das Verantwortungsbewusstsein des Betriebs- und Wartungspersonals gestärkt werden. Sie sollten die Bestimmungen für entsprechende Inspektionen und Wartungen strikt befolgen, und ein vernünftiges geschlossenes Managementsystem für Ausrüstungen etabliert werden, um den normalen Betrieb der Ausrüstung und den stabilen Betrieb des Stromnetzes sicherzustellen.