Un breve análisis de los puntos clave para la operación y mantenimiento de interruptores de alta tensión SF6

1 Visión general

Los interruptores pueden conectar y desconectar circuitos según el modo de operación en condiciones normales. También pueden cortar rápidamente equipos defectuosos basándose en señales de protección secundaria cuando ocurre un fallo, o conectar el circuito para restaurar el suministro de energía después de que se elimine un fallo transitorio. Así, tienen las funciones duales de control y protección. Actualmente, hay más de cien subestaciones en la zona de Pingdingshan. En cada subestación, se requieren interruptores para cada línea de salida, cada lado de entrada de línea y la conexión de dos barras. Los interruptores de alta tensión SF₆ son ampliamente utilizados en subestaciones de 110 kV y 220 kV debido a sus ventajas como una fuerte capacidad de interrupción, velocidad de acción rápida, fácil mantenimiento y alta estabilidad.

Los interruptores de alta tensión están compuestos principalmente por contactos móviles, contactos fijos, cámaras de extinción del arco y partes conductoras. Los contactos móviles y fijos están ubicados dentro de la cámara de extinción del arco y se utilizan para interrumpir la corriente. El contacto fijo permanece en su lugar, y el contacto móvil es alimentado por el mecanismo de operación para permitir que el interruptor complete las operaciones de apertura y cierre. El mecanismo de operación está conectado al contacto móvil a través de un mecanismo de transmisión y una varilla aislante.

Aunque el rendimiento de los interruptores de alta tensión SF₆ comúnmente utilizados es relativamente completo en la actualidad, aún pueden ocurrir fallas durante la operación debido a cambios en la red eléctrica, el entorno externo y factores internos. Tomando como ejemplo los interruptores de alta tensión SF₆ utilizados en subestaciones de 220 kV, este artículo discute brevemente los problemas comunes durante su operación y las medidas de manejo correspondientes.

2 Análisis de los Problemas Existentes y Puntos Clave de Operación y Mantenimiento

Múltiples componentes de los interruptores de alta tensión SF₆, como el mecanismo de operación, el mecanismo de transmisión, la parte de extinción del arco y la parte conductora, son propensos a diversas fallas durante la operación. En la operación pasada de las subestaciones en la zona de Pingdingshan, se han producido los siguientes incidentes:

• Los interruptores de alta tensión SF₆ se vieron obligados a detenerse debido a fugas de gas SF₆.

• Se produjo un bloqueo por presión debido a una fuga grave de aceite en el mecanismo hidráulico, o falló el almacenamiento de energía debido a anomalías en el mecanismo de resorte, lo que resultó en la incapacidad de los interruptores de alta tensión SF₆ para interrumpir la corriente normalmente.

• El interruptor se negó a operar debido a problemas dentro del mecanismo, como un circuito de control roto, impidiendo que cumpla con los requisitos de apertura y cierre.

• Los interruptores de alta tensión SF₆ se dañaron debido a la fractura de aisladores de porcelana.

• El sobrecalentamiento causado por problemas de conducción de corriente llevó a la incapacidad de los interruptores de alta tensión SF₆ para operar normalmente.

• El interruptor sufrió diversos grados de daño y no pudo mantener la operación normal debido a la influencia del entorno externo o al daño en la parte aislante.

Estos problemas pueden causar cierto daño a los interruptores de alta tensión SF₆ en diferentes grados y afectar su operación normal. Durante la inspección y el mantenimiento diario, se debe prestar más atención a la inspección de estos componentes de los interruptores de alta tensión SF₆ para mejorar la confiabilidad del suministro de energía del sistema eléctrico. A continuación, se analizan individualmente los problemas mencionados anteriormente.

2.1 Parte de Extinción del Arco

Los interruptores de alta tensión SF₆ deben tener suficiente capacidad de soplado de arco y fortaleza de recuperación dieléctrica para prevenir eficazmente la reencendido del arco en el cruce cero de la corriente. El proceso de extinción del arco de los interruptores de alta tensión SF₆ tiene lugar en la cámara de extinción del arco, que está compuesta principalmente por contactos principales móviles y fijos, contactos de arco móviles y fijos, boquillas grandes y pequeñas, un cilindro de compresión y un pistón. Específicamente:

• Los contactos principales llevan la corriente cuando el interruptor está operando normalmente.

• Los contactos de arco están conectados en paralelo con los contactos principales, y su recorrido de contacto es mayor que el de los contactos principales. Pueden soportar toda la erosión del arco durante la interrupción o cierre de la corriente, protegiendo así los contactos principales de daños.

• Las boquillas limitan la dirección y velocidad del flujo de gas de chorro para lograr el mejor efecto de soplado de arco.

• El pistón comprime el gas en el cilindro de compresión cuando el contacto móvil se mueve, aumentando la presión del gas en el cilindro para alcanzar la presión óptima de soplado de arco.

Durante la operación, la fuga de gas SF₆ afectará directamente la operación estable del interruptor. Cuando la presión del gas cae por debajo del umbral, el interruptor emitirá una alarma o quedará bloqueado debido a baja presión. En este caso, puede ocurrir un fallo, potencialmente expandiendo el área de corte de energía.

2.2 Parte Mecánica

El rendimiento mecánico de los interruptores de alta tensión SF₆ determina directamente su capacidad de extinción del arco y afecta su velocidad y tiempo de apertura y cierre. La parte mecánica se puede dividir aproximadamente en el mecanismo de operación y el mecanismo de transmisión. Según los datos estadísticos sobre fallas de interruptores, el 63.2% de las fallas de interruptores en China son causadas por el mecanismo de operación.

Los mecanismos de operación de los interruptores SF₆ utilizados en subestaciones de 110 kV y superiores en la zona de Pingdingshan se dividen aproximadamente en mecanismos hidráulicos y mecanismos de resorte. Los mecanismos de resorte son ampliamente utilizados debido a sus ventajas como estructura mecánica simple, fácil mantenimiento, rápida velocidad de respuesta, amigable con el medio ambiente y bajo costo. Sin embargo, a medida que aumenta el tiempo de operación, la elasticidad del resorte se debilitará. Puede haber situaciones en las que el interruptor no pueda cortar la corriente de fallo debido a la falta de almacenamiento de energía del resorte de apertura, o el recierre falle porque el resorte de cierre no pueda almacenar energía durante el recierre.

Los mecanismos hidráulicos tienen las ventajas de mayor confiabilidad, mayor seguridad y una vida útil más larga. Cuando el valor hidráulico cae por debajo del umbral, se activará el bloqueo por cero presión para evitar la apertura lenta debido a la pérdida de presión. El sistema de control iniciará el motor para aumentar la presión, y después de un tiempo establecido, el relé de tiempo cortará el circuito de control para detener el aumento de presión.

Además, los mecanismos de transmisión, como varillas de conexión, bielas y ejes rotativos, juegan un papel importante en el proceso de apertura y cierre. Al recibir señales de apertura y cierre, los resortes de apertura y cierre liberan energía y conducen los contactos para completar las tareas de apertura y cierre a través de mecanismos de transmisión como varillas de conexión y bielas. Si las varillas de conexión, bielas o ejes rotativos están deformados o rajados, afectarán la transmisión normal durante la apertura y cierre del interruptor.

2.3 Entorno de Operación

Los interruptores SF₆ de tipo exterior también deben prestar atención al impacto de los cambios en el entorno de operación durante la operación. Por ejemplo, en condiciones de fuertes vientos, los cables pueden oscilar significativamente o atrapar objetos extraños. Cuando un rayo golpea la red eléctrica o el sistema de tierra, pueden ocurrir sobretensiones, causando que el interruptor salte. En condiciones de lluvia o nieve, la superficie del interruptor es propensa a la humedad, lo que puede formar descargas coronales. Si la superficie está contaminada, pueden ocurrir flashovers de contaminación más serios. En caso de acumulación de nieve o hielo, las uniones pueden sobrecalentarse. Cuando la temperatura cambia bruscamente, el nivel de aceite y la presión de gas del interruptor también pueden cambiar bruscamente, resultando en una disminución del rendimiento aislante y afectando su velocidad de apertura y cierre.

2.4 Parte Aislante

La parte aislante sirve para aislar el equipo del aire. Los materiales aislantes comúnmente utilizados incluyen aisladores de porcelana, aisladores compuestos y aisladores de silicona. Actualmente, el aislamiento externo de los interruptores SF₆ en la zona de Pingdingshan está hecho principalmente de porcelana.

Durante la operación, el rendimiento aislante de los aisladores de porcelana puede deteriorarse severamente o incluso perderse debido a factores como mala calidad, instalación no calificada, cambios bruscos de temperatura o sobretensiones excesivas. Si el aislamiento externo de los interruptores de alta tensión SF₆ está sometido a tensiones desiguales durante la instalación, el daño al aislamiento externo empeorará durante la operación a largo plazo. En casos graves, pueden ocurrir grietas o roturas en la superficie de la porcelana.

Además, los cambios bruscos en la temperatura externa pueden reducir significativamente la resistencia a la flexión y a la tracción de los materiales aislantes. Si se aplican fuerzas mecánicas en este momento, la parte aislante puede dañarse o incluso perforarse. Cuando el aislamiento externo está sometido a sobretensiones, puede desencadenar descargas parciales. Si hay polvo o suciedad en la superficie del aislamiento externo, y el entorno es húmedo, puede ocurrir un flashover de contaminación bajo la acción de un campo eléctrico de alta tensión.

3 Medidas Correctivas

Dado que hay muchas líneas de salida en las subestaciones de 220 kV, y en consecuencia, un gran número de interruptores SF₆, para reducir la ocurrencia de los problemas mencionados anteriormente, se debe formular un ciclo de inspección y mantenimiento razonable, establecer un proceso completo de manejo de defectos y un estándar de aceptación de equipos, centrarse en la prevención de accidentes y establecer un sistema de gestión de bucle cerrado completo.

3.1 Formulación de un Ciclo de Inspección Razonable

La operación normal de los interruptores depende de la inspección diaria por parte del personal de operación y mantenimiento. Al formular un ciclo de inspección razonable, se pueden detectar oportunamente los defectos en los interruptores, evitando que los defectos se expandan y causen accidentes. A continuación, se describen brevemente los puntos clave a tener en cuenta durante la inspección de los interruptores de alta tensión SF₆ de 220 kV.

• Las inspecciones rutinarias deben realizarse al menos una vez por semana. Esto implica principalmente inspecciones rutinarias del aspecto del interruptor, sonidos anormales, fugas de equipo, entorno de operación, y seguimiento e inspección de defectos y peligros potenciales. Se debe prestar especial atención a verificar si el valor de presión y el nivel de aceite del interruptor de alta tensión SF₆ están dentro del rango normal, registrar el valor de presión, observar si el color del aceite es normal y si se puede realizar el almacenamiento de energía normalmente.

• Las inspecciones integrales deben realizarse al menos una vez al mes. Basándose en las inspecciones rutinarias, se abren las puertas de los gabinetes de los equipos en la subestación para su inspección. Se registran datos operativos como el valor de presión de gas y el nivel de aceite del interruptor; se verifica si las puertas de los gabinetes del interruptor están bien cerradas, si los orificios están bien sellados y si los dispositivos de deshumidificación y control de temperatura pueden funcionar normalmente; si los bobinados de apertura y cierre tienen cambios de color, olores anormales o signos de quemadura; si el mecanismo de operación y el mecanismo de transmisión del interruptor son normales; y si el cableado secundario tiene sobrecalentamiento, aflojamiento o ruptura.

• La inspección en la oscuridad debe realizarse al menos una vez al mes. Esto se refiere a las inspecciones realizadas por la noche con las luces apagadas, centrándose en verificar si los conductores, uniones y abrazaderas están sobrecalentados y si hay alguna descarga en el aislamiento externo.

• Las inspecciones especiales se realizan para prevenir que el interruptor falle, se niegue a operar, se deforme en su estructura, sufra daños en el aislamiento, descargue o experimente flashovers de contaminación debido a cambios en el entorno externo o en el modo de operación del sistema, lo que puede afectar la operación normal del interruptor. Las situaciones específicas tienen diferentes ciclos de inspección.

3.2 Formulación de un Ciclo de Mantenimiento Razonable

Las inspecciones regulares están destinadas a detectar mejor los problemas, mientras que el mantenimiento regular puede prevenir mejor que pequeños defectos se conviertan en accidentes mayores. A continuación, se presentan varios elementos de mantenimiento comunes para los interruptores.

• El mantenimiento del gabinete se realiza cada seis meses. Se enfoca en verificar si las tiras de sellado, las bisagras y las manijas de las puertas del gabinete están dañadas, si el gabinete está oxidado y si las marcas de tierra están intactas.

• El mantenimiento de sellado se realiza una vez al mes. Se deben utilizar materiales de sellado ignífugos, y si es necesario, materiales aislantes como tableros ignífugos para asegurar un sellado ajustado y evitar que el material de sellado colapse.

• El mantenimiento de los dispositivos de deshumidificación y calefacción, y de los dispositivos de iluminación, se realiza una vez al trimestre. Se determina si los dispositivos de deshumidificación y calefacción están funcionando normalmente según los cambios ambientales. Al mismo tiempo, se verifica si los dispositivos de iluminación dentro del gabinete son normales, y si sus interruptores de contacto y cableado de circuito están sueltos.

3.3 Establecimiento de un Proceso de Manejo de Defectos

Los defectos encontrados durante las inspecciones y el mantenimiento deben registrarse y reportarse oportunamente según su gravedad. Posteriormente, el personal de mantenimiento debe realizar pruebas y trabajos de mantenimiento de manera oportuna. Después del mantenimiento, el personal de operación y mantenimiento es responsable de la aceptación del equipo, y el equipo solo se pone en operación después de pasar la aceptación. A través de la gestión de bucle cerrado integral de detección - registro - reporte - manejo - aceptación, no solo se puede extender la vida útil del equipo, sino también reducir la ocurrencia de accidentes y proporcionar mejor energía eléctrica de alta calidad a los usuarios.

3.4 Precauciones para la Aceptación

Los interruptores deben ser aceptados y pasar la inspección antes de ponerse en operación después de una nueva instalación o mantenimiento. Durante la aceptación, se debe asegurar que no haya restos de mantenimiento en el interruptor; que los aisladores de porcelana estén limpios y sin daños; que el manómetro de gas SF₆ y el indicador de nivel de aceite sean normales; que el mecanismo hidráulico o de resorte pueda almacenar energía normalmente; que el gabinete esté bien sellado, y que las uniones no estén sueltas ni deformadas; y que las señales de posición y las señales de alarma anormal puedan funcionar correctamente.

4 Conclusión

La gestión de operación y mantenimiento de los interruptores es un proceso dinámico. En el trabajo diario, se debe fortalecer el sentido de responsabilidad del personal de operación y mantenimiento. Deben seguir estrictamente las regulaciones para las inspecciones y el mantenimiento correspondientes, y formular un sistema de gestión de bucle cerrado razonable para el equipo para garantizar la operación normal del equipo y la operación estable de la red eléctrica.