تحلیل مختصر از نقاط کلیدی در عملکرد و نگهداری شیرهای برش سیال SF6 با فشار بالا
1 نظرة عامة
يمكن للمفتاح الكهربائي الاتصال وفصل الدائرة حسب وضع التشغيل في الظروف العادية. يمكنه أيضًا قطع المعدات المعيبة بسرعة بناءً على إشارات الحماية الثانوية عند حدوث عطل، أو الاتصال بالدائرة لاستعادة تزويد الطاقة بعد القضاء على العطل المؤقت. وبالتالي، لديهم الوظائف الثنائية للتحكم والحماية. حاليا، هناك أكثر من مائة محطة تحويل في منطقة بيندينغشان. في كل محطة تحويل، يلزم وجود مفاتيح كهربائية لكل خط خرج، وكل جانب دخول، وربط الخطوط الأم. يتم استخدام مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي SF₆ بشكل واسع في محطات التحويل ذات الجهد 110 كيلوفولت و220 كيلوفولت بسبب مزاياها مثل قدرة القطع القوية، سرعة العمل السريعة، سهولة الصيانة، والاستقرار العالي.
تتكون مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي بشكل أساسي من جهات اتصال متحركة، جهات اتصال ثابتة، غرف إخماد القوس، وأجزاء موصلة. تتواجد الجهات المتحركة والثابتة داخل غرفة إخماد القوس وتستخدم لقطع التيار. يبقى الاتصال الثابت في مكانه، ويتم تشغيل الاتصال المتحرك بواسطة الآلية التشغيلية لتمكين المفتاح الكهربائي من إكمال عمليات الفتح والإغلاق. يتم ربط الآلية التشغيلية بالاتصال المتحرك عبر آلية نقل وإبرة عازلة.
على الرغم من أن أداء مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي SF₆ المستخدمة حاليًا نسبيًا كامل، إلا أنه قد يحدث أعطال أثناء التشغيل بسبب التغيرات في الشبكة الكهربائية، البيئة الخارجية، والعوامل الداخلية. مع الأخذ بمفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي SF₆ المستخدمة في محطات التحويل ذات الجهد 220 كيلوفولت كمثال، يناقش هذا المقال مشاكل التشغيل الشائعة والممارسات المناسبة للتعامل معها.
2 تحليل المشاكل الموجودة ونقاط التركيز في التشغيل والصيانة
تعرض العديد من مكونات مفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي SF₆، مثل الآلية التشغيلية، آلية النقل، الجزء المطفئ للقوس، وأجزاء التوصيل، لمجموعة متنوعة من الأعطال أثناء التشغيل. في التشغيل السابق لمحطات التحويل في منطقة بيندينغشان، حدثت الأحداث التالية:
يمكن لهذه المشاكل أن تسبب أضرارًا معينة لمفاتيح الدائرة ذات الجهد العالي SF₆不同程度的损坏，并影响其正常运行。在日常检查和维护过程中，应更加关注高压SF₆断路器这些部件的检查，以提高电力系统的供电可靠性。以下是对上述问题的单独分析。 **2.1 灭弧部分** 高压SF₆断路器必须具有足够的吹弧能力和介质恢复强度，以有效防止电流过零时电弧重燃。高压SF₆断路器的灭弧过程发生在灭弧室内，主要由动触头、静触头、动弧触头、静弧触头、大小喷嘴、压缩缸和活塞组成。具体来说： - 主触头在断路器正常运行时承载电流。 - 弧触头与主触头并联连接，其行程大于主触头。它们可以在电流中断或闭合时承受所有电弧侵蚀，从而保护主触头免受损坏。 - 喷嘴限制喷气流的方向和速度，以实现最佳的吹弧效果。 - 当动触头移动时，活塞压缩压缩缸内的气体，使缸内气体压力达到最佳吹弧气体压力。 在运行过程中，SF₆气体泄漏会直接影响断路器的稳定运行。当气体压力降至阈值以下时，断路器将发出警报或因低压而被锁定。在这种情况下，可能会发生故障，导致停电范围扩大。 **2.2 机械部分** 高压SF₆断路器的机械性能直接决定了其灭弧能力，并影响其分合闸速度和时间。机械部分大致可分为操作机构和传动机构。根据断路器故障统计数据，中国63.2%的断路器故障是由操作机构引起的。 平顶山地区110 kV及以上变电站使用的SF₆断路器的操作机构大致分为液压机构和弹簧机构。由于结构简单、易于维护、响应速度快、环保且成本低等优点，弹簧机构被广泛使用。然而，随着运行时间的增加，弹簧的弹性会减弱。可能出现的情况是，由于分闸弹簧无法储能，断路器无法切断故障电流，或者由于合闸弹簧在重合闸时无法储能而导致重合失败。 液压机构具有更强的可靠性、更高的安全性和更长的使用寿命。当液压值低于阈值时，将激活零压锁定，以避免因失压而慢分。控制系统将启动电机增压，并在设定时间后，时间继电器将切断控制回路停止增压。 此外，连杆、曲臂和转轴等传动机构在分合闸过程中起着重要作用。当接收到分合信号时，分合弹簧释放能量并通过连杆、曲臂等传动机构驱动触头完成分合任务。如果连杆、曲臂或转轴变形或开裂，将影响断路器分合闸过程中的正常传动。 **2.3 运行环境** 户外型SF₆断路器在运行过程中也应注意运行环境变化的影响。例如，在强风条件下，引线可能大幅摆动或缠绕异物。当雷击电网或接地系统时，可能发生过电压冲击，导致断路器跳闸。在雨雪天气中，断路器表面容易受潮，可能形成电晕放电。如果表面污染严重，可能发生更严重的污闪。在积雪或结冰的情况下，接头可能过热。当温度突然变化时，断路器的油位和气体压力也可能突然变化，导致绝缘性能下降，影响其分合闸速度。 **2.4 绝缘部分** 绝缘部分的作用是将设备与空气隔离开来。常用的绝缘材料包括瓷绝缘子、复合绝缘子和硅橡胶绝缘子。目前，平顶山地区的SF₆断路器外部绝缘大多采用瓷质。 在运行过程中，瓷绝缘子的绝缘性能可能会因自身质量差、安装不合格、温度突变或过电压冲击过大等因素而严重下降甚至丧失。如果高压SF₆断路器在安装时外部绝缘受力不均，长期运行会导致外部绝缘损坏加剧。严重情况下，瓷表面可能出现裂纹或断裂。 此外，外部温度的突然变化会显著降低绝缘材料的弯曲和拉伸强度。此时若施加机械力，绝缘部分可能会损坏甚至穿孔。当外部绝缘受到过电压作用时，可能会触发局部放电。如果外部绝缘表面有灰尘或污垢，且环境潮湿，高电场下可能发生污闪。 **3 对策** 由于220 kV变电站出线多，相应地，SF₆断路器数量也很多，为了减少上述问题的发生，应制定合理的检查周期和维护周期，建立完整的缺陷处理流程和设备验收标准，注重事故预防，建立完整的闭环管理体系。 **3.1 制定合理的检查周期** 断路器的正常运行依赖于运维人员的日常检查。通过制定合理的检查周期，可以及时发现断路器的缺陷，防止缺陷扩大造成事故。以下简要描述220 kV高压SF₆断路器检查的重点。 - 每周至少进行一次例行检查。这主要包括对断路器外观、异常声音、设备泄漏、运行环境以及缺陷和隐患的跟踪检查。特别要注意检查高压SF₆断路器的压力值和油位是否在正常范围内，记录压力值，观察油色是否正常，储能是否正常。 - 每月至少进行一次全面检查。在例行检查的基础上，打开变电站内设备柜门进行检查。记录断路器的气体压力值和油位值；检查断路器柜门是否紧闭，孔洞是否封堵良好，除湿温控装置能否正常工作；分合闸线圈是否有变色、异味或烧焦现象；断路器的操作机构和传动机构是否正常；二次接线是否有发热、松动或断裂。 - 每月至少进行一次夜间熄灯检查。这指的是在夜间关灯的情况下进行检查，重点检查引线、接头、夹具是否发热，外部绝缘是否有放电现象。 - 特殊检查是为了防止因外部环境或系统运行方式的变化导致断路器误动、拒动、结构变形、绝缘损坏、放电或污闪等问题，影响断路器的正常运行。具体情况有不同的检查周期。 **3.2 制定合理的维护周期** 定期检查是为了更好地发现问题，而定期维护则能更好地防止小缺陷发展成大事故。以下是断路器常见的几个维护项目。 - 每六个月进行一次柜体维护。重点检查密封条、柜门铰链和把手是否损坏，柜体是否生锈，接地标志是否完好。 - 每月进行一次封堵维护。封堵应使用防火封堵材料，必要时使用防火板等绝缘材料，确保封堵严密，防止封堵材料塌陷。 - 每季度进行一次除湿加热装置和照明装置的维护。根据环境变化确定除湿加热装置是否正常工作。同时检查柜内照明装置是否正常，接触开关和线路接线是否松动。 **3.3 建立缺陷处理流程** 在检查和维护过程中发现的缺陷应进行记录，并根据其严重程度及时上报。随后，维护人员应及时进行试验和维护工作。维护后，运维人员负责设备验收，只有通过验收后才能投入运行。通过发现-建档-上报-处理-验收的全过程闭环管理，不仅可以延长设备寿命，还能减少事故发生，更好地为用户提供高质量的电能。 **3.4 验收注意事项** 断路器在新安装或维护后应经过验收合格才能投入运行。在验收过程中，应确保断路器上无维护残留物；瓷绝缘子清洁无损；SF₆气体压力表和油位表正常；液压机构或弹簧机构能正常储能；柜体密封良好，接头无松动或变形；位置信号和异常报警信号能正确动作。 **4 结论** 断路器的运行维护管理是一个动态过程。在日常工作中，应加强运维人员的责任感，严格按照相关规定进行相应的检查和维护，制定合理的设备闭环管理体系，确保设备正常运行和电网稳定运行。
