Lyhyt analyysi koripaineen SF6-pyssyjen huoltoa ja toimintaa koskevista avainkohdista

1 Yleiskatsaus

Sähkökatkaisimet voivat yhdistää ja erottaa sähkövirtauksia normaaleissa toimintatilanteissa. Ne voivat myös nopeasti katkaista vialliset laitteet toissijaisen suojalaitteen signaalien perusteella, kun sattuu virhe, tai yhdistää virtapiirin palauttaakseen sähköntuotannon jälkeen tilapäisen virheen poistuttua. Niillä on siis kaksisuuntainen toiminto, jossa ne hallitsevat ja suojaavat. Tällä hetkellä Pingdingshan alueella on yli sata säiliöasemaa. Jokaisessa säiliöasemassa tarvitaan sähkökatkaisimia jokaiselle ulosmenolle, jokaiselle sisäänmenolle ja kaksinkertaisen pinnan yhdistämiseksi. Korkeanpaineiset SF₆-sähkökatkaisimet ovat laajalti käytössä 110 kV ja 220 kV säiliöasemissa niiden etujen vuoksi, kuten vahva katkaisukyky, nopea toiminta, helppo huolto ja korkea vakavuus.

Korkeanpaineiset sähkökatkaisimet koostuvat pääasiassa liikkuvista kosketuksista, paikallisista kosketuksista, tuletuspoistoista ja johtavista osista. Liikkuvat ja paikalliset kosketukset sijaitsevat tuletuspoiston sisällä ja käytetään sähkövirran keskeyttämiseen. Paikallinen kosketus pysyy paikallaan, ja liikkuvaa kosketusta ohjaa toimintamekanismi, joka mahdollistaa sähkökatkaisimen avauksen ja sulkemisen. Toimintamekanismi on yhteydessä liikkuvaan kosketukseen välitysmekanismien ja eristysputken kautta.

Vaikka yleisesti käytettyjen korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien suorituskyky on nykyisin suhteellisen täydellinen, toiminnassa voi edelleen ilmetä vioita verkon, ulkoisten olosuhteiden ja sisäisten tekijöiden muutosten vuoksi. Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti 220 kV säiliöasemissa käytettyjen korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien toiminnassa esiintyviä yleisiä ongelmia ja niiden käsittelytoimenpiteitä.

2 Olemassa olevien ongelmien analyysi ja huolto- ja ylläpidon painopisteet

Korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien useilla komponenteilla, kuten toimintamekanismeilla, välitysmekanismeilla, tuletuspoistoilla ja sähkövirtaohjaimilla, voi ilmetä toiminnassa erilaisia vioita. Pingdingshan alueen säiliöasemien aiemmassa toiminnassa on tapahtunut seuraavia asioita:

• Korkeanpaineiset SF₆-sähkökatkaisimet joutui lopettamaan toimintansa SF₆-kaasun vuodosta.

• Painepoisto aktivoitui hydraulisen mekanismin raskaasta öljynvuodosta, tai energian varastointi epäonnistui keihäänmekanismin poikkeamien vuoksi, mikä johti siihen, että korkeanpaineiset SF₆-sähkökatkaisimet eivät enää kyenneet katkaistamaan sähkövirrata normaalisti.

• Sähkökatkaisin kieltäytyi toimimasta mekanismin sisäisten ongelmien, kuten katkaisun ohjauspolun murtumisen, vuoksi, mikä esti sen vastaamasta avaamisen ja sulkemisen vaatimuksiin.

• Korkeanpaineiset SF₆-sähkökatkaisimet menettivät toimintakykynsä porcelaanisolatorin murtumisen vuoksi.

• Sähkövirtaohjaimen lämpenemisen vuoksi korkeanpaineiset SF₆-sähkökatkaisimet eivät enää kyenneet toimimaan normaalisti.

• Sähkökatkaisin kärsi eriasteisia vahingoja ja ei enää pystynyt ylläpitämään normaalia toimintaa ulkoisten olosuhteiden tai eristysohjaimen vaurioiden vaikutuksesta.

Nämä ongelmat voivat aiheuttaa korkeanpaineisille SF₆-sähkökatkaisimille eriasteisia vahinkoja ja vaikuttaa niiden normaaliin toimintaan. Arkipäivän tarkastuksissa ja huollossa näihin korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien komponentteihin tulisi kiinnittää enemmän huomiota parantaaksemme sähköverkon toimitusvarmuutta. Seuraavaksi analysoidaan näitä ongelmia yksityiskohtaisemmin.

2.1 Tuletuspoisto-osasto

Korkeanpaineisilla SF₆-sähkökatkaisimilla on oltava riittävä tuulenpuuska-kyky ja dielektrinen palautumiskyky, jotta voidaan tehokkaasti estää tuleksen uudelleensyntymistä nollakulman ylittäessä. Korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien tuletuspoisto tapahtuu tuletuspoiston sisällä, joka koostuu pääasiassa liikkuvista ja paikallisista kosketuksista, liikkuvista ja paikallisista arkuksen kosketuksista, suurista ja pienistä suuttimista, tiivistämisestä ja tyynystä. Tarkemmin ottaen:

• Paikalliset kosketukset kuljettavat sähkövirran, kun sähkökatkaisin toimii normaalisti.

• Arkuksen kosketukset ovat yhdensuuntaiset paikallisten kosketusten kanssa, ja niiden kosketuskulku on suurempi kuin paikallisten kosketusten. Ne voivat kestää kaiken arkuksen syövytyneisyysvirheen sähkövirran keskeyttämisessä tai sulkemisessa, suojaten siten paikallisia kosketuksia vahingolta.

• Suuttimet rajoittavat tyynysteen suunnan ja nopeuden, saavuttaakseen paras mahdollinen tuulenpuuskateho.

• Tyynys tiivistää kaasua tiivistämisessä, kun liikkuvat kosketukset liikkuvat, lisäämällä kaasupaineen tiivistämissisällä saavuttaakseen optimimaarisen tuulenpuuskakaasupaineen.

Toiminnassa SF₆-kaasun vuoto vaikuttaa suoraan sähkökatkaisimen vakavaan toimintaan. Kun kaasupaine laskee kynnysarvon alle, sähkökatkaisin antaa hälytyksen tai lukitsutaan pois alhaisesta paineesta. Tällöin saattaa syntyä vika, joka voi laajentaa sähkökatkaisun aluetta.

2.2 Mekaaninen osa

Korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien mekaaninen suorituskyky määrittelee suoraan niiden tuletuspoiston kyvyn ja vaikuttaa niiden avaamisen ja sulkemisen nopeuteen ja aikaan. Mekaaninen osa voidaan pääpiirteittäin jakaa toimintamekanismiin ja välitysmekanismiin. Sähkökatkaisimien vikoihin liittyvien tilastotietojen mukaan Kiinassa 63,2 % sähkökatkaisimien vikoista johtuu toimintamekanismista.

Pingdingshan alueen 110 kV:n ja yläpuolelle rakennetuissa säiliöasemissa käytetyt SF₆-sähkökatkaisimien toimintamekanismit voidaan pääpiirteittäin jakaa hydraulisiin mekanismeihin ja keihäänmekanismeihin. Keihäänmekanismit ovat laajalti käytössä niiden etujen vuoksi, kuten yksinkertainen mekaaninen rakenne, helppo huolto, nopea reaktionsuhde, ympäristöystävällisyys ja alhainen hinta. Kuitenkin ajan myötä keihään joustavuus heikkenee. On mahdollista, että sähkökatkaisin ei enää kykene katkaistamaan viallista sähkövirrata keihään avaamisen energia-varastoinnin puutteesta, tai uudelleensulkeminen epäonnistuu keihään sulkeutumisen energia-varastoinnin puutteesta.

Hydrauliset mekanismit ovat luotettavampia, turvallisempia ja pitkäkestoisempia. Kun hydraulinen arvo laskee kynnysarvon alapuolelle, nollapaineen lukitus aktivoituu, välttääkseen hitaan avaamisen paineen menettelyn vuoksi. Ohjausjärjestelmä käynnistää moottorin lisätäkseen painetta, ja asetettua aikaa myöhemmin aikarelay katkaisee ohjauspiiri pysäyttääkseen paineen lisäämisen.

Lisäksi välitysmekanismit, kuten levät, kiekot ja pyörähdysakselit, ovat tärkeitä avaamisen ja sulkemisen prosessissa. Kun vastaanotetaan avaamisen ja sulkemisen signaaleja, avaamisen ja sulkemisen keihäät vapauttavat energian ja ajavat kosketuksia suorittamaan avaamisen ja sulkemisen tehtäviä välitysmekanismien, kuten levien ja kiekkojen, kautta. Jos levät, kiekot tai pyörähdysakselit muovautuvat tai murtuvat, se vaikuttaa sähkökatkaisimen avaamisen ja sulkemisen normaaliin välitykseen.

2.3 Toimintaympäristö

Ulkoisissa SF₆-sähkökatkaisimissa on myös kiinnitettävä huomiota toimintaympäristön muutosten vaikutuksiin toiminnassa. Esimerkiksi voimakkaissa tuulessa johtotyypit voivat heilahtaa merkittävästi tai vierasaineet voivat jäädä kiinni niiden päälle. Kun salama iskee sähköverkkoon tai maanalaisiin järjestelmiin, voivat syntyä ylikannan surut, jotka saattavat aiheuttaa sähkökatkaisimen automaattisen katkaisun. Sadussa tai luntaessa sähkökatkaisimen pinta on altis kostuneisuudelle, mikä voi aiheuttaa korona-irtopisteen. Jos pinta on likainen, voi syntyä vakavampi saasteen aiheuttama irtopiste. Lumisadon tai jäätymisen tapauksessa solmut voivat ylilämpenä. Kun lämpötila vaihtelee nopeasti, sähkökatkaisimen öljyn taso ja kaasupaine voivat myös vaihdella nopeasti, mikä heikentää eristysominaisuuksia ja vaikuttaa sen avaamisen ja sulkemisen nopeuteen.

2.4 Eristysosa

Eristysosa toimii eristäjänä laitteen ja ilmaa välillä. Yleisesti käytettyjä eristysmateriaaleja ovat porcelaanieristys, komposiitti-eristys ja silikoniroppu-eristys. Nykyään Pingdingshan alueen SF₆-sähkökatkaisimien ulkoeristys on pääasiassa valmistettu porcelaanista.

Toiminnassa porcelaanieristyksen eristysominaisuudet voivat huolestuttavasti heikentyä tai jopa kadota omien huonon laatun, asennuksen epäasianmukaisuuden, äkillisten lämpötilamuutosten tai liian suuren ylikannan surujen vuoksi. Jos korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien ulkoeristys on epätasaisesti stressattu asennuksen aikana, ulkoeristys vaurioituu pahemmin pitkäaikaisessa toiminnassa. Pahimmassa tapauksessa porcelaanipintaan voi syntyä rajukat ja murtumat.

Lisäksi ulkoisten lämpötiloiden äkilliset muutokset voivat merkittävästi heikentää eristysmateriaalien taivutus- ja venymäkykyä. Jos mekaanisia voimia sovelletaan tällä hetkellä, eristysosa voi vaurioida tai jopa puhjeta. Kun ulkoeristys altistuu ylikannalle, voi syntyä osittainen irtopiste. Jos ulkoeristyksen pinnalla on pölyä tai likaa, ja ympäristö on kostea, saasteen aiheuttama irtopiste voi syntyä korkeanpaineen sähkökentän vaikutuksesta.

3 Vastatoimet

Koska 220 kV:n säiliöasemissa on paljon ulosmenoja, ja sen mukaisesti paljon SF₆-sähkökatkaisimia, näiden mainitsemien ongelmien esiintymisen vähentämiseksi tulisi laatia järkevä tarkastuskierros ja huoltokierros, perustaa täydellinen viankäsittelyprosessi ja laitehyväksyntästandardi, keskittyä onnettomuuksien ehkäisyyn, ja perustaa täysi kierrättävä hallintajärjestelmä.

3.1 Järkevän tarkastuskierroksen laatiminen

Sähkökatkaisimen normaali toiminta perustuu päivittäiseen tarkastukseen toimintahenkilöstön toimesta. Järkevän tarkastuskierroksen laatimisen avulla voidaan havaita sähkökatkaisimissa esiintyviä vioita ajoissa, estää vian laajentuminen ja aiheuttaman onnettomuuden. Seuraavassa kuvataan lyhyesti 220 kV:n korkeanpaineisten SF₆-sähkökatkaisimien tarkastuksen kannalta oleellisia seikkoja.

• Säännölliset tarkastukset tulisi suorittaa vähintään viikossa. Tämä kattaa pääasiassa sähkökatkaisimen ulkoisen tarkastuksen, epäluontaiset äänet, laitteen vuodot, toimintaympäristön, ja vian ja riskitekijöiden seuraamisen ja tarkistamisen. Erityistä huomiota tulisi kiinnittää siihen, onko korkeanpaineisen SF₆-sähkökatkaisimen painearvo ja öljyn taso normaalin sisällä, painearvon kirjaamiseen, siihen, onko öljyn väri normaali, ja onko energian varastointi mahdollista normaalisti.

• Yleiset tarkastukset tulisi suorittaa vähintään kerran kuussa. Säännöllisten tarkastusten pohjalta säiliöaseman laitteen ovet avataan tarkastusta varten. Sähkökatkaisimen kaasupaineen ja öljyn tasoa koskevia toimintatietoja kirjataan; tarkistetaan, ovatko sähkökatkaisimen ovet tiiviisti suljettuja, ovatko reikiä hyvin tukittuja, ja toimiiko kosteutonpoisto- ja lämpötilaohjauslaite normaalisti; onko avaaminen ja sulkeminen piireissä värimuutoksia, epäluontaisia hajuja tai palamisen merkkejä; onko sähkökatkaisimen toimintamekanismi ja välitysmekanismi normaali; ja onko toissijainen johto ylipaistunut, lönnöttynyt tai murtunut.

• Tummien tarkastukset tulisi suorittaa vähintään kerran kuussa. Tämä viittaa tarkastuksiin, jotka suoritetaan yöllä valojen poisolla, keskittyen siihen, onko johtotyypit, solmut ja klemmat ylipaistuneet, ja onko ulkoisessa eristysosassa tapahtunut irtopistettä.

• Erityiset tarkastukset suoritetaan estääksemme sähkökatkaisimen toimintahäiriöt, kieltäytymisen toimia, rakennevauriot, eristysvauriot, irtopisteet tai saasteen aiheuttamat irtopisteet, jotka saattavat vaikuttaa sähkökatkaisimen normaaliin toimintaan. Eri tilanteissa tarkastuskierroksilla on eri aikavälit.

3.2 Järkevän huoltokierroksen laatiminen

Säännölliset tarkastukset tarkoittavat parempaa ongelmien havaitsemista, kun taas säännöllinen huolto voi paremmin estää pieniä vioita kehittymästä suuremmiksi onnettomuuksiksi. Seuraavassa on useita yleisiä sähkökatkaisimien huoltokohteita.

• Laatikoiden huolto suoritetaan kerran puolessa vuodessa. Tarkistetaan, onko tiivisteet, laatikon oven nivelsuodatukset ja kahleet vaurioituneet, onko laatikko roskittunut, ja onko maanjäähmerkit täydelliset.

• Tiivistys huolto suoritetaan kerran kuussa. Tiivistysmateriaaleja tulisi käyttää tiivistämään, ja tarvittaessa käyttää eristysmateriaaleja, kuten tuleenkestäviä levyjä, varmistaaksemme tiivisen tiivistämisen ja estää tiivistysmateriaalin romahdus.

• Kostutonpoisto- ja lämpövaloituslaitteiden huolto suoritetaan kerran neljännessä. Selvitetään, toimiiko kostutonpoisto- ja lämpövaloituslaitteet normaalisti ympäristön muutosten mukaan. Samalla tarkistetaan, toimiiko laatikon sisäiset valoituslaitteet normaalisti, ja onko niiden kosketussaappa ja johto piiri lönnöttynyt.

3.3 Viankäsittelyprosessin perustaminen

Tarkastuksissa ja huollossa havaitut viankäsittelyprosessit tulisi kirjata, ja raportoida niitä ajoissa niiden vakavuuden mukaan. Myöhemmin huoltoyksikön henkilöstön tulisi suorittaa kokeet ja huolto. Huolton jälkeen toimintahenkilöstö on vastuussa laitteen hyväksynnästä, ja laite otetaan käyttöön vain, jos se hyväksytään. Koko prosessin kierrättävän hallintajärjestelmän (löytäminen - rekisteröinti - raportointi - käsittely - hyväksyntä) avulla voidaan ei vain pidentää laitteen käyttöikää, mutta myös vähentää onnettomuuksien esiintymistä, ja tarjota käyttäjille parempi sähkö.

3.4 Varotoimet hyväksyntässä

Sähkökatkaisimet on hyväksyttävä ja läpäistävä tarkastus ennen niiden käyttöönottoa uudelleen asennuksen tai huollon jälkeen. Hyväksyntässä on varmistettava, että sähkökatkaisimelta ei ole jäänyt jäänteitä huollossa; porcelaanieristykset ovat puhtaat ja eivät ole vaurioituneet; SF₆-kaasupaineen mittari ja öljyn tason mittari ovat normaaleja; hydraulinen mekanismi tai keihäänmekanismi voi varastoida energiaa normaalisti; laatikko on tiiviisti suljettu, ja solmut eivät ole lönnöttynyt tai muovautuneet; ja sijaintimerkki sekä poikkeushälytysmerkki toimivat oikein.

4 Johtopäätös

Sähkökatkaisimien toiminnan ja ylläpidon hallinta on dynaaminen prosessi. Arkipäivätyössä toimintahenkilöstön vastuullisuuden tulisi vahvistua. Heidän tulisi noudattaa sääntöjä vastaavissa tarkastuksissa ja huollossa, ja laatia järkevä kierrättävä hallintajärjestelmä laitteille, jotta voidaan varmistaa laitteen normaali toiminta ja sähköverkon vakava toiminta.