Isang Maikling Pagsusuri ng mga Pangunahing Puntos para sa Paggamit at Pag-aalamin ng Mataas na Volt na SF6 Circuit Breakers

1 Buod

Ang mga circuit breaker ay maaaring magkonekta at maghiwalay ng mga circuit batay sa operasyon sa normal na kondisyon. Sa pagkakaroon ng isang problema, maaari silang mabilis na maghiwalay ng may problema na kagamitan batay sa secondary protection signal, o makuha ang circuit upang muling ibalik ang supply ng kuryente pagkatapos malutas ang pansamantalang problema. Samakatuwid, mayroon silang dalawang tungkulin na kontrol at proteksyon. Sa kasalukuyan, may higit sa isang daang substation sa rehiyon ng Pingdingshan. Sa bawat substation, kinakailangan ang mga circuit breaker para sa bawat outgoing line, bawat incoming line side, at ang koneksyon ng double busbars. Ang high-voltage SF₆ circuit breakers ay malaganap na ginagamit sa 110 kV at 220 kV substations dahil sa kanilang mga adhika na tulad ng malakas na kakayahang maghiwalay, mabilis na aksyon, madali na pangangalaga, at mataas na estabilidad.

Ang mga high-voltage circuit breaker ay pangunahing binubuo ng moving contacts, stationary contacts, arc-extinguishing chambers, at conductive parts. Ang moving at stationary contacts ay nasa loob ng arc-extinguishing chamber at ginagamit para hiwalayin ang kuryente. Ang stationary contact ay nananatili sa lugar, at ang moving contact ay pinapagana ng operating mechanism upang makumpleto ang pagbubuksan at pagsasara ng circuit breaker. Ang operating mechanism ay nakakonekta sa moving contact sa pamamagitan ng transmission mechanism at insulating pull rod.

Bagama't ang performance ng karaniwang ginagamit na high-voltage SF₆ circuit breakers ay medyo kompleto sa kasalukuyan, maaari pa ring mangyari ang mga pagkakamali sa panahon ng operasyon dahil sa mga pagbabago sa power grid, external environment, at internal factors. Bilang halimbawa, ang high-voltage SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 220 kV substations, ang papel na ito ay nagbibigay ng maikling talakayan sa mga karaniwang problema sa kanilang operasyon at ang mga kaugnay na hakbang sa pagtrato nito.

2 Analisis ng mga Nagaganap na Problema at Mahahalagang Punto sa Operasyon at Pangangalaga

Ang maraming bahagi ng high-voltage SF₆ circuit breakers, tulad ng operating mechanism, transmission mechanism, arc-extinguishing part, at current-conducting part, ay mahilig sa iba't ibang pagkakamali sa panahon ng operasyon. Sa nakaraang operasyon ng mga substation sa rehiyon ng Pingdingshan, ang mga sumusunod na pangyayari ay nangyari:

• Ang mga high-voltage SF₆ circuit breakers ay inipon na ipaglaban ang operasyon dahil sa pagtulo ng SF₆ gas.

• Nagkaroon ng pressure lockout dahil sa matinding pagtulo ng langis sa hydraulic mechanism, o hindi nagtagumpay ang energy storage dahil sa anormalidad sa spring mechanism, na nagresulta sa kawalan ng kakayahan ng high-voltage SF₆ circuit breakers na hiwalayin ang kuryente nang normal.

• Ang circuit breaker ay tumanggi na gumana dahil sa mga problema sa loob ng mekanismo mismo, tulad ng nabigong control circuit, na nagpreventa nito na mapagtupad ang mga kinakailangang buksan at sarado.

• Ang mga high-voltage SF₆ circuit breakers ay nasira dahil sa pagkasira ng porcelain insulator.

• Ang sobrang init na dulot ng mga isyu sa current-conducting ay nagresulta sa kawalan ng kakayahan ng high-voltage SF₆ circuit breakers na gumana nang normal.

• Ang circuit breaker ay naranasan ang iba't ibang antas ng pinsala at hindi maaaring magpatuloy sa normal na operasyon dahil sa impluwensya ng external environment o pinsala sa insulation part.

Ang mga problema na ito ay maaaring magdulot ng tiyak na pinsala sa high-voltage SF₆ circuit breakers sa iba't ibang antas at maapektuhan ang kanilang normal na operasyon. Sa araw-araw na inspeksyon at pangangalaga, dapat bigyan ng mas maraming pagsisiyasat ang mga bahaging ito ng high-voltage SF₆ circuit breakers upang mapabuti ang reliabilidad ng supply ng kuryente ng power system. Ang sumusunod ay isang individual na analisis ng mga nabanggit na problema.

2.1 Arc-Extinguishing Part

Ang high-voltage SF₆ circuit breakers ay dapat may sapat na kakayahan na i-blow ang arc at dielectric recovery strength upang mabisa na pigilan ang muling paglitaw ng arc sa zero-crossing ng kuryente. Ang proseso ng pagtatapos ng arc ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay nangyayari sa arc-extinguishing chamber, na pangunahing binubuo ng moving at stationary main contacts, moving at stationary arcing contacts, malaking at maliit na nozzles, compression cylinder, at piston. Partikular:

• Ang main contacts ay nagdadala ng kuryente kapag ang circuit breaker ay gumagana nang normal.

• Ang arcing contacts ay konektado sa parallel sa main contacts, at ang kanilang contact travel ay mas malaki kaysa sa main contacts. Maaari silang tanggihan ang lahat ng erosyon ng arc sa panahon ng paghihiwalay ng kuryente o pagsasara, na nagbibigay ng proteksyon sa main contacts mula sa pinsala.

• Ang nozzles ay limita ang direksyon at bilis ng paglalakbay ng jet gas upang makamit ang pinakamahusay na epekto ng pagblow ng arc.

• Ang piston ay pinaigting ang gas sa compression cylinder kapag ang moving contact ay gumagalaw, na nagpapataas ng presyon ng gas sa cylinder upang makamit ang optimal na presyon ng gas para sa pagblow ng arc.

Sa panahon ng operasyon, ang pagtulo ng SF₆ gas ay direktang maapektuhan ang stable na operasyon ng circuit breaker. Kapag ang presyon ng gas ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang circuit breaker ay maglabas ng alarm o ikakandado dahil sa mababang presyon. Sa kasong ito, maaaring magkaroon ng problema, na maaaring palawakin ang saklaw ng brownout.

2.2 Mechanical Part

Ang mechanical performance ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay direktang nagpapasya sa kanilang kakayahan na maghiwalay ng arc at maapektuhan ang kanilang bilis at oras ng pagbubuksan at pagsasara. Ang bahaging mekanikal ay maaaring hahatiin sa operating mechanism at transmission mechanism. Ayon sa istatistikong datos sa mga pagkakamali ng circuit breaker, 63.2% ng mga pagkakamali ng circuit breaker sa Tsina ay dahil sa operating mechanism.

Ang mga operating mechanisms ng SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 110 kV at ibabaw na substations sa rehiyon ng Pingdingshan ay maaaring hahatiin sa hydraulic mechanisms at spring mechanisms. Ang mga spring mechanisms ay malaganap na ginagamit dahil sa kanilang mga adhika tulad ng simple na mekanikal na struktura, madaling pangangalaga, mabilis na tugon, environmental-friendly, at mababang gastos. Gayunpaman, habang lumalaki ang oras ng operasyon, ang elasticity ng spring ay maaaring mabawasan. Maaaring magkaroon ng sitwasyon kung saan ang circuit breaker ay hindi maaaring maghiwalay ng fault current dahil sa pagkakamali ng opening spring na imumulan ng energy, o ang reclosing ay nabigo dahil ang closing spring ay hindi maaaring imumulan ng energy sa panahon ng reclosing.

Ang mga hydraulic mechanisms ay may mga adhika na mas malakas na reliability, mas mataas na seguridad, at mas mahabang serbisyo ng buhay. Kapag ang hydraulic value ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang zero-pressure lockout ay magiging aktibo upang maiwasan ang mabagal na pagbubuksan dahil sa pagkawala ng presyon. Ang kontrol na sistema ay sisimulan ang motor upang itaas ang presyon, at pagkatapos ng iset na oras, ang time relay ay maghihiwalay ng kontrol na circuit upang itigil ang pagtaas ng presyon.

Sa karagdagan, ang mga transmission mechanisms tulad ng connecting rods, crank arms, at rotating shafts ay naglalaro ng mahalagang papel sa proseso ng pagbubuksan at pagsasara. Kapag natanggap ang mga senyal ng pagbubuksan at pagsasara, ang mga opening at closing springs ay ililipas ang energy at ididrive ang mga contacts upang makumpleto ang mga gawain ng pagbubuksan at pagsasara sa pamamagitan ng mga transmission mechanisms tulad ng connecting rods at crank arms. Kung ang connecting rods, crank arms, o rotating shafts ay deformed o cracked, ito ay maapektuhan ang normal na transmission sa panahon ng pagbubuksan at pagsasara ng circuit breaker.

2.3 Operating Environment

Ang mga outdoor-type SF₆ circuit breakers ay dapat din bigyan ng pansin ang impluwensya ng mga pagbabago sa operating environment sa panahon ng operasyon. Halimbawa, sa matinding hangin, ang mga lead wires ay maaaring humalili nang malakas o ang mga foreign objects ay maaaring maipon dito. Kapag ang lightning ay tumama sa power grid o sa grounding system, maaaring magkaroon ng over-voltage surges, na nagreresulta sa pagtrip ng circuit breaker. Sa panahon ng ulan o yelo, ang ibabaw ng circuit breaker ay madaling mabasa, na maaaring mabuo ang corona discharge. Kung ang ibabaw ay contaminated, maaaring mabuo ang mas seryosong pollution flashover. Sa kasong may yelo o ice, ang mga joints ay maaaring mabuto. Kapag ang temperatura ay nagbabago nang bigla, ang oil level at gas pressure ng circuit breaker ay maaaring magbago nang bigla, na nagreresulta sa pagbaba ng insulation performance at maapektuhan ang bilis ng pagbubuksan at pagsasara nito.

2.4 Insulation Part

Ang insulation part ay may layuning i-isolate ang kagamitan mula sa hangin. Ang mga karaniwang ginagamit na insulation materials ay kinabibilangan ng porcelain insulators, composite insulators, at silicone rubber insulators. Sa kasalukuyan, ang external insulation ng SF₆ circuit breakers sa rehiyon ng Pingdingshan ay kadalasang gawa sa porcelain.

Sa panahon ng operasyon, ang insulation performance ng porcelain insulators ay maaaring malubhang bumaba o kahit na mawala dahil sa mga factor tulad ng sariling mahinang kalidad, hindi qualified na installation, biglang pagbabago ng temperatura, o labis na over-voltage surges. Kung ang external insulation ng high-voltage SF₆ circuit breakers ay hindi pantay na stressed sa panahon ng installation, ang pinsala sa external insulation ay maaaring lumala sa mahabang panahon ng operasyon. Sa mga malubhang kaso, maaaring mabuo ang mga cracks o breakages sa ibabaw ng porcelain.

Bukod dito, ang biglang pagbabago ng external temperature ay maaaring malubhang bawasan ang bending at tensile strength ng mga insulation materials. Kung mayroong mechanical forces na inilapat sa ganitong oras, ang insulation part ay maaaring mabigo o kahit na mabuto. Kapag ang external insulation ay napinsala ng over-voltage, maaaring mabuo ang partial discharge. Kung may dust o dirt sa ibabaw ng external insulation, at ang environment ay basa, maaaring mabuo ang pollution flashover sa ilalim ng high-voltage electric field.

3 Countermeasures

Dahil maraming outgoing lines sa 220 kV substations, at sa katulad, maraming SF₆ circuit breakers, upang mabawasan ang pagkakaroon ng nabanggit na mga problema, dapat na mailathala ang isang makatwirang siklo ng inspeksyon at pangangalaga, itatayo ang isang kompleto na proseso ng pagproseso ng defect at standard ng pagtanggap ng kagamitan, na may focus sa pag-iwas sa mga aksidente, at itatayo ang isang kompleto na closed-loop management system.

3.1 Paggawa ng Makatwirang Siklo ng Inspeksyon

Ang normal na operasyon ng mga circuit breakers ay depende sa araw-araw na inspeksyon ng mga operation and maintenance personnel. Sa pamamagitan ng paggawa ng isang makatwirang siklo ng inspeksyon, maaaring agad na matukoy ang mga defect sa mga circuit breakers, na nagpaprevent sa mga defect na lumaki at mag-udyok ng mga aksidente. Ang sumusunod ay isang maikling paglalarawan ng mga mahahalagang puntos na dapat tandaan sa panahon ng inspeksyon ng 220 kV high-voltage SF₆ circuit breakers.

• Ang routine inspections ay dapat gawin sa loob ng isang linggo. Ito pangunahing kinasasangkutan ng routine inspections ng hitsura ng circuit breaker, abnormal sounds, equipment leakage, operating environment, at tracking at inspeksyon ng mga defect at potential hazards. Dapat bigyan ng espesyal na pansin ang pagsusuri kung ang pressure value at oil level ng high-voltage SF₆ circuit breaker ay nasa normal range, na irecord ang pressure value, na obserbahan kung ang kulay ng langis ay normal, at kung maaaring gumawa ng energy storage nang normal.

• Ang comprehensive inspections ay dapat gawin sa loob ng isang buwan. Batay sa routine inspections, ang mga cabinet doors ng mga kagamitan sa substation ay buksan para sa inspeksyon. Ang mga operating data tulad ng gas pressure value at oil level value ng circuit breaker ay irecord; na susuriin kung ang mga cabinet doors ng circuit breaker ay naka-close nang maayos, kung ang mga butas ay naka-block nang maayos, at kung ang dehumidification at temperature-control devices ay maaaring gumana nang normal; kung ang mga opening at closing coils ay may discoloration, abnormal odors, o signs of burning; kung ang operating mechanism at transmission mechanism ng circuit breaker ay normal; at kung ang secondary wiring ay walang overheating, looseness, o breakage.

• Ang inspection in the dark ay dapat gawin sa loob ng isang buwan. Ito ay tumutukoy sa mga inspeksyon na gawin sa gabi nang walang liwanag, na may focus sa pagsusuri kung ang mga lead wires, joints, at clamps ay may overheating, at kung mayroong discharge sa external insulation.

• Ang special inspections ay gawin upang iwasan ang circuit breaker mula sa malfunction, refusal to operate, deformation in structure, insulation damage, discharge, o pollution flashover dahil sa mga pagbabago sa external environment o sa operasyon mode ng sistema, na maaaring maapektuhan ang normal na operasyon ng circuit breaker. Ang mga espesyal na sitwasyon ay may iba't ibang siklo ng inspeksyon.

3.2 Paggawa ng Makatwirang Siklo ng Pangangalaga

Ang regular na inspeksyon ay may layuning mas mabuti na matukoy ang mga problema, habang ang regular na pangangalaga ay maaaring mas mabuti na iwasan ang mga maliit na defect mula sa pagkakabuo ng malalaking aksidente. Ang sumusunod ay ilang karaniwang mga item ng maintenance para sa mga circuit breakers.

• Ang cabinet maintenance ay gawin sa loob ng anim na buwan. Ito ay may focus sa pagsusuri kung ang mga sealing strips, cabinet door hinges, at handles ay nasira, kung ang cabinet ay rusted, at kung ang mga grounding marks ay buo.

• Ang blocking maintenance ay gawin sa loob ng isang buwan. Dapat gamitin ang fire-resistant blocking materials para sa blocking, at kung kinakailangan, ang mga insulating materials tulad ng fire-resistant boards upang siguruhin ang maayos na blocking at iwasan ang pagbagsak ng blocking material.

• Ang maintenance ng dehumidification at heating devices at lighting devices ay gawin sa loob ng tatlong buwan. Ititiyak kung ang dehumidification at heating devices ay gumagana nang normal batay sa mga pagbabago ng environment. Sa parehong oras, ititiyak kung ang mga lighting devices sa loob ng cabinet ay normal, at kung ang kanilang contact switches at circuit wiring ay loose.

3.3 Pagtatatag ng Proseso ng Pagproseso ng Defect

Ang mga defect na natukoy sa panahon ng inspeksyon at pangangalaga ay dapat irecord, at ipaglaban nang agad ayon sa kanilang severity. Pagkatapos, ang mga maintenance personnel ay dapat magsagawa ng agad ng mga eksperimento at gawain sa pangangalaga. Pagkatapos ng pangangalaga, ang mga operation and maintenance personnel ay responsable para sa pagtanggap ng kagamitan, at ang kagamitan ay ilalagay lamang sa operasyon pagkatapos ito lumampas sa pagtanggap. Sa pamamagitan ng buong proseso ng closed-loop management ng discovery-filing-reporting-handling-acceptance, hindi lamang maaaring mapalawig ang buhay ng kagamitan, ngunit maaari rin itong mabawasan ang pagkakaroon ng mga aksidente, at mabigay nang mas mahusay na high-quality electric energy sa mga user.

3.4 Precautions for Acceptance

Ang mga circuit breakers ay dapat tanggapin at lumampas sa pagsusuri bago ilagay sa operasyon pagkatapos ng bagong installation o pangangalaga. Sa panahon ng pagtanggap, dapat siguruhin na walang remnants mula sa pangangalaga sa circuit breaker; ang mga porcelain insulators ay malinis at hindi nasira; ang SF₆ gas pressure gauge at oil level gauge ay normal; ang hydraulic mechanism o spring mechanism ay maaaring imumulan ng energy nang normal; ang cabinet ay naka-seal nang maayos, at ang mga joints ay hindi loose o deformed; at ang position signals at abnormal alarm signals ay maaaring gumana nang tama.

4 Conclusion

Ang operasyon at pangangalaga ng mga circuit breakers ay isang dynamic na proseso. Sa araw-araw na trabaho, dapat palakasin ang sense of responsibility ng mga operation and maintenance personnel. Dapat silang sundin ang regulasyon para sa mga kaukulang inspeksyon at pangangalaga, at isang makatwirang closed-loop management system para sa kagamitan ay dapat mailathala upang siguruhin ang normal na operasyon ng kagamitan at ang stable na operasyon ng power grid.