Unha breve análise dos puntos clave para a operación e manutención de interruptores de alta tensión SF6

1 Resumo

Os interruptores de circuito poden conectar e desconectar circuitos segundo o modo de operación en condicións normais. Tamén poden cortar rapidamente o equipo defectuoso baseándose nas señales de protección secundaria cando ocorre un fallo, ou conectar o circuito para restabelecer o suministro eléctrico despois de eliminar un fallo transitório. Así, teñen as funcións dúas de control e protección. Actualmente, hai máis de cento substacións na área de Pingdingshan. En cada subestación, son necesarios interruptores de circuito para cada liña de salida, cada lado de entrada e a conexión de dúas barras. Os interruptores de circuito de alta tensión SF₆ son ampliamente utilizados en subestacións de 110 kV e 220 kV debido ás súas vantaxes como gran capacidade de interrupción, rapidez de acción, facilidade de manutención e alta estabilidade.

Os interruptores de circuito de alta tensión están compostos principalmente por contactos móveis, contactos fixos, cámaras de extinción de arco e partes conductoras. Os contactos móveis e fixos están situados dentro da cámara de extinción de arco e úsanse para interromper a corrente. O contacto fixo permanece no seu lugar, e o contacto móbil é alimentado polo mecanismo de operación para permitir que o interruptor de circuito complete as operacións de apertura e pechado. O mecanismo de operación está conectado ao contacto móbil a través dun mecanismo de transmisión e unha barra aislante.

Aínda que o rendemento dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ comúnmente utilizados é relativamente completo actualmente, poden ocorrer fallos durante a operación debido a cambios na rede eléctrica, ambiente externo e factores internos. Tomando como exemplo os interruptores de circuito de alta tensión SF₆ utilizados en subestacións de 220 kV, este artigo discute brevemente os problemas comúns durante a súa operación e as medidas de manejo correspondentes.

2 Análise dos Problemas Existentes e Puntos Clave da Operación e Mantemento

Múltiples componentes dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆, como o mecanismo de operación, o mecanismo de transmisión, a parte de extinción de arco e a parte conductora, son propensos a diversos fallos durante a operación. Nas operacións pasadas das subestacións na área de Pingdingshan, ocorreron os seguintes incidentes:

• Os interruptores de circuito de alta tensión SF₆ foron forzados a parar a súa operación debido a fuga de gas SF₆.

• Ocorreu bloqueo de presión debido a fuga grave de aceite no mecanismo hidráulico, ou fallou a almacenaxe de enerxía debido a anomalías no mecanismo de molla, resultando na incapacidade dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ para interrumpir a corrente normalmente.

• O interruptor recusouse a operar debido a problemas no propio mecanismo, como un circuito de control roto, impidindo que cumprisse os requisitos de apertura e pechado.

• Os interruptores de circuito de alta tensión SF₆ foron danados debido a fractura do aislante de porcelana.

• O sobrecalentamento causado por problemas de conducción de corrente levou á incapacidade dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ para operar normalmente.

• O interruptor sofreu diferentes graos de danos e non puido manter a súa operación normal debido á influencia do ambiente externo ou ao dano na parte de aislamento.

Estes problemas poden causar certo dano aos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ en diferentes graos e afectar a súa operación normal. Durante a inspección e mantemento diarios, debe prestar máis atención á inspección destes componentes dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ para mellorar a fiabilidade do suministro eléctrico do sistema. A continuación, analízanse individualmente os problemas mencionados anteriormente.

2.1 Parte de Extinción de Arco

Os interruptores de circuito de alta tensión SF₆ deben ter suficiente capacidade de sopro de arco e fortaleza de recuperación dieléctrica para prevenir eficazmente a reencendido de arco no cruce de corrente a cero. O proceso de extinción de arco dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ ten lugar na cámara de extinción de arco, que está composta principalmente por contactos principais móveis e fixos, contactos de arco móveis e fixos, boquillas grandes e pequenas, un cilindro de compresión e un pistón. Especificamente:

• Os contactos principais transportan a corrente cando o interruptor de circuito está operando normalmente.

• Os contactos de arco están conectados en paralelo cos contactos principais, e o seu viaxe de contacto é maior que o dos contactos principais. Poden resistir toda a erosión de arco durante a interrupción ou pechado de corrente, protexendo así os contactos principais de danos.

• As boquillas limitan a dirección e velocidade do fluxo de gas de chorro para lograr o mellor efecto de sopro de arco.

• O pistón comprime o gas no cilindro de compresión cando o contacto móbil se move, aumentando a presión de gas no cilindro para alcanzar a presión óptima de gas de sopro de arco.

Durante a operación, a fuga de gas SF₆ afectará directamente a operación estable do interruptor de circuito. Cando a presión de gas cae por debaixo do limiar, o interruptor de circuito emitirá unha alarma ou será bloqueado debido a baixa presión. Neste caso, pode ocorrer un fallo, potencialmente expandindo a área de corte de corrente.

2.2 Parte Mecánica

O rendemento mecánico dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ determina directamente a súa capacidade de extinción de arco e afecta a súa velocidade e tempo de apertura e pechado. A parte mecánica pode dividirse aproximadamente no mecanismo de operación e o mecanismo de transmisión. Segundo os datos estatísticos sobre fallos de interruptores de circuito, o 63,2% dos fallos de interruptores de circuito en China son causados polo mecanismo de operación.

Os mecanismos de operación dos interruptores de circuito SF₆ utilizados en subestacións de 110 kV e superiores na área de Pingdingshan divídese aproximadamente en mecanismos hidráulicos e mecanismos de molla. Os mecanismos de molla son ampliamente utilizados debido ás súas vantaxes como estrutura mecánica simple, facilidade de manutención, rápida resposta, amigable co medio ambiente e baixo custo. No entanto, a medida que aumenta o tempo de operación, a elasticidade da molla debilitarase. Poden ocorrer situacións nas que o interruptor de circuito non corta a corrente de fallo debido a que a molla de apertura non almacena enerxía, ou o recierre falla porque a molla de pechado non almacena enerxía durante o recierre.

Os mecanismos hidráulicos teñen as vantaxes de maior fiabilidade, maior seguridade e maior vida útil. Cando o valor hidráulico cae por debaixo do limiar, activarase o bloqueo de presión cero para evitar unha apertura lenta debido á perda de presión. O sistema de control iniciará o motor para aumentar a presión, e despois dun tempo establecido, o relé de tempo cortará o circuito de control para detener o aumento de presión.

Ademais, os mecanismos de transmisión como varas de conexión, bielas e eixos rotativos xogan un papel importante no proceso de apertura e pechado. Ao recibir as señais de apertura e pechado, as molas de apertura e pechado liberan enerxía e impulsan os contactos para completar as tarefas de apertura e pechado a través de mecanismos de transmisión como varas de conexión e bielas. Se as varas de conexión, bielas ou eixos rotativos están deformados ou rachados, afectarán a transmisión normal durante a apertura e pechado do interruptor de circuito.

2.3 Entorno de Operación

Os interruptores de circuito SF₆ de tipo exterior tamén deben prestar atención ao impacto dos cambios no entorno de operación durante a operación. Por exemplo, en condicións de vento forte, os conductores poden oscilar significativamente ou obxectos estranhos poden quedar atrapados neles. Cando o raio atopa a rede eléctrica ou o sistema de aterrado, poden ocorrer sobretensiones, provocando o disparo do interruptor de circuito. En condicións de choiva ou neve, a superficie do interruptor de circuito é propensa á humidade, que pode formar descargas de corona. Se a superficie está contaminada, pode ocorrer unha descarga de polución máis grave. No caso de acumulación de neve ou xeo, as unions poden sobrecalentarse. Cando a temperatura cambia de forma súbita, o nivel de aceite e a presión de gas do interruptor de circuito tamén poden cambiar de forma súbita, resultando nunha diminución do rendemento de aislamento e afectando a súa velocidade de apertura e pechado.

2.4 Parte de Aislamento

A parte de aislamento serve para aislar o equipo do aire. Os materiais de aislamento comúnmente utilizados inclúen aislantes de porcelana, aislantes compósitos e aislantes de caucho de silicón. Actualmente, o aislamento externo dos interruptores de circuito SF₆ na área de Pingdingshan está feito principalmente de porcelana.

Durante a operación, o rendemento de aislamento dos aislantes de porcelana pode diminuír severamente ou incluso perderse debido a factores como a súa propia mala calidade, instalación non cualificada, cambios súbitos de temperatura ou sobretensiones excesivas. Se o aislamiento externo dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ está sometido a esforzos desiguais durante a instalación, o dano ao aislamiento externo empeorará durante a operación a longo prazo. En casos graves, poden ocorrer rachaduras ou roturas na superficie da porcelana.

Ademais, os cambios súbitos na temperatura externa poden reducir significativamente a resistencia a flexión e tracción dos materiais de aislamento. Se se aplican forzas mecánicas neste momento, a parte de aislamento pode ser danada ou incluso perforada. Cando o aislamiento externo está sometido a sobretensiones, pode ser desencadeada unha descarga parcial. Se hai polvo ou suxidade na superficie do aislamiento externo, e o ambiente é húmido, pode ocorrer unha descarga de polución baixo a acción dun campo eléctrico de alta tensión.

3 Medidas Correctivas

Dado que hai moitas liñas de saída en subestacións de 220 kV, e en consecuencia, un gran número de interruptores de circuito SF₆, para reducir a ocorrência dos problemas mencionados, debe formularse un ciclo de inspección e mantemento razonábeis, establecer un proceso completo de manejo de defectos e un estándar de aceptación de equipos, centrarse na prevención de accidentes e establecer un sistema de xestión de bucle cerrado completo.

3.1 Formulación de un Ciclo de Inspección Razonábel

O funcionamento normal dos interruptores de circuito depende da inspección diaria polo persoal de operación e mantemento. Mediante a formulación dun ciclo de inspección razonábel, poden detectarse defectos nos interruptores de circuito de xeito oportuno, evitando que os defectos se expandan e causem accidentes. A continuación, describense brevemente os puntos clave a ter en conta durante a inspección dos interruptores de circuito de alta tensión SF₆ de 220 kV.

• As inspeccións rutinarias deben realizarse polo menos unha vez por semana. Isto implica principalmente inspeccións rutinarias da apariencia do interruptor de circuito, sons anómalos, fugas de equipo, entorno de operación e seguimento e inspección de defectos e peligros potenciais. Debe prestar especial atención á verificación de que o valor de presión e o nivel de aceite do interruptor de circuito de alta tensión SF₆ están dentro do rango normal, rexistrar o valor de presión, observar se a cor do aceite é normal e se a almacenaxe de enerxía pode realizarse normalmente.

• As inspeccións comprehensivas deben realizarse polo menos unha vez ao mes. Basándose nas inspeccións rutinarias, abréanse as portas dos armarios do equipo na subestación para realizar a inspección. Rexistranse datos de operación como o valor de presión de gas e o nivel de aceite do interruptor de circuito; verifica-se se as portas dos armarios do interruptor de circuito están hermeticamente cerradas, se os orificios están ben tapados e se os dispositivos de deshumidificación e control de temperatura poden funcionar normalmente; se as bobinas de apertura e pechado teñen decoloración, odores anómalos ou signos de quema; se o mecanismo de operación e o mecanismo de transmisión do interruptor de circuito están normais; e se o cableado secundario ten sobrecalentamiento, afrouxamento ou ruptura.

• A inspección no escuro debe realizarse polo menos unha vez ao mes. Isto refírese a inspeccións realizadas de noite con as luces apagadas, centrando a atención en verificar se os conductores, unions e grapas están sobrecalentados e se hai algúnha descarga no aislamento externo.

• As inspeccións especiais realizanse para prevenir que o interruptor de circuito falle, recuse operar, sufra deformación estrutural, danos de aislamento, descargas ou descargas de polución debido a cambios no entorno externo ou no modo de operación do sistema, que poden afectar o funcionamento normal do interruptor de circuito. As situacións específicas teñen diferentes ciclos de inspección.

3.2 Formulación de un Ciclo de Mantemento Razonábel

As inspeccións regulares están destinadas a detectar mellor os problemas, mentres que o mantemento regular pode prevenir mellor que pequenos defectos se desenvolvan en grandes accidentes. A continuación, enumeranse varias operacións de mantemento comúns para interruptores de circuito.

• O mantemento dos armarios realiza-se cada seis meses. Centrase na verificación de se as tiras de sellado, as bisagras e as asas das portas dos armarios están danadas, se o armario está oxidado e se as marcas de aterrado están intactas.

• O mantemento de obstrucción realiza-se cada mes. Deben usarse materiais de obstrucción ignífugos para o bloqueo, e se é necesario, deben usarse materiais aislantes como placas ignífugas para asegurar un bloqueo hermético e evitar que o material de bloqueo colapse.

• O mantemento dos dispositivos de deshumidificación e calefacción e os dispositivos de iluminación realiza-se cada trimestre. Débase determinar se os dispositivos de deshumidificación e calefacción están funcionando normalmente segundo os cambios ambientais. Ao mesmo tempo, débase verificar se os dispositivos de iluminación dentro do armario están normais, e se as súas chaves de contacto e o cableado do circuito están afrouxados.

3.3 Estabelecemento dun Proceso de Manejo de Defectos

Os defectos atopados durante as inspeccións e o mantemento deben rexistrarse e notificarse oportunamente segundo a súa gravidade. Posteriormente, o persoal de mantemento debe realizar oportunamente experimentos e traballo de mantemento. Despois do mantemento, o persoal de operación e mantemento é responsable da aceptación do equipo, e o equipo só se pon en funcionamento despois de pasar a aceptación. A través da xestión de bucle cerrado de todo o proceso de descubrimento - rexistro - notificación - manejo - aceptación, non só pode prolongarse a vida útil do equipo, senón que tamén pode reducirse a ocorrência de accidentes e proporcionarse mellor enerxía eléctrica de alta calidade aos usuarios.

3.4 Precaucións para a Aceptación

Os interruptores de circuito deben ser aceptados e pasar a inspección antes de ser postos en funcionamento despois dunha nova instalación ou mantemento. Durante a aceptación, débese asegurar que non hai restos do mantemento no interruptor de circuito; os aislantes de porcelana están limpos e sen danos; o medidor de presión de gas SF₆ e o medidor de nivel de aceite están normais; o mecanismo hidráulico ou de molla pode almacenar enerxía normalmente; o armario está ben selado, e as unions non están afrouxadas ou deformadas; e as señais de posición e as señais de alarma anómalas poden funcionar correctamente.

4 Conclusión

A xestión da operación e mantemento dos interruptores de circuito é un proceso dinámico. No traballo diario, débese reforzar o sentido de responsabilidade do persoal de operación e mantemento. Deben seguir estritamente as disposicións para as correspondentes inspeccións e mantemento, e debe formularse un sistema de xestión de bucle cerrado razonábel para garantizar o funcionamento normal do equipo e a operación estable da rede eléctrica.