ניתוח קצר של נקודות מפתח לתפעול ותחזוקה של מפסקים בעומס גבוה מסוג SF6

1 סקירה כללית

מגנטי מעגל יכולים להתחבר ולהתנתק מהמעגל בהתאם למשטר הפעולה בתנאים נורמליים. הם יכולים גם לנתק במהירות את הציוד המופעל על בסיס אותות הגנה משניות כאשר מתרחש תקלה, או להתחבר למעגל כדי לשחזר את אספקת החשמל לאחר שהתקלה הזמנית נפתרה. לכן, יש להם פונקציות כפולות של בקרה והגנה. כיום, ישנם יותר ממאה תחנות כוח באזור פינגדינגשאן. בכל תחנת כוח, דרושים מגנטי מעגל לכל קו יציאה, לכל צד כניסה ולחיבור בין שני מסילות אם. מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ בשימוש רחב בתחנות כוח של 110 kV ו-220 kV בשל יתרונותיהם כגון יכולת ניתוק חזקה, מהירות פעולה מהירה, תחזוקה קלה ויציבות גבוהה.

מגנטי מעגל גבוהי מתח מורכבים בעיקר מנקודות מגע נעות, נקודות מגע קבועות, חדרי כיבוי זרקורים וחלקים מוליכים. נקודות המגע הנעות והקבועות ממוקמות בתוך חדר הכיבוי והן משמשות לנתק זרם. נקודת המגע הקבועה נשארת במקום, ונקודת המגע הנעה מופעלת על ידי מכשיר ההפעלה כדי לאפשר למגן המעגל להשלים פעולות פתיחה ואיחור. מכשיר ההפעלה מחובר לנקודת המגע הנעה באמצעות מנגנון העברה ומקשר מבודד.

אף על פי שמגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ הנפוצים הם בעלי ביצועים יחסית מלאים כיום, עדיין עשויים להיווצר תקלות במהלך הפעולה עקב שינויים ברשת החשמל, סביבה חיצונית וגורמים פנימיים. תוך כדי שימוש במגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ שמשמשים בתחנות כוח של 220 kV, מאמר זה מתייחס בקצרה לבעיות נפוצות במהלך הפעלתם ואת האמצעים התואמים לטיפול בהם.

2 ניתוח בעיות קיימות ונקודות מפתח בהפעלה ובתחזוקה

רכיבים מרובים של מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆, כגון מכשיר ההפעלה, מנגנון ההעברה, חלק הכיבוי והחלק המוליך זרם, נוטים להתפרץ לתקלות שונות במהלך הפעולה. במהלך הפעילות הקודמת של תחנות כוח באזור פינגדינגשאן, התרחשו האירועים הבאים:

• מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ היו חייבים להפסיק את הפעילות עקב נזילת גז SF₆.

• התרחשה נעילה עקב נזילת שמן חמורה במנגנון הידראולי, או כישלון אחסון אנרגיה עקב חריגויות במנגנון הקפיץ, מה שהוביל לכך שמגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ לא יכלו לנתק את הזרם באופן תקין.

• המגן סירב לפעול עקב בעיות בתוך המכשיר עצמו, כגון חיבור בקרה שבורה, מה מנע ממנו לעמוד בדרישות הפתיחה והאיחור.

• מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ ניזוקו עקב שבירה של מבודדי פורצלן.

• התחממות שנגרמה עקב בעיות מוליכות זרם גרמה למגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ לא להיות מסוגלים לפעול באופן תקין.

• המגן ספג תיזונים שונים של נזק ולא היה יכול לשמור על פעילות תקינה עקב השפעת הסביבה החיצונית או נזק לחלק המבודד.

בעיות אלו יכולות לגרום לנזק מסוים למגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ בדרגות שונות להשפיע על פעילותם התקינה. במהלך בדיקות ותחזוקה יומיומיות, יש להקפיד לבדוק את רכיבי מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ הללו כדי לשפר את אמינות אספקת החשמל של מערכת החשמל. להלן ניתוח אישי של הבעיות המוזכרות לעיל.

2.1 חלק הכיבוי

מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ חייבים להיות בעלי יכולת הדחהافية ו חוזק מבודד מספיק כדי למנוע באופן יעיל את המשך הכיבוי בנקודת אפס הזרם. תהליך הכיבוי של מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ מתבצע בחדר הכיבוי, המורכב בעיקר מנקודות מגע נעות ונקודות מגע קבועות, נקודות מגע נעות ונקודות מגע קבועות, מצנחים גדולים וקטנים, צינור לחיצה ופלוגה. ספציפית:

• נקודות המגע הראשיות נושאות את הזרם כשהמגן עובד בנורמליות.

• נקודות המגע הקשתות מתחברות במקביל לנקודות המגע הראשיות, והמרחק שלהם גדול מהנקודות הראשיות. הם יכולים לסבול מכל הפגיעות של הקשת במהלך ניתוק או איחור זרם, בכך מגינים על נקודות המגע הראשיות מנזקים.

• המצנחים מגבילים את כיוון והמהירות של גז הרוח כדי להשיג את ההשפעה הטובה ביותר של הדחקת הקשת.

• הפלוגה מדחסת את הגז בצינור הלחיצה כאשר נקודת המגע הנעה זזה, מגבירה את לחץ הגז בצינור כדי להגיע ללחץ הגז הטוב ביותר לדחיפה.

במהלך הפעולה, נזילת גז SF₆ תשפיע ישירות על הפעלה יציבה של המגן. כאשר לחץ הגז יורד מתחת לסף, המגן ישלח אזעקה או יתנעול עקב לחץ נמוך. במקרה כזה, ייתכן שתתרחש תקלה, מה שעשוי להרחיב את אזור הפסקת החשמל.

2.2 החלק מכני

הביצועים המכניים של מגנטי מעגל גבוהי מתח מסוג SF₆ קובעים ישירות את יכולת הכיבוי שלהם ומשפיעים על מהירות והזמן של פתיחה ואיחור. החלק המכני ניתן לפירוק למכשור ההפעלה ולמנגנון ההעברה. לפי נתוני סטטיסטיקה על תקלות מגנטי מעגל, 63.2% מתקלות מגנטי מעגל בסין נגרמות על ידי מכשור ההפעלה.

מכשירי ההפעלה של מגנטי מעגל מסוג SF₆ שמשתמשים בהם בתחנות כוח של 110 kV及以上变电站中，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。可能会出现由于分闸弹簧无法储能导致断路器无法切断故障电流的情况，或者在重合闸过程中由于合闸弹簧无法储能导致重合失败。 液压机构具有可靠性更强、安全性更高、使用寿命更长的优点。当液压值低于阈值时，零压闭锁将启动以避免因失压而导致慢分闸。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。在接受分合闸信号时，分合闸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闸任务。如果连杆、曲臂或转轴发生变形或开裂，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还应注意运行环境变化的影响。例如，在强风条件下，引线可能会大幅摆动或挂上异物。当电网或接地系统遭受雷击时，可能发生过电压冲击，导致断路器跳闸。在雨雪天气下，断路器表面容易受潮，可能形成电晕放电。如果表面受到污染，可能会发生更严重的污闪。在积雪或结冰的情况下，接头可能会过热。当温度突然变化时，断路器的油位和气压也可能突然变化，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。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绝缘子。 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SF₆高压断路器的外部绝缘在安装时受力不均，在长期运行中外部绝缘的损坏会更加严重。严重情况下，瓷绝缘子表面可能出现裂纹或断裂。 此外，外部温度的突变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，在高电压电场的作用下可能发生污闪。 3 对策 由于220 kV变电站出线较多，相应地SF₆断路器数量也较多，为了减少上述问题的发生，应制定合理的巡视周期和检修周期，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 制定合理的巡视周期 断路器的正常运行依赖于运维人员的日常巡视。通过制定合理的巡视周期，可以及时发现断路器的缺陷，防止缺陷扩大引发事故。以下简要描述220 kV高压SF₆断路器巡视的重点：

• 例行巡视每周至少进行一次。主要对断路器外观、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。

• 全面巡视每月至少进行一次。在例行巡视的基础上，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，孔洞封堵是否良好，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。

• 夜间巡视每月至少进行一次。指在夜间熄灯的情况下进行的巡视，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。

• 特殊巡视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拒动、误动、结构变形、绝缘损坏、放电或污闪等情况，影响断路器的正常运行。具体情形有不同的巡视周期。

• 每半年进行一次柜体维护。重点检查密封条、柜门铰链及把手是否损坏，柜体是否生锈，接地标识是否完好。

• 每月进行一次封堵维护。封堵材料应使用防火封堵材料，必要时可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及照明装置的维护。根据环境变化判断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，接触开关及线路接线是否松动。