Kratka analiza ključnih točaka održavanja i čuvanja visokonaponskih prekidača s šestfluoridom ugljičnim (SF6)

1 Pregled

Prekidači mogu prema načinu rada pod normalnim uvjetima povezivati i odspajivati krugove. U slučaju greške, mogu brzo isključiti kvarne uređaje na temelju signala sekundarnog zaštita, ili povezati krug kako bi se obnovio snabdijevanje strujom nakon uklanjanja privremenog kvara. Tako imaju dvostruku funkciju kontrole i zaštite. Trenutno, u području Pingdingshan postoji više od stotinu pretvoritelja. U svakom pretvoritelju, prekidači su potrebni za svaku izlaznu liniju, svaki ulazni dio i spajanje dvostrukih matičnih čvorova. Visokonaponski SF₆ prekidači su široko upotrebljeni u 110 kV i 220 kV pretvoriteljima zbog prednosti poput snažne kapaciteta prekida, brzine radnje, lakoće održavanja i visoke stabilnosti.

Visokonaponski prekidači uglavnom su sastavljeni od pomičnih kontakti, stacionarnih kontakata, komora za gašenje lukova i provodnih dijelova. Pomični i stacionarni kontakti nalaze se unutar komore za gašenje lukova i koriste se za prekid struje. Stacionarni kontakt ostaje na mjestu, a pomični kontakt pokreće se mehanizmom rada kako bi prekidač dovršio operacije otvaranja i zatvaranja. Mehanizam rada povezan je s pomičnim kontaktom putem prenosnog mehanizma i izolacijskog povlačka.

Iako je performansa često korištenih visokonaponskih SF₆ prekidača trenutno relativno kompletna, tijekom rada može se dogoditi da se pojave greške zbog promjena u mreži, vanjskog okruženja i internih faktora. Uzimajući za primjer visokonaponske SF₆ prekidače korištene u 220 kV pretvoriteljima, ovaj članak kraće raspravlja o uobičajenim problemima tijekom njihovog rada i odgovarajućim mjerama obrade.

2 Analiza postojećih problema i ključnih točaka održavanja i servisa

Više komponenti visokonaponskih SF₆ prekidača, kao što su mehanizam rada, prenosni mehanizam, dio za gašenje lukova i dio za vodljivost struje, tijekom rada su podložni različitim greškama. Tijekom prošlog rada pretvoritelja u području Pingdingshan, došlo je do sljedećih incidenta:

• Visokonaponski SF₆ prekidači prisilno su prestali raditi zbog curenja SF₆ plina.

• Došlo je do zaključavanja pritiska zbog teškog curenja ulja u hidrauličkom mehanizmu, ili neuspjeha akumulacije energije zbog nepravilnosti u mehanizmu opruge, što je rezultiralo nemogućnošću normalnog prekida struje visokonaponskim SF₆ prekidačima.

• Prekidač se odbio raditi zbog problema unutar mehanizma, poput prekinute kontrolne petlje, što je sprečilo ispunjavanje zahtjeva za otvaranje i zatvaranje.

• Visokonaponski SF₆ prekidači su bili oštećeni zbog pucanja porcelanskih izolatora.

• Pretop izazvan problemima sa vodljivošću struje doveo je do nemogućnosti normalnog rada visokonaponskih SF₆ prekidača.

• Prekidač je podvrgnut različitim stupnjevima oštećenja i nije mogao održavati normalan rad zbog utjecaja vanjskog okruženja ili oštećenja izolacijskog dijela.

Ovi problemi mogu dovesti do određenih oštećenja visokonaponskih SF₆ prekidača u različitim stupnjevima i utjecati na njihov normalan rad. Tijekom redovnog pregleda i održavanja, treba više pažnje posvetiti pregledu ovih komponenti visokonaponskih SF₆ prekidača kako bi se poboljšala pouzdanost snabdijevanja strujom sustava. U nastavku slijedi individualna analiza navedenih problema.

2.1 Dio za gašenje lukova

Visokonaponski SF₆ prekidači moraju imati dovoljnu sposobnost gašenja lukova i oporavak dielektrične čvrstoće kako bi efektivno spriječili ponovno zapaljivanje luka pri nultoj prelasku struje. Proces gašenja luka visokonaponskih SF₆ prekidača odvija se unutar komore za gašenje lukova, koja je uglavnom sastavljena od pomičnih i stacionarnih glavnih kontakata, pomičnih i stacionarnih arčnih kontakata, velikih i malih dužica, kompresijskog cilindra i stuba. Konkretno:

• Glavni kontakti prenose struju kada prekidač normalno radi.

• Arčni kontakti su paralelno povezani s glavnim kontaktima, a njihov put kontakta je veći od puta glavnih kontakata. Mogu podnijeti sve erozije luka tijekom prekida ili zatvaranja struje, time zaštitivši glavne kontakte od oštećenja.

• Dužice ograničavaju smjer i brzinu strujanja gasa kako bi se postigao najbolji učinak gašenja luka.

• Stub komprimira gas u kompresijskom cilindru kada se pomični kontakt pomakne, povećavajući pritisak gasa u cilindru kako bi se dostigao optimalni pritisak gasa za gašenje luka.

Tijekom rada, curenje SF₆ plina će direktno utjecati na stabilan rad prekidača. Kada pritisak plina padne ispod praga, prekidač emitirat će alarm ili bit će zaključan zbog niskog pritiska. U tom slučaju, može doći do greške, potencijalno proširujući područje isključivanja struje.

2.2 Mhanički dio

Mhanička performansa visokonaponskih SF₆ prekidača direktno određuje njihovu sposobnost gašenja luka i utječe na brzinu i vrijeme otvaranja i zatvaranja. Mhanički dio može se grobo podijeliti na mehanizam rada i prenosni mehanizam. Prema statističkim podacima o greškama prekidača, 63.2% grešaka prekidača u Kini uzrokovano je mehanizmom rada.

Mehanizmi rada SF₆ prekidača korišteni u 110 kV i iznad pretvoriteljima u području Pingdingshan su grobo podijeljeni na hidrauličke mehanizme i mehanizme opruge. Mehanizmi opruge su široko korišteni zbog prednosti poput jednostavne mhaničke strukture, lakoće održavanja, brze reakcije, ekološke prihvatljivosti i niske cijene. Međutim, s povećanjem vremena rada, elastičnost opruge će oslabiti. Može doći do situacija u kojima prekidač ne može prekinuti kvarnu struju zbog neuspjeha akumulacije opruge za otvaranje, ili neuspjeha akumulacije opruge za zatvaranje tijekom ponovnog zatvaranja.

Hidraulički mehanizmi imaju prednosti poput jačeg pouzdanja, veće sigurnosti i dužeg vremena trajanja. Kada pritisak pada ispod praga, aktivirat će se zaključavanje nultog pritiska kako bi se spriječilo sporije otvaranje zbog gubitka pritiska. Kontrolni sustav pokrenut će motor kako bi povećao pritisak, a nakon određenog vremena, relé vremena prekinut će kontrolnu petlju kako bi se zaustavilo povećanje pritiska.

Dodatno, prenosni mehanizmi poput spojnica, kolenaca i rotacijskih valjaka igraju važnu ulogu u procesu otvaranja i zatvaranja. Kada dobiju signale za otvaranje i zatvaranje, opruge za otvaranje i zatvaranje oslobađaju energiju i pokreću kontakte kako bi dovršile zadatke otvaranja i zatvaranja putem prenosnih mehanizama poput spojnica i kolenaca. Ako su spojnica, kolenaca ili rotacijski valjci deformirani ili pucnuti, to će utjecati na normalnu prenosu tijekom otvaranja i zatvaranja prekidača.

2.3 Radno okruženje

Vanjski tip SF₆ prekidača također treba paziti na utjecaj promjena u radnom okruženju tijekom rada. Na primjer, u jakom vetru, vodovi mogu značajno titrat ili se tuđi predmeti mogu uhvatiti. Kada grmljavina udari mrežu ili sustav za zemljenje, može doći do prenapona, što može dovesti do isključivanja prekidača. U kišnim ili snježnim uvjetima, površina prekidača je sklonja vlagoj, što može dovesti do koronskog ispitivanja. Ako je površina zagađena, može doći do ozbiljnog onesnaženja. U slučaju nagomilavanja snijega ili ledenja, spojevi mogu pretopiti. Kada se temperatura naglo promijeni, razina ulja i pritisak gasa u prekidaču također se mogu naglo promijeniti, što može dovesti do smanjenja izolacijske performanse i utjecati na brzinu otvaranja i zatvaranja.

2.4 Izolacijski dio

Izolacijski dio služi za izolaciju opreme od zraka. Uobičajeni izolacijski materijali uključuju porcelanske izolatore, kompozitne izolatore i silikonske gume. Trenutno, vanjska izolacija SF₆ prekidača u području Pingdingshan uglavnom je izrađena od porcelana.

Tijekom rada, izolacijska performansa porcelanskih izolatora može značajno pasti ili čak izgubiti svojstva zbog faktora poput loše kvalitete, nedovoljno kvalitetne instalacije, naglih promjena temperature ili prevelikih prenapona. Ako je vanjska izolacija visokonaponskih SF₆ prekidača nejednoliko opterećena tijekom instalacije, oštećenje vanjske izolacije može se pogoršati tijekom dugogodišnjeg rada. U težim slučajevima, na površini porcelana mogu se pojaviti pukotine ili pucnjevi.

Dodatno, nagle promjene vanjske temperature mogu značajno smanjiti savijanje i razvlačenje izolacijskih materijala. Ako u tom trenutku djeluju mhaničke sile, izolacijski dio može biti oštećen ili čak proboden. Kada vanjska izolacija bude pod prenaponom, može doći do lokalnog ispitivanja. Ako na površini vanjske izolacije ima prašine ili brda, a okruženje je vlažno, može doći do onesnaženja pod djelovanjem visokonaponskog električnog polja.

3 Protumjere

Budući da postoji mnogo izlaznih linija u 220 kV pretvoriteljima, i odgovarajuće veliki broj SF₆ prekidača, kako bi se smanjila pojava gore navedenih problema, treba formulirati razuman ciklus pregleda i održavanja, uspostaviti potpuni postupak obrade defekata i standard prihvaćanja opreme, fokusirajući se na prevenciju nesreća, te uspostaviti potpuni zatvoreni sustav upravljanja.

3.1 Formuliranje razumnog ciklusa pregleda

Normalni rad prekidača ovisi o dnevnom pregledu od strane osoblja za održavanje. Formuliranjem razumnog ciklusa pregleda, defekte prekidača mogu se pravočasno otkriti, spriječiti proširenje defekata i dovesti do nesreća. U nastavku se kratko opisuju ključne točke koje treba imati na umu tijekom pregleda visokonaponskih SF₆ prekidača od 220 kV.

• Redoviti pregledi trebaju se provoditi barem jednom tjedno. To uglavnom uključuje rutinski pregled vanjskog izgleda prekidača, neobičnih zvukova, curenja opreme, radnog okruženja, praćenja i pregleda defekata i potencijalnih opasnosti. Posebna pažnja treba biti posvećena provjeri da li su vrijednosti pritiska i razina ulja visokonaponskog SF₆ prekidača u normalnom opsegu, zabilježiti vrijednost pritiska, promatrati da li je boja ulja normalna, te da li se može normalno akumulirati energija.

• Kompleksni pregledi trebaju se provoditi barem jednom mjesečno. Na temelju redovitih pregleda, otvaraju se vrata opreme u pretvoritelju za pregled. Zabilježavaju se podaci o radu, poput vrijednosti pritiska plina i razine ulja u prekidaču; provjerava se jesu li vrata prekidača dobro zatvorena, jesu li otvori dobro zatvoreni, te jesu li uređaji za sušenje i regulaciju temperature u stanju normalno raditi; jesu li otvaranje i zatvaranje bobina promijenile boju, imaju li neobične mirise ili znakove sagorijevanja; jesu li mehanizam rada i prenosni mehanizam prekidača normalni; te jesu li drugi žice pretopile, oluštile ili pucnute.

• Pregled u tamini treba se provoditi barem jednom mjesečno. To se odnosi na preglede koji se provode noću s ugašenim svjetlima, fokusirajući se na provjeru jesu li vodovi, spojevi i klešta pretopili, te jesu li na vanjskoj izolaciji bila ispitivanja.

• Posebni pregledi provode se kako bi se spriječilo da prekidač ne funkcionira, odbija raditi, deforma strukturu, trpi oštećenje izolacije, ispitivanje ili onesnaženje zbog promjena u vanjskom okruženju ili način rada sustava, što može utjecati na normalan rad prekidača. Specifični slučajevi imaju različite cikluse pregleda.

3.2 Formuliranje razumnog ciklusa održavanja

Redoviti pregledi su namijenjeni boljem otkrivanju problema, dok redovito održavanje može bolje spriječiti da se male defekte razviju u velike nesreće. U nastavku su navedeni nekoliko uobičajenih stavki održavanja prekidača.

• Održavanje ormara provodi se jednom svakih šest mjeseci. Fokusira se na provjeru jesu li gume, otvornice vrata ormari i ručice oštećene, jesu li ormari rođeni, te jesu li oznake zemljenja integritetne.

• Održavanje blokiranja provodi se jednom mjesečno. Trebaju se koristiti vatrogasne materijale za blokiranje, a ako je potrebno, koristiti se izolacijski materijali poput vatrogasnih ploča kako bi se osiguralo čvrsto blokiranje i spriječilo da se materijal za blokiranje raspali.

• Održavanje uređaja za sušenje i zagrijavanje te svjetlosnih uređaja provodi se jednom kvartalno. Određuje se jesu li uređaji za sušenje i zagrijavanje normalno radili prema promjenama u okruženju. Istodobno, provjerava se jesu li svjetlosni uređaji unutar ormari normalni, te jesu li njihove kontaktne prekidače i žice za struju oluštele.

3.3 Uspostavljanje postupka obrade defekata

Defekti otkriveni tijekom pregleda i održavanja trebaju se zabilježiti, te se pravočasno prijaviti prema njihovoj težini. Kasnije, osoblje za održavanje treba pravočasno provesti eksperimente i radove održavanja. Nakon održavanja, osoblje za rad i održavanje odgovorno je za prihvaćanje opreme, a oprema se upotrebljava tek nakon što je prihvaćena. Kroz cijeli proces zatvorene petlje otkrivanja - registracije - prijave - obrade - prihvata, ne samo da se može produžiti vijek trajanja opreme, već se može smanjiti pojava nesreća, te bolje pružiti visokokvalitetnu struju korisnicima.

3.4 Precautije za prihvaćanje

Prekidači trebaju biti prihvaćeni i proći inspekciju prije upotrebe nakon novog instaliranja ili održavanja. Tijekom prihvata, treba osigurati da na prekidaču nema ostataka od održavanja; porcelanski izolatori su čisti i nisu oštećeni; manometar za SF₆ plin i manometar za razinu ulja su normalni; hidraulički ili opruzni mehanizam može normalno akumulirati energiju; ormar je dobro zatvoren, a spojevi nisu oluštili ili deformirani; te da signali položaja i signali o neobičnim alarmini mogu pravilno raditi.

4 Zaključak

Upravljanje radom i održavanjem prekidača je dinamičan proces. U svakodnevnom radu, treba jačati odgovornost osoblja za rad i održavanje. Trebaju strogo pratiti propise za odgovarajuće pregled i održavanje, te uspostaviti razumne zatvorene sustave upravljanja opremom kako bi se osigurali normalni rad opreme i stabilan rad mreže.