Una breve analisi dei punti chiave per la manutenzione e l'operazione degli interruttori ad alta tensione a SF6

1 Panoramica

Gli interruttori possono collegare e disconnettere i circuiti in base alla modalità di funzionamento nelle condizioni normali. In caso di guasto, possono anche interrompere rapidamente l'equipaggiamento difettoso basandosi sui segnali di protezione secondaria, o ricollegare il circuito per ripristinare l'energia dopo l'eliminazione di un guasto transitorio. Pertanto, essi hanno le funzioni duali di controllo e protezione. Attualmente, ci sono più di cento stazioni elettriche nell'area di Pingdingshan. In ogni stazione elettrica, gli interruttori sono necessari per ogni linea uscente, ogni lato in entrata e la connessione delle doppie busbar. Gli interruttori ad alta tensione SF₆ sono ampiamente utilizzati nelle stazioni elettriche da 110 kV e 220 kV a causa dei loro vantaggi come elevata capacità di interruzione, velocità d'azione rapida, manutenzione facile e stabilità elevata.

Gli interruttori ad alta tensione sono principalmente composti da contatti mobili, contatti fissi, camere di spegnimento dell'arco e parti conduttrici. I contatti mobili e fissi si trovano all'interno della camera di spegnimento dell'arco e vengono utilizzati per interrompere la corrente. Il contatto fisso rimane fermo, mentre il contatto mobile è alimentato dal meccanismo di azionamento per consentire all'interruttore di completare le operazioni di apertura e chiusura. Il meccanismo di azionamento è connesso al contatto mobile attraverso un meccanismo di trasmissione e una barra isolante tiratrice.

Sebbene le prestazioni degli interruttori ad alta tensione SF₆ comunemente utilizzati siano relativamente complete attualmente, possono comunque verificarsi guasti durante il funzionamento a causa di cambiamenti nella rete elettrica, nell'ambiente esterno e nei fattori interni. Prendendo come esempio gli interruttori ad alta tensione SF₆ utilizzati nelle stazioni elettriche da 220 kV, questo documento discute brevemente i problemi comuni durante il loro funzionamento e le misure di risoluzione corrispondenti.

2 Analisi dei Problemi Esistenti e Punti Chiave per l'Operatività e la Manutenzione

Molteplici componenti degli interruttori ad alta tensione SF₆, come il meccanismo di azionamento, il meccanismo di trasmissione, la parte di spegnimento dell'arco e la parte conduttrice, sono soggetti a vari guasti durante il funzionamento. Nelle operazioni passate delle stazioni elettriche nell'area di Pingdingshan, sono stati registrati i seguenti incidenti:

• Gli interruttori ad alta tensione SF₆ sono stati costretti a fermare l'operazione a causa di perdite di gas SF₆.

• Si è verificato un blocco a causa di gravi perdite di olio nel meccanismo idraulico, o l'accumulo di energia non è riuscito a causa di anomalie nel meccanismo a molla, rendendo impossibile agli interruttori ad alta tensione SF₆ di interrompere la corrente normalmente.

• L'interruttore ha rifiutato di operare a causa di problemi interni al meccanismo, come un circuito di controllo interrotto, impedendogli di soddisfare i requisiti di apertura e chiusura.

• Gli interruttori ad alta tensione SF₆ sono stati danneggiati a causa della rottura di isolatori in porcellana.

• Il surriscaldamento causato da problemi di conduzione ha reso impossibile agli interruttori ad alta tensione SF₆ di operare normalmente.

• L'interruttore ha subito diversi gradi di danno e non è stato in grado di mantenere l'operazione normale a causa dell'influenza dell'ambiente esterno o del danno alla parte isolante.

Questi problemi possono causare certi danni agli interruttori ad alta tensione SF₆ in diversi gradi e influenzare la loro operazione normale. Durante l'ispezione e la manutenzione quotidiana, dovrebbe essere prestata maggiore attenzione all'ispezione di questi componenti degli interruttori ad alta tensione SF₆ per migliorare l'affidabilità dell'energia elettrica del sistema. Di seguito viene fornita un'analisi individuale dei problemi sopra menzionati.

2.1 Parte di Spegnimento dell'Arco

Gli interruttori ad alta tensione SF₆ devono avere una sufficiente capacità di soffiaggio dell'arco e forza di recupero dielettrico per prevenire efficacemente la riaccesa dell'arco al passaggio zero della corrente. Il processo di spegnimento dell'arco negli interruttori ad alta tensione SF₆ avviene nella camera di spegnimento dell'arco, che è composta principalmente da contatti principali mobili e fissi, contatti arco mobili e fissi, ugelli grandi e piccoli, un cilindro di compressione e un pistone. Specificatamente:

• I contatti principali portano la corrente quando l'interruttore è in funzione normale.

• I contatti arco sono connessi in parallelo con i contatti principali, e il loro percorso di contatto è maggiore rispetto a quello dei contatti principali. Essi possono sopportare tutta l'erosione dell'arco durante l'interruzione o la chiusura della corrente, proteggendo così i contatti principali dal danno.

• Gli ugelli limitano la direzione e la velocità del flusso del gas di getto per ottenere il miglior effetto di soffiaggio dell'arco.

• Il pistone comprime il gas nel cilindro di compressione quando il contatto mobile si muove, aumentando la pressione del gas nel cilindro per raggiungere la pressione ottimale di soffiaggio dell'arco.

Durante l'operazione, le perdite di gas SF₆ influiranno direttamente sull'operazione stabile dell'interruttore. Quando la pressione del gas scende al di sotto della soglia, l'interruttore emetterà un allarme o sarà bloccato a causa della bassa pressione. In questo caso, può verificarsi un guasto, potenzialmente espandendo l'area di interruzione dell'energia.

2.2 Parte Meccanica

Le prestazioni meccaniche degli interruttori ad alta tensione SF₆ determinano direttamente la loro capacità di spegnimento dell'arco e influenzano la velocità e il tempo di apertura e chiusura. La parte meccanica può essere grossolanamente divisa in meccanismo di azionamento e meccanismo di trasmissione. Secondo i dati statistici sui guasti degli interruttori, il 63,2% dei guasti degli interruttori in Cina è causato dal meccanismo di azionamento.

I meccanismi di azionamento degli interruttori SF₆ utilizzati nelle stazioni elettriche da 110 kV e superiori nell'area di Pingdingshan sono grossolanamente divisi in meccanismi idraulici e meccanismi a molla. I meccanismi a molla sono ampiamente utilizzati a causa dei loro vantaggi come struttura meccanica semplice, manutenzione facile, risposta rapida, rispettosa dell'ambiente e costo basso. Tuttavia, con l'aumento del tempo di funzionamento, l'elasticità della molla si indebolisce. Potrebbero verificarsi situazioni in cui l'interruttore non riesce a interrompere la corrente di guasto a causa della mancanza di accumulo di energia della molla di apertura, o il ricongiungimento fallisce perché la molla di chiusura non riesce a accumulare energia durante il ricongiungimento.

I meccanismi idraulici hanno i vantaggi di maggiore affidabilità, sicurezza superiore e vita utile più lunga. Quando il valore idraulico scende al di sotto della soglia, verrà attivato il blocco a pressione zero per evitare l'apertura lenta a causa della perdita di pressione. Il sistema di controllo avvierà il motore per aumentare la pressione, e dopo un tempo prefissato, il relè temporizzato interromperà il circuito di controllo per fermare l'aumento della pressione.

Inoltre, i meccanismi di trasmissione come le bielle, le leve e gli assi rotanti svolgono un ruolo importante nel processo di apertura e chiusura. Quando ricevono i segnali di apertura e chiusura, le molle di apertura e chiusura rilasciano l'energia e guidano i contatti per completare i compiti di apertura e chiusura attraverso i meccanismi di trasmissione come le bielle e le leve. Se le bielle, le leve o gli assi rotanti sono deformati o crepati, ciò influenzerà la trasmissione normale durante l'apertura e la chiusura dell'interruttore.

2.3 Ambiente Operativo

Gli interruttori SF₆ all'aperto dovrebbero anche prestare attenzione all'impatto dei cambiamenti nell'ambiente operativo durante il funzionamento. Ad esempio, in condizioni di vento forte, i cavi di connessione possono oscillare significativamente o oggetti estranei possono rimanere impigliati. Quando un fulmine colpisce la rete elettrica o il sistema di terra, possono verificarsi sovravoltaggi, causando l'interruzione dell'interruttore. In condizioni di pioggia o neve, la superficie dell'interruttore è soggetta all'umidità, che può formare scariche coronarie. Se la superficie è contaminata, può verificarsi una flashover di inquinamento più grave. In caso di accumulo di neve o ghiaccio, le giunzioni possono surriscaldarsi. Quando la temperatura cambia improvvisamente, il livello dell'olio e la pressione del gas dell'interruttore possono anche cambiare bruscamente, risultando in una diminuzione delle prestazioni di isolamento e influenzando la sua velocità di apertura e chiusura.

2.4 Parte Isolante

La parte isolante serve a isolare l'equipaggiamento dall'aria. I materiali isolanti comunemente utilizzati includono isolatori in porcellana, isolatori compositi e isolatori in silicone. Attualmente, l'isolamento esterno degli interruttori SF₆ nell'area di Pingdingshan è in gran parte realizzato in porcellana.

Durante l'operazione, le prestazioni isolate degli isolatori in porcellana possono diminuire drasticamente o persino andare perse a causa di fattori come la propria qualità scarsa, installazione non conforme, cambiamenti bruschi di temperatura o sovravoltaggi eccessivi. Se l'isolamento esterno degli interruttori ad alta tensione SF₆ è sollecitato in modo non uniforme durante l'installazione, il danno all'isolamento esterno peggiorerà durante l'operazione a lungo termine. In casi gravi, possono verificarsi crepe o fratture sulla superficie della porcellana.

Inoltre, cambiamenti bruschi nella temperatura esterna possono ridurre significativamente la resistenza a flessione e a trazione dei materiali isolanti. Se vengono applicate forze meccaniche in questo momento, la parte isolante potrebbe essere danneggiata o persino perforata. Quando l'isolamento esterno è sottoposto a sovravoltaggi, può essere innescata una scarica parziale. Se c'è polvere o sporco sulla superficie dell'isolamento esterno, e l'ambiente è umido, può verificarsi una flashover di inquinamento sotto l'azione di un campo elettrico ad alta tensione.

3 Contromisure

Poiché ci sono molte linee uscenti nelle stazioni elettriche da 220 kV, e di conseguenza, un numero elevato di interruttori SF₆, per ridurre la frequenza dei problemi sopra menzionati, dovrebbe essere formulato un ciclo di ispezione e manutenzione ragionevole, un processo completo di gestione dei difetti e uno standard di accettazione dell'equipaggiamento, concentrandosi sulla prevenzione degli incidenti e stabilendo un sistema di gestione a ciclo chiuso completo.

3.1 Formulazione di un Ciclo di Ispezione Ragionevole

Il funzionamento normale degli interruttori dipende dalle ispezioni giornaliere da parte del personale di operazione e manutenzione. Formulando un ciclo di ispezione ragionevole, è possibile rilevare tempestivamente i difetti negli interruttori, prevenendo la loro espansione e la possibilità di incidenti. Di seguito vengono descritti brevemente i punti chiave da notare durante l'ispezione degli interruttori ad alta tensione SF₆ da 220 kV.

• Dovrebbero essere eseguite ispezioni di routine almeno una volta a settimana. Questo comprende principalmente ispezioni di routine dell'aspetto dell'interruttore, suoni anomali, perdite di equipaggiamento, ambiente operativo e monitoraggio e ispezione di difetti e pericoli potenziali. Si dovrebbe prestare particolare attenzione a controllare se il valore di pressione e il livello dell'olio dell'interruttore ad alta tensione SF₆ sono entro il range normale, registrare il valore di pressione, osservare se il colore dell'olio è normale e se l'accumulo di energia può essere eseguito normalmente.

• Dovrebbero essere eseguite ispezioni complete almeno una volta al mese. Basandosi sulle ispezioni di routine, si aprono le porte degli armadi dell'equipaggiamento nella stazione elettrica per l'ispezione. Vengono registrati i dati di funzionamento come il valore di pressione del gas e il livello dell'olio dell'interruttore; si controlla se le porte degli armadi dell'interruttore sono ermeticamente chiuse, se i fori sono ben tappati e se i dispositivi di deumidificazione e controllo della temperatura possono funzionare normalmente; se le bobine di apertura e chiusura presentano decolorazione, odori anomali o segni di bruciatura; se il meccanismo di azionamento e il meccanismo di trasmissione dell'interruttore sono normali; e se il cablaggio secondario presenta surriscaldamento, allentamento o rottura.

• Dovrebbero essere eseguite ispezioni al buio almeno una volta al mese. Ciò si riferisce a ispezioni eseguite di notte con le luci spente, focalizzandosi sul controllo di eventuali surriscaldamenti nei cavi di connessione, nelle giunzioni e nelle morsette, e se c'è qualche scarica sull'isolamento esterno.

• Vengono eseguite ispezioni speciali per prevenire l'interruttore da malfunzionamenti, rifiuto di operare, deformazione strutturale, danni all'isolamento, scariche o flashover di inquinamento a causa dei cambiamenti nell'ambiente esterno o nella modalità di funzionamento del sistema, che potrebbero influire sul funzionamento normale dell'interruttore. Le situazioni specifiche hanno diversi cicli di ispezione.

3.2 Formulazione di un Ciclo di Manutenzione Ragionevole

Le ispezioni regolari mirano a rilevare meglio i problemi, mentre la manutenzione regolare può prevenire meglio lo sviluppo di piccoli difetti in gravi incidenti. Di seguito sono elencati alcuni interventi di manutenzione comuni per gli interruttori.

• La manutenzione degli armadi viene eseguita ogni sei mesi. Si concentra sul controllo di eventuali danni alle strisce di sigillatura, ai cardini e alle maniglie delle porte degli armadi, sulla corrosione degli armadi e sull'integrità dei segni di terra.

• La manutenzione del blocco viene eseguita una volta al mese. Dovrebbero essere utilizzati materiali di blocco resistenti al fuoco, e se necessario, materiali isolanti come lastre resistenti al fuoco per garantire un blocco ermetico e prevenire il crollo del materiale di blocco.

• La manutenzione dei dispositivi di deumidificazione e riscaldamento e dei dispositivi di illuminazione viene eseguita una volta al trimestre. Si determina se i dispositivi di deumidificazione e riscaldamento funzionano normalmente in base ai cambiamenti ambientali. Allo stesso tempo, si controlla se i dispositivi di illuminazione all'interno degli armadi sono normali, e se i loro interruttori di contatto e il cablaggio del circuito sono allentati.

3.3 Stabilire un Processo di Gestione dei Difetti

I difetti rilevati durante le ispezioni e la manutenzione dovrebbero essere registrati e segnalati tempestivamente in base alla loro gravità. Successivamente, il personale di manutenzione dovrebbe eseguire prontamente esperimenti e lavori di manutenzione. Dopo la manutenzione, il personale di operazione e manutenzione è responsabile dell'accettazione dell'equipaggiamento, e l'equipaggiamento viene messo in funzione solo dopo aver superato l'accettazione. Attraverso la gestione a ciclo chiuso completa di scoperta - registrazione - segnalazione - gestione - accettazione, non solo si può prolungare la vita utile dell'equipaggiamento, ma si può anche ridurre la frequenza degli incidenti e fornire meglio energia elettrica di alta qualità agli utenti.

3.4 Precauzioni per l'Accettazione

Gli interruttori dovrebbero essere accettati e superare l'ispezione prima di essere messi in funzione dopo una nuova installazione o una manutenzione. Durante l'accettazione, si dovrebbe assicurare che non ci siano residui dalla manutenzione sull'interruttore; gli isolatori in porcellana siano puliti e non danneggiati; i manometri del gas SF₆ e i livellometri dell'olio siano normali; il meccanismo idraulico o a molla possa accumulare energia normalmente; l'armadio sia ben sigillato, e le giunzioni non siano allentate o deformate; e i segnali di posizione e i segnali di allarme anomali possano funzionare correttamente.

4 Conclusione

La gestione operativa e di manutenzione degli interruttori è un processo dinamico. Nel lavoro quotidiano, dovrebbe essere rafforzato il senso di responsabilità del personale di operazione e manutenzione. Dovrebbero seguire rigorosamente le normative per le ispezioni e la manutenzione corrispondenti, e formulare un sistema di gestione a ciclo chiuso ragionevole per l'equipaggiamento per garantire il funzionamento normale dell'equipaggiamento e l'operazione stabile della rete elettrica.