Een Korte Analyse van de Hoofdpunten voor het Beheer en Onderhoud van Hoge-Spanning SF6 Schakelaars

1 Overzicht

Schakelaars kunnen circuits onder normale omstandigheden verbinden en verbreken volgens de bedrijfsmodus. Bij het optreden van een storing kunnen ze ook snel defecte apparatuur uitschakelen op basis van secundaire beschermingssignalen, of het circuit verbinden om de stroomtoevoer te herstellen na het elimineren van een tijdelijke storing. Ze hebben dus zowel controle- als beschermingsfuncties. Momenteel zijn er meer dan honderd transformatorstations in de regio Pingdingshan. In elk transformatorstation zijn schakelaars vereist voor elke uitgaande lijn, elke ingaande zijde, en de verbinding van dubbele busbars. Hoogspannings SF₆-schakelaars worden breed toegepast in 110 kV en 220 kV transformatorstations vanwege hun voordelen zoals sterke doorsnijdende capaciteit, snelle actie, gemakkelijke onderhoudsbehoefte en hoge stabiliteit.

Hoogspanningsschakelaars bestaan voornamelijk uit bewegende contacten, vaste contacten, boogverduisteringskamers en geleidende delen. De bewegende en vaste contacten bevinden zich binnen de boogverduisteringskamer en worden gebruikt om de stroom te onderbreken. Het vaste contact blijft op zijn plaats, en het bewegende contact wordt door de bedieningsmechanisme aangedreven om de schakelaar te laten openen en sluiten. Het bedieningsmechanisme is via een overbrengingsmechanisme en een isolerende trekstang verbonden met het bewegende contact.

Ondanks dat de prestaties van veel gebruikte hoogspannings SF₆-schakelaars momenteel relatief compleet zijn, kunnen er nog steeds storingen optreden tijdens het gebruik vanwege veranderingen in het elektriciteitsnet, externe omgeving en interne factoren. Met de hoogspannings SF₆-schakelaars die in 220 kV transformatorstations worden gebruikt als voorbeeld, bespreekt dit artikel kort de veelvoorkomende problemen tijdens hun gebruik en de bijbehorende afhandelingsmaatregelen.

2 Analyse van Bestaande Problemen en Belangrijke Punten van Bedrijf en Onderhoud

Meerdere componenten van hoogspannings SF₆-schakelaars, zoals het bedieningsmechanisme, overbrengingsmechanisme, boogverduisterend deel en stroomgeleidend deel, zijn geneigd tot verschillende storingen tijdens het gebruik. Tijdens het verleden gebruik van transformatorstations in de regio Pingdingshan zijn de volgende incidenten voorgekomen:

• Hoogspannings SF₆-schakelaars moesten stoppen met werken vanwege lekkage van SF₆-gas.

• Er trad drukvergrendeling op vanwege ernstige olielekkage in het hydraulische mechanisme, of energieopslag mislukte vanwege anomalieën in het veermechanisme, waardoor hoogspannings SF₆-schakelaars niet normaal konden stroomonderbreken.

• De schakelaar weigerde te werken vanwege problemen binnen het mechanisme zelf, zoals een gebroken bedieningscircuit, waardoor de eisen voor openen en sluiten niet konden worden voldaan.

• Hoogspannings SF₆-schakelaars werden beschadigd vanwege breuk van porseleinen isolatoren.

• Oververhitting veroorzaakt door stroomgeleidingsproblemen leidde ertoe dat hoogspannings SF₆-schakelaars niet normaal konden werken.

• De schakelaar leed in verschillende mate aan schade en kon niet normaal werken vanwege de invloed van de externe omgeving of schade aan het isolerende deel.

Deze problemen kunnen hoogspannings SF₆-schakelaars in verschillende mate beïnvloeden en hun normale werking belemmeren. Tijdens dagelijkse inspecties en onderhoud dient meer aandacht te worden besteed aan de inspectie van deze componenten van hoogspannings SF₆-schakelaars om de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening van het elektriciteitsnetwerk te verbeteren. Hieronder volgt een individuele analyse van de bovengenoemde problemen.

2.1 Boogverduisterend Deel

Hoogspannings SF₆-schakelaars moeten voldoende boogblazend vermogen en diëlektrische herstelsterkte hebben om effectief te voorkomen dat de boog herbegint bij nulpassage. Het boogverduisteringsproces van hoogspannings SF₆-schakelaars vindt plaats in de boogverduisteringskamer, die voornamelijk bestaat uit bewegende en vaste hoofdcontacten, bewegende en vaste boogcontacten, grote en kleine mondstukken, een compressiecilinder en een zuiger. Specifiek:

• De hoofdcontacten dragen de stroom wanneer de schakelaar normaal werkt.

• De boogcontacten zijn parallel verbonden met de hoofdcontacten, en hun contactafstand is groter dan die van de hoofdcontacten. Ze kunnen alle boogerodingen tijdens het onderbreken of sluiten van de stroom weerstaan, waardoor de hoofdcontacten beschermd worden tegen schade.

• De mondstukken beperken de stromingsrichting en -snelheid van het straalgas om het optimale boogblazend effect te bereiken.

• De zuiger comprimeert het gas in de compressiecilinder wanneer het bewegende contact beweegt, waardoor de gasdruk in de cilinder toeneemt tot de optimale boogblazende gasdruk.

Tijdens het gebruik zal lekkage van SF₆-gas direct de stabiele werking van de schakelaar beïnvloeden. Wanneer de gasdruk onder de drempelwaarde daalt, zal de schakelaar een alarm geven of vergrendeld raken vanwege lage druk. In dit geval kan een storing optreden, wat potentiële stroomuitvalgebieden kan vergroten.

2.2 Mechanisch Deel

De mechanische prestaties van hoogspannings SF₆-schakelaars bepalen direct hun boogverduisterend vermogen en beïnvloeden hun openslaan- en sluitsnelheid en -tijd. Het mechanische deel kan ruwweg worden verdeeld in het bedieningsmechanisme en het overbrengingsmechanisme. Volgens statistische gegevens over schakelaarstoringen worden 63,2% van de schakelaarstoringen in China veroorzaakt door het bedieningsmechanisme.

De bedieningsmechanismen van SF₆-schakelaars die in 110 kV en hogere transformatorstations in de regio Pingdingshan worden gebruikt, zijn ruwweg verdeeld in hydraulische mechanismen en veermechanismen. Veermechanismen worden breed toegepast vanwege hun voordelen zoals eenvoudige mechanische structuur, gemakkelijk onderhoud, snelle reactiesnelheid, milieuvriendelijkheid en lage kosten. Echter, naarmate de bedrijfstijd toeneemt, zal de elasticiteit van de veer afnemen. Er kunnen situaties ontstaan waarin de schakelaar de storingstroom niet kan onderbreken vanwege het falen van de openingsveer om energie op te slaan, of waarin het herinsluiten mislukt omdat de sluitingsveer geen energie opslaat tijdens het herinsluiten.

Hydraulische mechanismen hebben de voordelen van sterkere betrouwbaarheid, hogere veiligheid en een langere levensduur. Wanneer de hydraulische waarde onder de drempelwaarde daalt, wordt de nuldrukvergrendeling geactiveerd om traag openslaan door drukverlies te voorkomen. Het besturingssysteem zal de motor starten om de druk te verhogen, en na een ingestelde tijd zal de tijdrelais het besturingsschakelcircuit doorsnijden om de drukverhoging te stoppen.

Daarnaast spelen overbrengingsmechanismen zoals verbindingen, krukken en draaischachten een belangrijke rol in het openslaan en sluiten. Wanneer openings- en sluitingssignalen worden ontvangen, geven de openings- en sluitingsveren energie vrij en drijven de contacten via overbrengingsmechanismen zoals verbindingen en krukken om openslaan- en sluitingstaken te voltooien. Als de verbindingen, krukken of draaischachten vervormd of gescheurd zijn, zal dit de normale overbrenging tijdens het openslaan en sluiten van de schakelaar beïnvloeden.

2.3 Werkomgeving

Buiten-type SF₆-schakelaars moeten ook letten op de invloed van veranderingen in de werkomgeving tijdens het gebruik. Bijvoorbeeld, in sterke windcondities kunnen de leidingen aanzienlijk zwaaien of buitenste objecten eraan vast komen te zitten. Wanneer de bliksem inslaat in het elektriciteitsnet of het aardingsysteem, kunnen overspanningspieken optreden, waardoor de schakelaar uitvalt. Bij regen- of sneeuwcondities is de oppervlakte van de schakelaar vatbaar voor vocht, wat mogelijk coronaontlading kan veroorzaken. Als de oppervlakte verontreinigd is, kan er een ernstiger vervuilingflitsing optreden. Bij sneeuw- of ijsafzetting kunnen de verbindingen oververhitten. Wanneer de temperatuur plotseling verandert, kunnen de oliepeil en gasdruk van de schakelaar ook plotseling veranderen, wat leidt tot een afname van de isolatieprestaties en beïnvloedt de openslaan- en sluitsnelheid.

2.4 Isolatiegedeelte

Het isolatiegedeelte dient om de apparatuur van de lucht te isoleren. Vaak gebruikte isolatiematerialen omvatten porseleinen isolatoren, composietisolatoren en siliciumrubberisolatoren. Momenteel bestaat de externe isolatie van SF₆-schakelaars in de regio Pingdingshan voornamelijk uit porselein.

Tijdens het gebruik kan de isolatieprestatie van porseleinen isolatoren ernstig afnemen of zelfs verloren gaan vanwege factoren zoals slechte kwaliteit, ongepaste installatie, plotselinge temperatuurveranderingen of extreme overspanningspieken. Als de externe isolatie van hoogspannings SF₆-schakelaars ongelijkmatig belast wordt tijdens de installatie, zal de schade aan de externe isolatie tijdens lange-termijn gebruik toenemen. In ernstige gevallen kunnen er scheuren of breuken op het oppervlak van het porselein optreden.

Bovendien kunnen plotselinge veranderingen in de externe temperatuur de buig- en treksterkte van isolatiematerialen aanzienlijk verlagen. Als er op dit moment mechanische krachten worden toegepast, kan het isolatiegedeelte beschadigd of zelfs doorboord raken. Wanneer de externe isolatie blootgesteld wordt aan overspanning, kan partiële ontlading worden getriggerd. Als er stof of vuil op het oppervlak van de externe isolatie zit, en de omgeving vochtig is, kan er bij de werking van een hoogspannings elektrisch veld vervuilingflitsing optreden.

3 Maatregelen

Aangezien er veel uitgaande lijnen zijn in 220 kV transformatorstations, en daarom ook veel SF₆-schakelaars, moet er een redelijke inspectiecyclus en onderhoudscyclus worden opgesteld, een complete defectafhandelingsprocedure en een apparaatacceptatiestandaard worden gevestigd, gericht op ongevalpreventie, en een complete gesloten managementstructuur worden opgezet.

3.1 Opstellen van een Redelijke Inspectiecyclus

Het normale functioneren van schakelaars is afhankelijk van de dagelijkse inspectie door bedienings- en onderhoudspersoneel. Door een redelijke inspectiecyclus op te stellen, kunnen defecten in schakelaars op tijd worden gedetecteerd, waardoor defecten niet kunnen uitgroeien tot ongevallen. Hieronder worden de belangrijkste punten kort besproken voor de inspectie van 220 kV hoogspannings SF₆-schakelaars.

• Routine-inspecties moeten ten minste één keer per week worden uitgevoerd. Dit omvat voornamelijk routine-inspecties van het uiterlijk van de schakelaar, abnormale geluiden, apparatuurlekken, werkomgeving, en het traceren en inspecteren van defecten en potentiele risico's. Speciale aandacht dient te worden besteed aan het controleren of de drukwaarde en oliepeil van de hoogspannings SF₆-schakelaar binnen de normale bereik liggen, het noteren van de drukwaarde, observeren of de oliekleur normaal is, en of energieopslag normaal kan worden uitgevoerd.

• Uitgebreide inspecties moeten ten minste één keer per maand worden uitgevoerd. Op basis van routine-inspecties worden de deuren van de apparatuur in het transformatorstation geopend voor inspectie. Gebruiksgegevens zoals de gasdrukwaarde en oliepeilwaarde van de schakelaar worden genoteerd; het wordt gecontroleerd of de deuren van de schakelaar goed gesloten zijn, of de gaten goed zijn afgesloten, en of de ontvochtigings- en temperatuurregelingapparatuur normaal kunnen werken; of de opening- en sluitingspoelen discoloured, abnormale geuren of brandsporen vertonen; of het bedieningsmechanisme en overbrengingsmechanisme van de schakelaar normaal zijn; en of de secundaire bedrading oververhit, los of gebroken is.

• Inspecties in het donker moeten ten minste één keer per maand worden uitgevoerd. Dit verwijst naar inspecties die 's nachts in het donker worden uitgevoerd, met focus op het controleren of de leidingen, verbindingen en klemmen oververhit zijn, en of er ontlading is op de externe isolatie.

• Speciale inspecties worden uitgevoerd om te voorkomen dat de schakelaar defecten heeft, weigert te werken, structureel vervormd is, isolatieschade heeft, ontlading heeft, of vervuilingflitsing heeft vanwege veranderingen in de externe omgeving of de bedrijfsmodus van het systeem, wat de normale werking van de schakelaar kan beïnvloeden. Specifieke situaties hebben verschillende inspectiecycli.

3.2 Opstellen van een Redelijke Onderhoudscyclus

Regelmatige inspecties zijn gericht op het beter detecteren van problemen, terwijl regelmatig onderhoud beter kan voorkomen dat kleine defecten uitgroeien tot grote ongevallen. Hieronder staan enkele algemene onderhoudsitems voor schakelaars.

• Kastonderhoud wordt om de zes maanden uitgevoerd. Het richt zich voornamelijk op het controleren of de sponningen, deurcharnières en handvatten beschadigd zijn, of de kast roestig is, en of de aardingsmarkeringen intact zijn.

• Afsluitingsonderhoud wordt om de maand uitgevoerd. Brandwerende afsluitmaterialen moeten worden gebruikt voor afsluiting, en indien nodig moeten isolerende materialen zoals brandwerende platen worden gebruikt om ervoor te zorgen dat de afsluiting strak is en voorkomt dat het afsluitmateriaal instort.

• Onderhoud van ontvochtigings- en verwarmingstoestellen en verlichtingstoestellen wordt om de drie maanden uitgevoerd. Het wordt bepaald of de ontvochtigings- en verwarmingstoestellen normaal werken volgens omgevingsveranderingen. Tegelijkertijd wordt gecontroleerd of de verlichtingstoestellen in de kast normaal zijn, en of hun contactschakelaars en bedrading los zijn.

3.3 Opstellen van een Defectafhandelingsprocedure

Defecten die tijdens inspecties en onderhoud worden gevonden, moeten worden geregistreerd en volgens hun ernst tijdig worden gerapporteerd. Later moeten onderhoudspersoneel tijdig experimenten en onderhoudswerkzaamheden uitvoeren. Na het onderhoud zijn bedienings- en onderhoudspersoneel verantwoordelijk voor de acceptatie van de apparatuur, en de apparatuur wordt pas in gebruik genomen nadat deze de acceptatie heeft doorstaan. Door middel van het gehele proces van gesloten loopmanagement van detectie, registratie, rapportage, afhandeling en acceptatie, kan niet alleen de levensduur van de apparatuur worden verlengd, maar ook het optreden van ongevallen worden verminderd, en kan er betere elektrische energie worden geleverd aan gebruikers.

3.4 Voorzorgsmaatregelen voor Acceptatie

Schakelaars moeten worden geaccepteerd en de inspectie doorstaan voordat ze na nieuwe installatie of onderhoud in gebruik worden genomen. Tijdens de acceptatie moet worden gewaarborgd dat er geen restanten van het onderhoud op de schakelaar aanwezig zijn; de porseleinen isolatoren zijn schoon en onbeschadigd; de SF₆-gasdruk meter en oliepeilmeter zijn normaal; het hydraulische mechanisme of veermechanisme kan normaal energie opslaan; de kast is goed afgesloten, en de verbindingen zijn niet los of vervormd; en de positie signalen en afwijkende alarmsignalen correct werken.

4 Conclusie

Het bedrijfs- en onderhoudsbeheer van schakelaars is een dynamisch proces. In het dagelijkse werk dient de verantwoordelijkheidszin van bedienings- en onderhoudspersoneel te worden versterkt. Zij moeten strikt de voorschriften voor de desbetreffende inspecties en onderhoud volgen, en een redelijke gesloten loopmanagementsysteem voor apparatuur opstellen om het normale functioneren van de apparatuur en de stabiele werking van het elektriciteitsnet te waarborgen.