En kort analyse av nøkkelpunkter for drift og vedlikehold av høyspennings SF6 brytere

1 Oversikt

Brytere kan koble og skille kretser ifølge driftsmodusen under normale forhold. De kan også raskt kutte av feilende utstyr basert på sekundære beskyttelsessignaler når en feil oppstår, eller koble kretsen for å gjenopprette strømforsyningen etter at en midlertidig feil er eliminert. Dermed har de den doble funksjonen av kontroll og beskyttelse. For tiden finnes det mer enn hundre transformasjonsstasjoner i Pingdingshan-området. I hver transformasjonsstasjon kreves brytere for hver utgående linje, hver inngående linside, og koblingen av dobbel busbar. Høyspennings SF₆-brytere brukes vidt i 110 kV og 220 kV transformasjonsstasjoner på grunn av fordeler som sterk kuttetekapasitet, rask handling, lett vedlikehold, og høy stabilitet.

Høyspenningsbrytere består hovedsakelig av bevegelige kontakter, statiske kontakter, bukkeslukningskammer, og ledende deler. Bevegelige og statiske kontakter er plassert inne i bukkeslukningskammeret og brukes til å bryte strøm. Den statiske kontakten forblir på plass, og den bevegelige kontakten drives av driftsmekanismen for å gjøre at bryteren fullfører åpning og lukking av operasjoner. Driftsmekanismen er koblet til den bevegelige kontakten gjennom en overføringsmekanisme og en isolerende trekkerstang.

Selv om ytelser av ofte brukte høyspennings SF₆-brytere er relativt komplette for tiden, kan feil fremdeles oppstå under drift på grunn av endringer i kraftnett, eksterne miljøforhold, og interne faktorer. Med høyspennings SF₆-brytere som brukes i 220 kV transformasjonsstasjoner som eksempel, diskuteres her kort de vanlige problemene under deres drift og tilhørende håndteringstiltak.

2 Analyse av eksisterende problemer og nøkkelpunkter for drift og vedlikehold

Flere komponenter av høyspennings SF₆-brytere, som driftsmekanismen, overføringsmekanismen, bukkeslukningsdelen, og strømførende delen, er utsatt for ulike feil under drift. I den tidligere drift av transformasjonsstasjoner i Pingdingshan-området, har følgende hendelser inntruffet:

• Høyspennings SF₆-brytere ble tvunget til å stoppe drift på grunn av SF₆-gasslekkasje.

• Trykklåsing oppsto på grunn av alvorlig oljelekkasje i hydraulisk mekanisme, eller energilagring mislyktes på grunn av unormaliteter i fjærmekanismen, som førte til at høyspennings SF₆-brytere ikke kunne bryte strøm normalt.

• Bryteren nektet å fungere på grunn av problemer i mekanismen selv, som et brutt kontrollkrets, som hindret den fra å møte kravene for åpning og lukking.

• Høyspennings SF₆-brytere ble skadet på grunn av porcelænsisolatorknusning.

• Overoppvarming forårsaket av strømføringssporing ledet til at høyspennings SF₆-brytere ikke kunne fungere normalt.

• Bryteren ble skadet i ulike grad og kunne ikke opprettholde normal drift på grunn av påvirkning av eksterne miljøforhold eller skade på isolasjonsdelen.

Disse problemene kan forårsake visse skader på høyspennings SF₆-brytere i ulike grad og påvirke deres normal drift. Under daglige inspeksjoner og vedlikehold, bør mer oppmerksomhet rettes mot inspeksjon av disse komponentene av høyspennings SF₆-brytere for å forbedre strømforsyningsreliabiliteten i kraftsystemet. Her følger en individuell analyse av de ovennevnte problemene.

2.1 Bukkeslukningsdel

Høyspennings SF₆-brytere må ha tilstrekkelig bukkeblåsende evne og dielektrisk gjenopprettelsesstyrke for å effektivt forhindre bukkegjenopplysning ved strømnulpunkt. Bukkeslukningsprosessen av høyspennings SF₆-brytere foregår i bukkeslukningskammeret, som hovedsakelig består av bevegelige og statiske hovedkontakter, bevegelige og statiske bukkekontakter, store og små nysler, en komprimeringsylinder, og en kolbe. Spesifikt:

• Hovedkontaktene bærer strømmen når bryteren opererer normalt.

• Bukkekontaktene er koblet parallelt med hovedkontaktene, og deres kontaktreise er større enn hovedkontaktene. De kan tåle all bukkeerosjon under strømbryting eller lukking, og dermed beskytte hovedkontaktene fra skade.

• Nyslene begrenser flytretningen og hastigheten til strålegassen for å oppnå den beste bukkeblåsendeeffekten.

• Kolben komprimerer gassen i komprimeringsylinderen når den bevegelige kontakten beveger seg, øker gasspresset i sylinderen for å nå det optimale bukkeblåsendegasspresset.

Under drift vil SF₆-gasslekkasje direkte påvirke den stabile drift av bryteren. Når gasspresset synker under terskelen, vil bryteren gi en alarm eller bli låst ut på grunn av lavt trykk. I dette tilfellet kan en feil oppstå, som potensielt kan utvide strømtapsområdet.

2.2 Mekanisk del

Den mekaniske ytelsen av høyspennings SF₆-brytere bestemmer direkte deres bukkeslukningskapasitet og påvirker deres åpnings- og lukkingshastighet og -tid. Den mekaniske delen kan grovt deles inn i driftsmekanismen og overføringsmekanismen. Ifølge statistiske data om bryterfeil, er 63,2% av bryterfeil i Kina forårsaket av driftsmekanismen.

Driftsmekanismene for SF₆-brytere som brukes i 110 kV og over transformasjonsstasjoner i Pingdingshan-området, er grovt delt inn i hydrauliske mekanismer og fjærmekanismer. Fjærmekanismer er vidtbrukt på grunn av fordeler som enkel mekanisk struktur, lett vedlikehold, rask respons, miljøvennlighet, og lav kostnad. Imidlertid, som driftstiden øker, vil fjærens elastisitet svekkes. Det kan oppstå situasjoner hvor bryteren mislykkes med å kutte av feilstrømmen på grunn av at åpningsspringen ikke lagrer energi, eller at reklosing mislykkes fordi lukkingsspringen mislykkes med å lagre energi under reklosing.

Hydrauliske mekanismer har fordeler som sterkere pålitelighet, høyere sikkerhet, og lengre levetid. Når hydraulverdien synker under terskelen, vil nulltrykkslåsing aktiveres for å unngå langsom åpning på grunn av trykktap. Kontrollsystemet starter motoren for å øke presset, og etter en satt tid, vil tidsrelæet kutte kontrollkretsen for å stoppe pressøkningen.

I tillegg spiller overføringsmekanismer som koblingsstenger, krumme armer, og roterende akser en viktig rolle i åpning- og lukkingprosessen. Når de mottar åpning- og lukkingssignal, slipper åpning- og lukkingsspringene energi og driver kontaktene til å fullføre åpning- og lukkingstaskene gjennom overføringsmekanismer som koblingsstenger og krumme armer. Hvis koblingsstenger, krumme armer, eller roterende akser er deformerte eller sprukket, vil det påvirke den normale overføringen under åpning og lukking av bryteren.

2.3 Driftsmiljø

Utendørs SF₆-brytere bør også ta hensyn til påvirkning av endringer i driftsmiljøet under drift. For eksempel, under sterke vindforhold, kan ledninger sveve betydelig eller fremmede objekter fanges opp. Når lyn treffer kraftnett eller jordsystemet, kan overvoltageopplosninger oppstå, som fører til at bryteren tripper. Under regn eller snø, er overflaten av bryteren utsatt for fukt, som kan danne koronadischarge. Hvis overflaten er forurenet, kan mer alvorlig forureningsblinkforekomst oppstå. I tilfeller av snøakkumulering eller isbilding, kan forbindelsene overoppvarmes. Når temperaturen endres plutselig, kan oljenivået og gasspresset i bryteren også endre seg plutselig, som fører til en nedgang i isolasjonsytelsen og påvirker dens åpnings- og lukkingshastighet.

2.4 Isolasjonsdel

Isolasjonsdelen har funksjonen å isolare utstyret fra luften. Vanlig brukte isoleringsmaterialer inkluderer porcelænsisolatorer, komposittisolatorer, og silikongummiisolatorer. For tiden er den eksterne isolasjonen av SF₆-brytere i Pingdingshan-området mest av porcelæn.

Under drift, kan isolasjonsytelsen av porcelænsisolatorer alvorlig svekkes eller enda verre mistes på grunn av faktorer som egen dårlig kvalitet, ugodkjent installasjon, plutselige temperaturendringer, eller overdreven overvoltageopplosninger. Hvis den eksterne isolasjonen av høyspennings SF₆-brytere er uregelmessig belasted under installasjon, vil skaden på den eksterne isolasjonen forverres under langvarig drift. I alvorlige tilfeller, kan det oppstå revner eller knusninger på overflaten av porcelænet.

I tillegg kan plutselige endringer i det eksterne temperaturet betydelig redusere bøyning og strekkstyrken av isoleringsmaterialer. Hvis mekaniske krefter påføres på dette tidspunktet, kan isolasjonsdelen bli skadet eller enda verre perforert. Når den eksterne isolasjonen er utsatt for overvoltage, kan det lokaliserte disjunksjonen utløses. Hvis det er støv eller smuss på overflaten av den eksterne isolasjonen, og miljøet er fuktig, kan forureningsblinkforekomst oppstå under virkningen av et høyspennings elektrisk felt.

3 Tiltak

Ettersom det er mange utgående linjer i 220 kV transformasjonsstasjoner, og deretter, et stort antall SF₆-brytere, for å redusere forekomsten av de nevnte problemene, bør en rimelig inspeksjonsperiode og vedlikeholdsperiode utformes, en komplett defekthandlingsprosess og utstyrsgodkjenningsstandard etableres, med fokus på ulykkesforebygging, og et komplett lukket system for administrasjon etableres.

3.1 Utforming av en rimelig inspeksjonsperiode

Den normale drift av brytere avhenger av daglige inspeksjoner av drifts- og vedlikeholdsansatte. Ved å utforme en rimelig inspeksjonsperiode, kan defekter i brytere oppdages på tide, forhindre at defektene utvikler seg og forårsaker ulykker. Her er kort beskrevet de viktigste punktene som bør merkes under inspeksjon av 220 kV høyspennings SF₆-brytere.

• Rutineinspeksjoner bør gjennomføres minst én gang per uke. Dette involverer hovedsakelig rutineinspeksjoner av bryterens utseende, unormale lyder, utstyrslækasje, driftsmiljø, og sporning og inspeksjon av defekter og potensielle farer. Spesiell oppmerksomhet bør rettes mot å sjekke om trykkverdien og olnivået av høyspennings SF₆-bryteren er innenfor normalt område, registrere trykkverdien, observere om oljefargen er normal, og om energilagring kan utføres normalt.

• Komplette inspeksjoner bør gjennomføres minst én gang per måned. Basert på rutineinspeksjoner, åpnes kabinettdørene til utstyr i transformasjonsstasjonen for inspeksjon. Driftsdata som gasstrykkverdien og olnivået av bryteren registreres; det sjekkes om kabinettdørene til bryteren er tett lukket, om hullene er godt blokkert, og om fuktighets- og temperaturkontrolleringsenheter kan fungere normalt; om åpning- og lukkingsspoler har fargetendenser, unormale lukt, eller tegn på brenning; om driftsmekanismen og overføringsmekanismen til bryteren er normal; og om sekundære kabler har overoppvarming, løsning, eller brudd.

• Inspeksjon i mørket bør gjennomføres minst én gang per måned. Dette refererer til inspeksjoner som gjennomføres om natten med lysene slukket, med fokus på å sjekke om ledninger, forbindelser, og klammer er overoppvarmede, og om det er noen disjunksjon på den eksterne isolasjonen.

• Spesielle inspeksjoner gjennomføres for å forhindre at bryteren feiler, nekter å fungere, deformerer strukturen, lider isolasjonsskade, disjunksjon, eller forureningsblinkforekomst på grunn av endringer i det eksterne miljøet eller driftsmodusen i systemet, som kan påvirke den normale drift av bryteren. Spesifikke situasjoner har ulike inspeksjonsperioder.

3.2 Utforming av en rimelig vedlikeholdsperiode

Regelmessige inspeksjoner er rettet mot bedre oppdaging av problemer, mens regelmessig vedlikehold kan bedre forhindre at små defekter utvikler seg til store ulykker. Her er flere vanlige vedlikeholdsoppdrag for brytere.

• Kabinettsvedlikehold utføres én gang hvert halvår. Det fokuserer på å sjekke om tettstrippene, kabinettdørhengsel, og hender er skadet, om kabinetet er rustet, og om jordmerker er intakte.

• Blokkeringvedlikehold utføres én gang per måned. Brannmotstandige blokkermaterialer bør brukes for blokkering, og isolerende materialer som brannmotstandige plater bør brukes hvis nødvendig for å sikre tett blokkering og forhindre at blokkermaterialet kollapser.

• Vedlikehold av fuktighets- og varmeenheter og belysningsenheter utføres én gang per kvartal. Det fastsettes om fuktighets- og varmeenheter fungerer normalt i henhold til miljøendringer. Samtidig sjekkes det om belysningsenheter inne i kabinetet er normale, og om deres kontaktknapper og kretskabler er løse.

3.3 Etablering av en defekthandlingsprosess

Defekter funnet under inspeksjoner og vedlikehold bør registreres, og meldes på tide i henhold til deres alvorlighetsgrad. Senere skal vedlikeholdsansatte hurtig utføre tester og vedlikeholdsarbeid. Etter vedlikehold, er drifts- og vedlikeholdsansatte ansvarlige for utstyrsgodkjenning, og utstyret settes i drift bare etter at det er godkjent. Gjennom helprosess-lukket administrasjon av oppdagelse - registrering - rapportering - behandling - godkjenning, kan ikke bare utstyrets levetid forlenkes, men også forekomsten av ulykker reduseres, og høykvalitativ strøm kan bedre leveres til brukere.

3.4 Forsiktigheter ved godkjenning

Brytere bør godkjennes og passere inspeksjon før de settes i drift etter ny installasjon eller vedlikehold. Under godkjenning, bør det sikres at det ikke er rester fra vedlikehold på bryteren; porcelænsisolatorer er rene og uskadet; SF₆-gasstrykkmåler og olnivåmåler er normale; hydrauliske mekanismer eller fjærmekanismer kan lagre energi normalt; kabinetet er godt tett, og forbindelsene ikke er løse eller deformerte; og posisjonsignaler og unormale alarm-signaler kan fungere riktig.

4 Konklusjon

Drifts- og vedlikeholdsadministrasjon av brytere er en dynamisk prosess. I daglig arbeid bør ansvarsfølelsen hos drifts- og vedlikeholdsansatte styrkes. De bør strengt følge forskriftene for tilsvarende inspeksjoner og vedlikehold, og en rimelig lukket administrasjonssystem for utstyr bør utformes for å sikre den normale drift av utstyr og stabil drift av kraftnett.