Krótki analiza kluczowych punktów dotyczących eksploatacji i konserwacji wysokonapięciowych wyłączników SF6

1 Przegląd

Przerzutniki mogą podłączać i odłączać obwody zgodnie z trybem pracy w normalnych warunkach. W przypadku wystąpienia awarii mogą również szybko odciąć uszkodzone urządzenia na podstawie sygnałów drugiego stopnia ochrony, lub podłączyć obwód, przywracając dostawę energii po eliminacji przejściowej awarii. W ten sposób mają podwójną funkcję sterowania i ochrony. Obecnie w rejonie Pingdingshan znajduje się ponad sto stacji przekształtniczych. W każdej stacji potrzebne są przerzutniki dla każdego linii wychodzącej, każdej strony wejściowej oraz do połączenia podwójnej szyny. Wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ są szeroko stosowane w stacjach przekształtniczych 110 kV i 220 kV ze względu na ich zalety, takie jak silna zdolność przecięcia, szybka prędkość działania, łatwa konserwacja i wysoka stabilność.

Wysokonapięciowe przerzutniki składają się głównie z ruchomych kontaktów, nieruchomych kontaktów, komór gazowych i części przewodzących. Ruchome i nieruchome kontakty znajdują się wewnątrz komory gazowej i służą do przerwania prądu. Nieruchomy kontakt pozostaje na swoim miejscu, a ruchomy kontakt jest napędzany przez mechanizm operacyjny, co umożliwia przerzutnikowi wykonanie operacji otwarcia i zamknięcia. Mechanizm operacyjny jest połączony z ruchomym kontaktem poprzez mechanizm przekazywania i izolującą tuleję.

Pomimo że obecnie wykorzystywane wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ mają dość kompleksowe właściwości, awarie mogą nadal wystąpić podczas eksploatacji ze względu na zmiany w sieci energetycznej, czynniki zewnętrzne i wewnętrzne. Na przykładzie wysokonapięciowych przerzutników SF₆ używanych w stacjach przekształtniczych 220 kV, niniejszy artykuł krótko omawia typowe problemy podczas ich eksploatacji oraz odpowiednie środki zaradcze.

2 Analiza istniejących problemów i kluczowych punktów eksploatacji i konserwacji

Wiele komponentów wysokonapięciowych przerzutników SF₆, takich jak mechanizm operacyjny, mechanizm przekazywania, część gazowa i część przewodząca, może ulec różnym awariom podczas eksploatacji. W przeszłości podczas eksploatacji stacji przekształtniczych w rejonie Pingdingshan wystąpiły następujące incydenty:

• Wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ zostały zmuszone do zatrzymania działania z powodu przecieku gazu SF₆.

• Wystąpił zamek ciśnieniowy z powodu silnego przecieku oleju w mechanizmie hydraulicznym, lub niepowodzenie akumulacji energii z powodu anomalii w mechanizmie sprężynowym, co spowodowało, że wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ nie mogły normalnie przerwać prądu.

• Przerzutnik odmówił działania z powodu problemów w samym mechanizmie, takich jak zerwana droga kontrolna, uniemożliwiając spełnienie wymagań dotyczącego otwarcia i zamknięcia.

• Wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ zostały uszkodzone z powodu pęknięcia izolatora porcelanowego.

• Nadgrzewanie spowodowane problemami przewodzenia prądu doprowadziło do niemożności normalnego działania wysokonapięciowych przerzutników SF₆.

• Przerzutnik uległ różnym stopniom uszkodzeń i nie mógł utrzymać normalnego działania z powodu wpływu środowiska zewnętrznego lub uszkodzenia części izolacyjnej.

Te problemy mogą powodować pewne uszkodzenia wysokonapięciowych przerzutników SF₆ w różnym stopniu i wpływać na ich normalne działanie. Podczas codziennej inspekcji i konserwacji należy zwrócić więcej uwagi na sprawdzenie tych komponentów wysokonapięciowych przerzutników SF₆, aby zwiększyć niezawodność dostawy energii w systemie elektroenergetycznym. Poniżej przedstawiono indywidualną analizę powyższych problemów.

2.1 Część gazowa

Wysokonapięciowe przerzutniki SF₆ muszą posiadać wystarczającą zdolność dmuchania gazu i siłę odzyskiwania dielektrycznego, aby skutecznie zapobiec ponownemu zapłonowi łuku przy przechodzeniu przez zero prądu. Proces gaszenia łuku w wysokonapięciowych przerzutnikach SF₆ odbywa się w komorze gazowej, która składa się głównie z ruchomych i nieruchomych głównych kontaktów, ruchomych i nieruchomych kontaktów łukowych, dużych i małych dysz, cylindra sprężającego i tłoka. Dokładniej:

• Główne kontakty przewodzą prąd, gdy przerzutnik działa normalnie.

• Kontakty łukowe są połączone równolegle z głównymi kontaktami, a ich przebieg kontaktu jest większy niż głównych kontaktów. Mogą one znieść całe zużycie łuku podczas przerwania lub zamknięcia prądu, chroniąc główne kontakty przed uszkodzeniem.

• Dysze ograniczają kierunek i prędkość strumienia gazu, aby osiągnąć najlepszy efekt dmuchania gazu.

• Tłok kompresuje gaz w cylindrze sprężającym, gdy ruchomy kontakt się porusza, zwiększając ciśnienie gazu w cylindrze, aby osiągnąć optymalne ciśnienie gazu do dmuchania.

Podczas eksploatacji przeciek gazu SF₆ bezpośrednio wpływa na stabilne działanie przerzutnika. Gdy ciśnienie gazu spadnie poniżej progu, przerzutnik wyda alarm lub zostanie zablokowany z powodu niskiego ciśnienia. W tym przypadku może wystąpić awaria, potencjalnie rozszerzając obszar wyłączenia zasilania.

2.2 Część mechaniczna

Mechaniczne właściwości wysokonapięciowych przerzutników SF₆ bezpośrednio określają ich zdolność gaszenia łuku i wpływają na prędkość i czas otwarcia i zamknięcia. Część mechaniczna można ją podzielić na mechanizm operacyjny i mechanizm przekazywania. Zgodnie z statystykami dotyczącymi awarii przerzutników, 63,2% awarii przerzutników w Chinach jest spowodowanych przez mechanizm operacyjny.

Mechanizmy operacyjne przerzutników SF₆ używanych w stacjach przekształtniczych 110 kV i wyższych w rejonie Pingdingshan są dzielone na mechanizmy hydrauliczne i sprężynowe. Mechanizmy sprężynowe są szeroko stosowane ze względu na ich zalety, takie jak prosta struktura mechaniczna, łatwa konserwacja, szybka reakcja, przyjazność dla środowiska i niski koszt. Jednakże, w miarę upływu czasu, sprężystość sprężyny słabnie. Może dojść do sytuacji, w której przerzutnik nie jest w stanie przerwać prądu awaryjnego z powodu niepowodzenia akumulacji energii przez sprężynę otwarcia, lub ponowne zamknięcie nie powiedzie się, ponieważ sprężyna zamknięcia nie akumuluje energii podczas ponownego zamknięcia.

Mechanizmy hydrauliczne mają zalety, takie jak większa niezawodność, wyższa bezpieczeństwo i dłuższy okres użytkowania. Gdy wartość hydrauliczna spadnie poniżej progu, nastąpi zamek ciśnieniowy z zerem, aby uniknąć wolnego otwarcia z powodu utraty ciśnienia. System sterujący uruchomi silnik, aby zwiększyć ciśnienie, a po upływie ustalonego czasu, relé czasowe przerwie obwód sterujący, aby zatrzymać zwiększenie ciśnienia.

Ponadto, mechanizmy przekazywania, takie jak wałki, ramiona i wałki obrotowe, odgrywają ważną rolę w procesie otwarcia i zamknięcia. Otrzymując sygnały otwarcia i zamknięcia, sprężyny otwarcia i zamknięcia uwalniają energię i napędzają kontakty, aby wykonać zadania otwarcia i zamknięcia poprzez mechanizmy przekazywania, takie jak wałki i ramiona. Jeśli wałki, ramiona lub wałki obrotowe są deformowane lub pęknięte, wpłynie to na prawidłowe przekazywanie podczas otwierania i zamykania przerzutnika.

2.3 Środowisko pracy

Zewnętrznego typu przerzutniki SF₆ powinny również zwrócić uwagę na wpływ zmian w środowisku pracy podczas eksploatacji. Na przykład, w silnych wiatrach, przewody mogą znacznie kołysać się lub na nich mogą utknąć obce ciała. Gdy błyskawica uderzy w sieć energetyczną lub system ziemny, mogą wystąpić impulsy przepięcia, powodując, że przerzutnik będzie odłączany. W warunkach deszczu lub śniegu, powierzchnia przerzutnika jest podatna na wilgoć, co może prowadzić do pojawienia się korony elektrycznej. Jeśli powierzchnia jest zanieczyszczona, może wystąpić poważniejsze przepicie zanieczyszczeniami. W przypadku nagromadzenia śniegu lub lodu, stawy mogą być podatne na nadgrzewanie. Gdy temperatura zmienia się nagle, poziom oleju i ciśnienie gazu przerzutnika mogą również nagle zmieniać się, co prowadzi do obniżenia właściwości izolacyjnych i wpływa na prędkość otwarcia i zamknięcia.

2.4 Część izolacyjna

Część izolacyjna służy do izolacji sprzętu od powietrza. Wspólne materiały izolacyjne obejmują izolatory porcelanowe, złożone izolatory i izolatory z kauczukosilikonu. Obecnie, zewnętrzna izolacja przerzutników SF₆ w rejonie Pingdingshan jest głównie wykonana z porcelany.

Podczas eksploatacji, właściwości izolacyjne izolatorów porcelanowych mogą znacznie spadać, a nawet być utracone, z powodu czynników, takich jak niska jakość samego izolatora, nieprawidłowa instalacja, nagłe zmiany temperatury lub nadmiernie wysokie impulsy przepięcia. Jeśli zewnętrzna izolacja wysokonapięciowych przerzutników SF₆ jest nierównomiernie narażona na naprężenia podczas montażu, uszkodzenia zewnętrznej izolacji mogą się pogorszyć podczas długotrwałej eksploatacji. W najgorszych przypadkach na powierzchni porcelany mogą pojawić się pęknięcia lub pękania.

Ponadto, nagłe zmiany temperatury zewnętrznej mogą znacznie obniżyć wytrzymałość na zginanie i rozciąganie materiałów izolacyjnych. Jeśli w tym czasie zostaną zastosowane siły mechaniczne, część izolacyjna może ulec uszkodzeniu, a nawet przebiciu. Gdy zewnętrzna izolacja jest narażona na przepięcie, może zostać wyzwolone lokalne przepicie. Jeśli na powierzchni zewnętrznej izolacji jest kurz lub brud, a środowisko jest wilgotne, może wystąpić przepicie zanieczyszczeniami pod wpływem pola elektrycznego wysokiego napięcia.

3 Środki zaradcze

Ponieważ w stacjach przekształtniczych 220 kV jest wiele linii wychodzących, a w związku z tym duże ilości przerzutników SF₆, aby zmniejszyć występowanie powyższych problemów, należy opracować rozsądny cykl inspekcji i konserwacji, pełny proces obsługi defektów i standardy akceptacji sprzętu, skupiając się na zapobieganiu wypadkom, i tworząc pełny system zarządzania zamkniętym obiegiem.

3.1 Opracowanie rozsądnego cyklu inspekcji

Normalne działanie przerzutników zależy od codziennej inspekcji przez personel operacyjny i konserwacyjny. Poprzez opracowanie rozsądnego cyklu inspekcji, można w porę wykryć defekty w przerzutnikach, zapobiegając rozszerzeniu defektów i powstaniu wypadków. Poniżej krótko opisano kluczowe punkty do uwzględnienia podczas inspekcji wysokonapięciowych przerzutników SF₆ 220 kV.

• Inspekcje rutynowe powinny być przeprowadzane co najmniej raz w tygodniu. Głównie polegają one na rutynowych inspekcjach wyglądu przerzutnika, nietypowych dźwięków, przecieków sprzętu, środowiska pracy oraz śledzenia i inspekcji defektów i zagrożeń. Szczególną uwagę należy zwrócić na sprawdzenie, czy wartości ciśnienia i poziom oleju wysokonapięciowego przerzutnika SF₆ są w normalnym zakresie, zapisanie wartości ciśnienia, obserwację, czy kolor oleju jest normalny, oraz czy akumulacja energii może być przeprowadzana normalnie.

• Kompleksowe inspekcje powinny być przeprowadzane co najmniej raz w miesiącu. Na podstawie inspekcji rutynowych, otwierane są drzwi szafy sprzętu w stacji przekształtniczej. Rejestrowane są dane operacyjne, takie jak wartość ciśnienia gazu i poziom oleju przerzutnika; sprawdzane jest, czy drzwi szafy przerzutnika są ciasno zamknięte, czy otwory są dobrze zabezpieczone, czy urządzenia odwilżające i regulujące temperaturę działają normalnie; czy cewki otwarcia i zamknięcia mają zmiany barwy, nietypowe zapachy lub oznaki palenia; czy mechanizm operacyjny i przekazywania przerzutnika działają normalnie; oraz czy przewód drugorzędny ma przeogrzanie, luz lub pęknięcie.

• Inspekcje w ciemności powinny być przeprowadzane co najmniej raz w miesiącu. Odnosi się to do inspekcji przeprowadzanych w nocy z wyłączonym światłem, skupiając się na sprawdzeniu, czy przewody, stawy i imiaki są przeogrzane, oraz czy występuje jakieś przepicie na zewnętrznej izolacji.

• Specjalne inspekcje są przeprowadzane, aby zapobiec błędowi działania, odmowie działania, deformacji strukturalnej, uszkodzeniu izolacji, przepiciu lub przepiciu zanieczyszczeniami przerzutnika z powodu zmian w środowisku zewnętrznym lub trybie działania systemu, które mogą wpłynąć na normalne działanie przerzutnika. Okresowość inspekcji zależy od konkretnej sytuacji.

3.2 Opracowanie rozsądnego cyklu konserwacji

Regularne inspekcje mają na celu lepsze wykrywanie problemów, podczas gdy regularna konserwacja może lepiej zapobiegać, aby małe defekty nie rozwinęły się w poważne wypadki. Poniżej przedstawiono kilka powszechnych elementów konserwacji przerzutników.

• Konserwacja szafy jest przeprowadzana raz na pół roku. Skupia się ona na sprawdzeniu, czy taśmy szczelnicze, zawiasy i uchwyty drzwi szafy są uszkodzone, czy szafa jest zardzewiała, a także czy oznaczenia ziemne są kompletnie.

• Konserwacja zabezpieczeń jest przeprowadzana raz w miesiącu. Do zabezpieczeń powinny być używane materiały ogniotrwałe, a jeśli jest to konieczne, powinny być używane izolujące materiały, takie jak płyty ogniotrwałe, aby zapewnić ciasne zabezpieczenie i zapobiec zawaleniu materiału zabezpieczającego.

• Konserwacja urządzeń odwilżających i grzewczych oraz urządzeń oświetleniowych jest przeprowadzana raz na kwartał. Sprawdzane jest, czy urządzenia odwilżające i grzewcze działają normalnie zgodnie z zmianami środowiska. W tym samym czasie sprawdzane jest, czy urządzenia oświetleniowe wewnątrz szafy są normalne, a ich przełączniki i przewody są luźne.

3.3 Ustanowienie procesu obsługi defektów

Defekty znalezione podczas inspekcji i konserwacji powinny być zarejestrowane i zgłaszane w odpowiednim czasie według ich nasilenia. Później, personel konserwacyjny powinien w odpowiednim czasie przeprowadzać badania i prace konserwacyjne. Po konserwacji, personel operacyjny i konserwacyjny jest odpowiedzialny za akceptację sprzętu, a sprzęt jest wprowadzany do eksploatacji tylko po jej zakończeniu. Dzięki całkowitemu zarządzaniu zamkniętym obiegiem od wykrycia, rejestracji, zgłoszenia, obsługi do akceptacji, można nie tylko przedłużyć żywotność sprzętu, ale też zmniejszyć wystąpienie wypadków i lepiej dostarczać użytkownikom wysokiej jakości energię elektryczną.

3.4 Precautions for Acceptance

Przed wprowadzeniem do eksploatacji nowo zainstalowanych lub po konserwacji przerzutników, powinny one być akceptowane i zatwierdzone. Podczas akceptacji należy upewnić się, że na przerzutniku nie pozostały żadne resztki po konserwacji; izolatory porcelanowe są czyste i nieuszkodzone; wskaźniki ciśnienia gazu SF₆ i poziomu oleju są normalne; mechanizm hydrauliczny lub sprężynowy może normalnie akumulować energię; szafa jest dobrze zabezpieczona, a stawy nie są luźne ani zdeformowane; a sygnały pozycyjne i sygnały alarmowe działają poprawnie.

4 Podsumowanie

Zarządzanie eksploatacją i konserwacją przerzutników to dynamiczny proces. W codziennej pracy należy wzmocnić poczucie odpowiedzialności personelu operacyjnego i konserwacyjnego. Powinni oni ścisłe przestrzegać przepisów dotyczących odpowiednich inspekcji i konserwacji, a także opracować rozsądny system zarządzania zamkniętym obiegiem sprzętu, aby zapewnić prawidłowe działanie sprzętu i stabilne działanie sieci energetycznej.