Uma Breve Análise dos Pontos Chave para a Operação e Manutenção de Disjuntores de Alta Tensão SF6

1 Visão Geral

Os disjuntores podem conectar e desconectar circuitos de acordo com o modo de operação em condições normais. Eles também podem cortar rapidamente equipamentos defeituosos com base em sinais de proteção secundária quando ocorre uma falha, ou conectar o circuito para restaurar o fornecimento de energia após a eliminação de uma falha transitória. Assim, eles têm as funções duplas de controle e proteção. Atualmente, há mais de cem subestações na área de Pingdingshan. Em cada subestação, são necessários disjuntores para cada linha de saída, cada lado de entrada e a conexão de barras duplas. Os disjuntores de alta tensão SF₆ são amplamente utilizados em subestações de 110 kV e 220 kV devido às suas vantagens, como capacidade de interrupção forte, velocidade de ação rápida, manutenção fácil e alta estabilidade.

Os disjuntores de alta tensão são compostos principalmente por contatos móveis, contatos fixos, câmaras de extinção de arco e partes condutoras. Os contatos móveis e fixos estão localizados dentro da câmara de extinção de arco e são usados para interromper a corrente. O contato fixo permanece no lugar, e o contato móvel é alimentado pelo mecanismo de operação para permitir que o disjuntor complete as operações de abertura e fechamento. O mecanismo de operação está conectado ao contato móvel através de um mecanismo de transmissão e de uma haste isolante.

Embora o desempenho dos disjuntores de alta tensão SF₆ comumente utilizados seja relativamente completo atualmente, falhas ainda podem ocorrer durante a operação devido a mudanças na rede elétrica, ambiente externo e fatores internos. Tomando como exemplo os disjuntores de alta tensão SF₆ utilizados em subestações de 220 kV, este artigo discute brevemente os problemas comuns durante sua operação e as medidas de tratamento correspondentes.

2 Análise dos Problemas Existentes e Pontos Chave de Operação e Manutenção

Múltiplas componentes dos disjuntores de alta tensão SF₆, como o mecanismo de operação, mecanismo de transmissão, parte de extinção de arco e parte de condução de corrente, são propensas a várias falhas durante a operação. Nas operações passadas das subestações na área de Pingdingshan, ocorreram os seguintes incidentes:

• Disjuntores de alta tensão SF₆ foram forçados a parar de operar devido a vazamento de gás SF₆.

• Ocorreu bloqueio de pressão devido a vazamento sério de óleo no mecanismo hidráulico, ou falha de armazenamento de energia devido a anomalias no mecanismo de mola, resultando na incapacidade dos disjuntores de alta tensão SF₆ de interromper a corrente normalmente.

• O disjuntor recusou-se a operar devido a problemas no próprio mecanismo, como um circuito de controle quebrado, impedindo-o de atender aos requisitos de abertura e fechamento.

• Disjuntores de alta tensão SF₆ foram danificados devido à fratura de isoladores de porcelana.

• Sobreaquecimento causado por problemas de condução de corrente levou à incapacidade dos disjuntores de alta tensão SF₆ de operar normalmente.

• O disjuntor sofreu diferentes graus de dano e não conseguiu manter a operação normal devido à influência do ambiente externo ou danos à parte de isolamento.

Esses problemas podem causar certos danos aos disjuntores de alta tensão SF₆ em diferentes graus e afetar sua operação normal. Durante a inspeção e manutenção diária, deve-se prestar mais atenção à inspeção dessas componentes dos disjuntores de alta tensão SF₆ para melhorar a confiabilidade do fornecimento de energia do sistema elétrico. A seguir, analisa-se individualmente os problemas mencionados acima.

2.1 Parte de Extinção de Arco

Os disjuntores de alta tensão SF₆ devem ter capacidade suficiente de sopro de arco e força de recuperação dielétrica para evitar efetivamente a recombustão do arco no cruzamento de corrente zero. O processo de extinção de arco dos disjuntores de alta tensão SF₆ ocorre na câmara de extinção de arco, que é composta principalmente por contatos principais móveis e fixos, contatos de arco móveis e fixos, bocais grandes e pequenos, cilindro de compressão e pistão. Especificamente:

• Os contatos principais carregam a corrente quando o disjuntor está operando normalmente.

• Os contatos de arco estão conectados em paralelo com os contatos principais, e seu percurso de contato é maior do que o dos contatos principais. Eles podem suportar toda a erosão do arco durante a interrupção ou fechamento da corrente, protegendo assim os contatos principais de danos.

• Os bocais limitam a direção e a velocidade do fluxo de gás de jato para alcançar o melhor efeito de sopro de arco.

• O pistão comprime o gás no cilindro de compressão quando o contato móvel se move, aumentando a pressão do gás no cilindro para atingir a pressão ótima de gás de sopro de arco.

Durante a operação, o vazamento de gás SF₆ afetará diretamente a operação estável do disjuntor. Quando a pressão do gás cai abaixo do limite, o disjuntor emitirá um alarme ou será bloqueado devido à baixa pressão. Nesse caso, pode ocorrer uma falha, potencialmente expandindo a área de interrupção de energia.

2.2 Parte Mecânica

O desempenho mecânico dos disjuntores de alta tensão SF₆ determina diretamente sua capacidade de extinção de arco e afeta sua velocidade e tempo de abertura e fechamento. A parte mecânica pode ser dividida grosseiramente em mecanismo de operação e mecanismo de transmissão. De acordo com dados estatísticos sobre falhas de disjuntores, 63,2% das falhas de disjuntores na China são causadas pelo mecanismo de operação.

Os mecanismos de operação dos disjuntores SF₆ utilizados em subestações de 110 kV e acima na área de Pingdingshan são divididos grosseiramente em mecanismos hidráulicos e mecanismos de mola. Os mecanismos de mola são amplamente utilizados devido às suas vantagens, como estrutura mecânica simples, manutenção fácil, resposta rápida, amigável ao meio ambiente e baixo custo. No entanto, conforme o tempo de operação aumenta, a elasticidade da mola enfraquece. Pode haver situações em que o disjuntor falha em cortar a corrente de falha devido à falha da mola de abertura em armazenar energia, ou a recolocação falha porque a mola de fechamento falha em armazenar energia durante a recolocação.

Os mecanismos hidráulicos têm as vantagens de maior confiabilidade, segurança e vida útil mais longa. Quando o valor hidráulico cai abaixo do limite, o bloqueio de pressão zero será ativado para evitar a abertura lenta devido à perda de pressão. O sistema de controle iniciará o motor para aumentar a pressão, e após um tempo definido, o relé de tempo cortará o circuito de controle para parar o aumento de pressão.

Além disso, mecanismos de transmissão, como bielas, braços oscilantes e eixos rotativos, desempenham um papel importante no processo de abertura e fechamento. Ao receber sinais de abertura e fechamento, as molas de abertura e fechamento liberam energia e impulsionam os contatos para completar as tarefas de abertura e fechamento através de mecanismos de transmissão, como bielas e braços oscilantes. Se as bielas, braços oscilantes ou eixos rotativos estiverem deformados ou rachados, isso afetará a transmissão normal durante a abertura e fechamento do disjuntor.

2.3 Ambiente de Operação

Os disjuntores SF₆ de tipo externo também devem prestar atenção ao impacto das mudanças no ambiente de operação durante a operação. Por exemplo, em condições de vento forte, os cabos podem balançar significativamente ou objetos estranhos podem ficar presos neles. Quando o raio atinge a rede elétrica ou o sistema de aterramento, podem ocorrer surtos de sobretensão, causando o disparo do disjuntor. Em condições de chuva ou neve, a superfície do disjuntor é propensa a umidade, o que pode formar descarga corona. Se a superfície estiver contaminada, pode ocorrer uma flashover de poluição mais séria. No caso de acumulação de neve ou gelo, as junções podem superaquecer. Quando a temperatura muda repentinamente, o nível de óleo e a pressão do gás do disjuntor também podem mudar repentinamente, resultando em uma diminuição do desempenho de isolamento e afetando sua velocidade de abertura e fechamento.

2.4 Parte de Isolamento

A parte de isolamento serve para isolar o equipamento do ar. Materiais de isolamento comumente usados incluem isoladores de porcelana, isoladores compostos e isoladores de silicone. Atualmente, o isolamento externo dos disjuntores SF₆ na área de Pingdingshan é principalmente feito de porcelana.

Durante a operação, o desempenho de isolamento dos isoladores de porcelana pode declinar severamente ou até mesmo ser perdido devido a fatores como qualidade ruim, instalação inadequada, mudanças repentinas de temperatura ou surtos de sobretensão excessivos. Se o isolamento externo dos disjuntores de alta tensão SF₆ for estressado de forma desigual durante a instalação, o dano ao isolamento externo piorará durante a operação a longo prazo. Em casos graves, podem ocorrer rachaduras ou quebras na superfície da porcelana.

Além disso, mudanças repentinas na temperatura externa podem reduzir significativamente a resistência à flexão e à tração dos materiais de isolamento. Se forem aplicadas forças mecânicas nesse momento, a parte de isolamento pode ser danificada ou até mesmo perfurada. Quando o isolamento externo é submetido a sobretensão, pode ser desencadeada uma descarga parcial. Se houver poeira ou sujeira na superfície do isolamento externo, e o ambiente for úmido, pode ocorrer flashover de poluição sob a ação de um campo elétrico de alta tensão.

3 Medidas de Contenção

Como existem muitas linhas de saída em subestações de 220 kV, e, consequentemente, um grande número de disjuntores SF₆, para reduzir a ocorrência dos problemas mencionados acima, deve-se estabelecer um ciclo de inspeção e manutenção razoável, um processo completo de tratamento de defeitos e um padrão de aceitação de equipamentos, focando na prevenção de acidentes e estabelecendo um sistema de gerenciamento fechado completo.

3.1 Estabelecendo um Ciclo de Inspeção Razoável

A operação normal dos disjuntores depende da inspeção diária pelos profissionais de operação e manutenção. Ao estabelecer um ciclo de inspeção razoável, os defeitos nos disjuntores podem ser detectados de forma oportuna, evitando que os defeitos se expandam e causem acidentes. Abaixo, descrevemos brevemente os pontos-chave a serem observados durante a inspeção de disjuntores de alta tensão SF₆ de 220 kV.

• As inspeções rotineiras devem ser realizadas pelo menos uma vez por semana. Isso envolve principalmente inspeções de rotina na aparência do disjuntor, sons anormais, vazamentos de equipamentos, ambiente de operação e acompanhamento e inspeção de defeitos e perigos potenciais. Deve-se prestar especial atenção à verificação se o valor de pressão e o nível de óleo do disjuntor de alta tensão SF₆ estão dentro da faixa normal, registrando o valor de pressão, observando se a cor do óleo é normal e se a energia pode ser armazenada normalmente.

• As inspeções completas devem ser realizadas pelo menos uma vez por mês. Com base nas inspeções rotineiras, as portas dos painéis de equipamentos na subestação são abertas para inspeção. Dados operacionais, como o valor de pressão do gás e o nível de óleo do disjuntor, são registrados; verifica-se se as portas dos painéis do disjuntor estão bem fechadas, se os orifícios estão bem vedados e se os dispositivos de desumidificação e controle de temperatura estão operando normalmente; se as bobinas de abertura e fechamento apresentam descoloração, odor anormal ou sinais de queimadura; se o mecanismo de operação e o mecanismo de transmissão do disjuntor estão normais; e se a fiação secundária apresenta superaquecimento, soltura ou quebra.

• A inspeção no escuro deve ser realizada pelo menos uma vez por mês. Isso refere-se a inspeções realizadas à noite com as luzes apagadas, focando na verificação se os cabos, juntas e grampos estão superaquecidos e se há qualquer descarga no isolamento externo.

• As inspeções especiais são realizadas para prevenir que o disjuntor opere mal, recuse a operar, sofra deformação estrutural, danos de isolamento, descarga ou flashover de poluição devido a mudanças no ambiente externo ou no modo de operação do sistema, o que pode afetar a operação normal do disjuntor. As situações específicas têm diferentes ciclos de inspeção.

3.2 Estabelecendo um Ciclo de Manutenção Razoável

As inspeções regulares visam detectar melhor os problemas, enquanto a manutenção regular pode prevenir melhor que pequenos defeitos se desenvolvam em acidentes maiores. Abaixo, estão alguns itens de manutenção comuns para disjuntores.

• A manutenção dos painéis é realizada a cada seis meses. Ela se concentra na verificação se as tiras de vedação, dobradiças e alças das portas dos painéis estão danificadas, se o painel está enferrujado e se as marcas de aterramento estão intactas.

• A manutenção de vedação é realizada mensalmente. Devem ser usados materiais de vedação resistentes ao fogo, e, se necessário, materiais isolantes, como placas resistentes ao fogo, para garantir a vedação apertada e evitar que o material de vedação desmorone.

• A manutenção dos dispositivos de desumidificação e aquecimento e dos dispositivos de iluminação é realizada trimestralmente. É determinado se os dispositivos de desumidificação e aquecimento estão operando normalmente de acordo com as mudanças ambientais. Ao mesmo tempo, verifica-se se os dispositivos de iluminação dentro do painel estão normais, e se seus interruptores de contato e fiação do circuito estão soltos.

3.3 Estabelecendo um Processo de Tratamento de Defeitos

Defeitos encontrados durante as inspeções e manutenções devem ser registrados e reportados de forma oportuna de acordo com sua gravidade. Posteriormente, os profissionais de manutenção devem realizar prontamente experimentos e trabalhos de manutenção. Após a manutenção, os profissionais de operação e manutenção são responsáveis pela aceitação do equipamento, e o equipamento só é colocado em operação após passar pela aceitação. Através do gerenciamento fechado de todo o processo de descoberta - registro - relatório - tratamento - aceitação, não apenas a vida útil do equipamento pode ser prolongada, mas também a ocorrência de acidentes pode ser reduzida, e a energia elétrica de alta qualidade pode ser fornecida de maneira melhor aos usuários.

3.4 Precauções para Aceitação

Os disjuntores devem ser aceitos e passar pela inspeção antes de serem colocados em operação após nova instalação ou manutenção. Durante a aceitação, deve-se garantir que não haja restos de manutenção no disjuntor; que os isoladores de porcelana estejam limpos e sem danos; que o medidor de pressão de gás SF₆ e o medidor de nível de óleo estejam normais; que o mecanismo hidráulico ou de mola possa armazenar energia normalmente; que o painel esteja bem vedado, e que as juntas não estejam soltas ou deformadas; e que os sinais de posição e os sinais de alarme anormal possam operar corretamente.

4 Conclusão

A gestão de operação e manutenção dos disjuntores é um processo dinâmico. No trabalho diário, a sensação de responsabilidade dos profissionais de operação e manutenção deve ser reforçada. Eles devem seguir rigorosamente as regulamentações para as inspeções e manutenções correspondentes, e um sistema de gerenciamento fechado razoável para o equipamento deve ser estabelecido para garantir a operação normal do equipamento e a operação estável da rede elétrica.