Краткий анализ ключевых моментов эксплуатации и технического обслуживания высоковольтных выключателей SF6

1 Обзор

Автоматические выключатели могут подключать и отключать цепи в соответствии с режимом работы при нормальных условиях. При возникновении неисправности они также могут быстро отключить неисправное оборудование на основе вторичных сигналов защиты или подключить цепь для восстановления питания после устранения кратковременной неисправности. Таким образом, они имеют двойную функцию управления и защиты. В настоящее время в районе Пиндиншань насчитывается более ста подстанций. На каждой подстанции автоматические выключатели требуются для каждой исходящей линии, каждой стороны входящих линий и соединения двух систем шин. Высоковольтные SF₆-выключатели широко используются на подстанциях 110 кВ и 220 кВ благодаря своим преимуществам, таким как высокая пропускная способность, быстрое действие, легкость обслуживания и высокая стабильность.

Высоковольтные выключатели состоят главным образом из подвижных контактов, неподвижных контактов, камеры дугогашения и проводящих частей. Подвижные и неподвижные контакты находятся внутри камеры дугогашения и используются для разрыва тока. Неподвижный контакт остается на месте, а подвижный контакт приводится в действие механизмом управления, что позволяет выключателю выполнить операции отключения и включения. Механизм управления соединен с подвижным контактом через передаточный механизм и изолирующий тяговый стержень.

Хотя производительность часто используемых высоковольтных SF₆-выключателей в настоящее время относительно полная, неисправности все еще могут возникать во время эксплуатации из-за изменений в электрической сети, внешней среды и внутренних факторов. В качестве примера рассмотрим высоковольтные SF₆-выключатели, используемые на подстанциях 220 кВ, и кратко обсудим общие проблемы, возникающие во время их эксплуатации, и соответствующие меры по их устранению.

2 Анализ существующих проблем и ключевые моменты эксплуатации и технического обслуживания

Множество компонентов высоковольтных SF₆-выключателей, таких как механизм управления, передаточный механизм, часть дугогашения и проводящая часть, подвержены различным неисправностям во время эксплуатации. В прошлой эксплуатации подстанций в районе Пиндиншань происходили следующие инциденты:

• Высоковольтные SF₆-выключатели были вынуждены остановить работу из-за утечки газа SF₆.

• Произошла блокировка давления из-за серьезной утечки масла в гидравлическом механизме, или энергоаккумулирование не удалось из-за неисправностей в пружинном механизме, что привело к невозможности нормального разрыва тока высоковольтными SF₆-выключателями.

• Выключатель отказывался работать из-за проблем внутри механизма, таких как обрыв цепи управления, что препятствовало выполнению требований отключения и включения.

• Высоковольтные SF₆-выключатели выходили из строя из-за разрушения фарфоровых изоляторов.

• Перегрев, вызванный проблемами проводимости, приводил к невозможности нормальной работы высоковольтных SF₆-выключателей.

• Выключатель подвергался различной степени повреждений и не мог поддерживать нормальную работу из-за влияния внешней среды или повреждения изоляционной части.

Эти проблемы могут вызвать определенные повреждения высоковольтных SF₆-выключателей в различной степени и влиять на их нормальную работу. При ежедневном осмотре и техническом обслуживании следует уделять больше внимания проверке этих компонентов высоковольтных SF₆-выключателей, чтобы повысить надежность энергоснабжения системы. Ниже приведен индивидуальный анализ указанных выше проблем.

2.1 Часть дугогашения

Высоковольтные SF₆-выключатели должны обладать достаточной способностью продувки дуги и силой восстановления диэлектрика, чтобы эффективно предотвращать повторное зажигание дуги при переходе тока через ноль. Процесс дугогашения высоковольтных SF₆-выключателей происходит в камере дугогашения, которая состоит главным образом из подвижных и неподвижных основных контактов, подвижных и неподвижных контактов дугогашения, больших и малых сопел, компрессорного цилиндра и поршня. Конкретно:

• Основные контакты пропускают ток, когда выключатель работает нормально.

• Контакты дугогашения подключены параллельно основным контактам, и их ход контакта больше, чем у основных контактов. Они могут выдерживать всю эрозию дуги при разрыве или замыкании тока, защищая основные контакты от повреждений.

• Сопла ограничивают направление и скорость потока газа, чтобы достичь наилучшего эффекта продувки дуги.

• Поршень сжимает газ в компрессорном цилиндре, когда движется подвижный контакт, увеличивая давление газа в цилиндре до оптимального давления для продувки дуги.

Во время эксплуатации утечка газа SF₆ напрямую влияет на стабильную работу выключателя. Когда давление газа падает ниже порогового значения, выключатель подает сигнал тревоги или блокируется из-за низкого давления. В этом случае может произойти неисправность, что может привести к расширению зоны отключения электроэнергии.

2.2 Механическая часть

Механические характеристики высоковольтных SF₆-выключателей напрямую определяют их способность к дугогашению и влияют на скорость и время отключения и включения. Механическая часть может быть условно разделена на механизм управления и передаточный механизм. Согласно статистическим данным о неисправностях выключателей, 63,2% неисправностей выключателей в Китае вызваны механизмом управления.

Механизмы управления SF₆-выключателями, используемыми на подстанциях 110 кВ и выше в районе Пиндиншань, условно делятся на гидравлические и пружинные. Пружинные механизмы широко используются благодаря своим преимуществам, таким как простая механическая структура, легкость обслуживания, быстрая реакция, экологичность и низкая стоимость. Однако с увеличением времени эксплуатации эластичность пружины ослабевает. Возможны ситуации, когда выключатель не может разорвать ток неисправности из-за неспособности пружины открытия накапливать энергию, или переключение не удается, так как пружина закрытия не может накопить энергию при переключении.

Гидравлические механизмы имеют преимущества в виде большей надежности, безопасности и длительного срока службы. Когда гидравлическое значение падает ниже порогового, активируется блокировка нулевого давления, чтобы избежать медленного открытия из-за потери давления. Система управления запустит двигатель для увеличения давления, и после заданного времени реле времени разорвет цепь управления, чтобы прекратить увеличение давления.

Кроме того, передаточные механизмы, такие как тяги, кривошипы и вращающиеся валы, играют важную роль в процессе отключения и включения. При получении сигналов отключения и включения пружины отключения и включения выпускают энергию и приводят контакты к выполнению задач отключения и включения через передаточные механизмы, такие как тяги и кривошипы. Если тяги, кривошипы или вращающиеся валы деформированы или треснуты, это повлияет на нормальную передачу во время отключения и включения выключателя.

2.3 Условия эксплуатации

Для наружных SF₆-выключателей также следует учитывать влияние изменений условий эксплуатации. Например, при сильном ветре провода могут сильно колебаться или на них могут попасть посторонние предметы. При ударе молнии в электросеть или систему заземления могут возникнуть перенапряжения, вызывающие срабатывание выключателя. В дождливых или снежных условиях поверхность выключателя склонна к увлажнению, что может привести к коронному разряду. Если поверхность загрязнена, может произойти более серьезное загрязнение, вызывающее пробой. При снегозаносах или обледенении соединения могут перегреваться. При резком изменении температуры уровень масла и давление газа в выключателе также могут изменяться, что приводит к снижению изоляционных свойств и влияет на скорость отключения и включения.

2.4 Изоляционная часть

Изоляционная часть служит для изоляции оборудования от воздуха. Часто используемые изоляционные материалы включают фарфоровые изоляторы, композитные изоляторы и силиконовые резиновые изоляторы. В настоящее время внешняя изоляция SF₆-выключателей в районе Пиндиншань в основном изготовлена из фарфора.

Во время эксплуатации изоляционные свойства фарфоровых изоляторов могут значительно ухудшиться или даже полностью исчезнуть из-за факторов, таких как низкое качество самих изоляторов, неквалифицированная установка, резкие изменения температуры или чрезмерные перенапряжения. Если внешняя изоляция высоковольтных SF₆-выключателей неравномерно нагружена при установке, повреждения внешней изоляции будут усугубляться в течение долгого времени. В тяжелых случаях на поверхности фарфора могут образовываться трещины или разрывы.

Кроме того, резкие изменения внешней температуры могут значительно снизить изгибную и растягивающую прочность изоляционных материалов. Если в этот момент применяются механические усилия, изоляционная часть может быть повреждена или даже пробита. Когда внешняя изоляция подвергается перенапряжению, может быть спровоцирован частичный разряд. Если на поверхности внешней изоляции есть пыль или грязь, и окружающая среда влажная, при воздействии высокого напряжения может произойти загрязненный пробой.

3 Меры противодействия

Так как на подстанциях 220 кВ много исходящих линий, и, соответственно, большое количество SF₆-выключателей, чтобы снизить вероятность возникновения вышеупомянутых проблем, следует разработать рациональный цикл осмотра и технического обслуживания, создать полный процесс устранения дефектов и стандарт приемки оборудования, сосредоточившись на предотвращении аварий, и установить полную замкнутую систему управления.

3.1 Разработка рационального цикла осмотра

Нормальная работа выключателей зависит от ежедневного осмотра эксплуатационным и техническим персоналом. Разработав рациональный цикл осмотра, можно своевременно обнаруживать дефекты в выключателях, предотвращая их расширение и возникновение аварий. Ниже кратко описаны ключевые моменты, которые следует учитывать при осмотре высоковольтных SF₆-выключателей 220 кВ.

• Рутинные осмотры должны проводиться не реже одного раза в неделю. Это в основном включает в себя рутинный осмотр внешнего вида выключателя, наличие аномальных звуков, утечек оборудования, условий эксплуатации, а также отслеживание и проверку дефектов и потенциальных опасностей. Особое внимание следует уделить проверке, находится ли давление и уровень масла высоковольтного SF₆-выключателя в пределах нормы, записать значение давления, наблюдать, является ли цвет масла нормальным, и может ли энергоаккумулирование выполняться нормально.

• Комплексные осмотры должны проводиться не реже одного раза в месяц. На основе рутинных осмотров дверцы шкафов оборудования на подстанции открываются для осмотра. Записываются данные о давлении газа и уровне масла выключателя; проверяется, плотно ли закрыты дверцы шкафов выключателя, хорошо ли заблокированы отверстия, могут ли устройства осушки и контроля температуры работать нормально; нет ли изменения цвета, аномальных запахов или признаков горения в катушках отключения и включения; нормально ли работают механизм управления и передаточный механизм выключателя; нет ли перегрева, ослабления или разрыва вторичных проводов.

• Осмотры в темноте должны проводиться не реже одного раза в месяц. Это означает осмотры, проводимые ночью при выключенном свете, с акцентом на проверку, нет ли перегрева проводов, соединений и зажимов, и нет ли разрядов на внешней изоляции.

• Специальные осмотры проводятся для предотвращения сбоев, отказов, деформаций, повреждений изоляции, разрядов или загрязненных пробоев выключателя из-за изменений внешней среды или режима работы системы, которые могут повлиять на нормальную работу выключателя. Конкретные ситуации имеют различные циклы осмотра.

3.2 Разработка рационального цикла технического обслуживания

Регулярные осмотры направлены на лучшее обнаружение проблем, тогда как регулярное техническое обслуживание лучше предотвращает развитие мелких дефектов в крупные аварии. Ниже приведены несколько распространенных пунктов технического обслуживания выключателей.

• Обслуживание шкафов проводится один раз каждые шесть месяцев. Основное внимание уделяется проверке, повреждены ли уплотнительные полосы, петли и ручки дверей шкафа, нет ли коррозии шкафа, и целостны ли знаки заземления.

• Обслуживание герметизации проводится один раз в месяц. Для герметизации следует использовать огнестойкие материалы, и, если необходимо, использовать изоляционные материалы, такие как огнестойкие панели, чтобы обеспечить плотную герметизацию и предотвратить обрушение герметизирующего материала.

• Обслуживание устройств осушки и обогрева, а также освещения проводится один раз в квартал. Определяется, работают ли устройства осушки и обогрева нормально в зависимости от изменений окружающей среды. Одновременно проверяется, нормально ли работают осветительные приборы внутри шкафа, и нет ли ослабления контактов выключателей и проводки.

3.3 Создание процесса устранения дефектов

Дефекты, обнаруженные при осмотрах и техническом обслуживании, должны быть зарегистрированы, и сообщены вовремя в зависимости от их серьезности. Затем технический персонал должен своевременно провести испытания и техническое обслуживание. После технического обслуживания эксплуатационный и технический персонал отвечает за приемку оборудования, и оборудование вводится в эксплуатацию только после успешной приемки. Через весь процесс замкнутого цикла обнаружения - регистрации - сообщения - устранения - приемки не только можно продлить срок службы оборудования, но и снизить вероятность аварий, а также лучше предоставлять качественную электроэнергию пользователям.

3.4 Меры предосторожности при приемке

Выключатели должны быть приняты и пройти проверку перед вводом в эксплуатацию после новой установки или технического обслуживания. При приемке должно быть обеспечено, что на выключателе нет остатков от технического обслуживания; фарфоровые изоляторы чистые и не повреждены; манометр давления газа SF₆ и уровень масла нормальные; гидравлический или пружинный механизм могут накапливать энергию нормально; шкаф герметично закрыт, и соединения не ослаблены или деформированы; и сигналы положения и сигнализации о неисправностях работают правильно.

4 Заключение

Управление эксплуатацией и техническим обслуживанием выключателей - это динамический процесс. В повседневной работе следует укреплять чувство ответственности эксплуатационного и технического персонала. Они должны строго следовать регламентам для соответствующих осмотров и технического обслуживания, а также разработать рациональную замкнутую систему управления оборудованием, чтобы обеспечить нормальную работу оборудования и стабильную работу электросети.