Kratek pregled ključnih točk za vzdrževanje in delovanje visokonapetostnih preklopnikov SF6

1 Pregled

Preklopniki lahko v normalnem stanju povezujejo in odvezujejo kroge glede na način delovanja. Ob nastanku napake lahko tudi hitro prekinejo nezanesljivo opremo na podlagi sekundarnih zaščitnih signalov ali ponovno povežejo krog, da obnovijo oskrbo z energijo, po odpravljanju prehodne napake. Tako imajo dvojno funkcijo nadzora in zaščite. Trenutno je v območju Pingdingshan več kot sto pretvorilnic. V vsaki pretvorilnici so potrebni preklopniki za vsak odhodni krog, vsako vhodno stran in povezavo dvojnih maternic. Visokonapetostni SF₆ preklopniki so široko uporabljeni v 110 kV in 220 kV pretvorilnicah zaradi prednosti, kot so močna prekinjalna zmogljivost, hitra dejanjska hitrost, enostavno vzdrževanje in visoka stabilnost.

Visokonapetostni preklopniki so predvsem sestavljeni iz gibljivega stika, stacionarnega stika, komore za ugasanje luka in vodilnih delov. Gibljivi in stacionarni stiki se nahajata znotraj komore za ugasanje luka in se uporabljata za prekini tok. Stacionarni stik ostane na mesti, gibljivi stik pa je pogonen s sistemom za delovanje, ki omogoča preklopniku, da izvede operacije odpiranja in zapiranja. Sistem za delovanje je povezan z gibljivim stikom preko prenosnega sistema in izolirane povlečne palice.

Čeprav je trenutno zmogljivost navadno uporabljenih visokonapetostnih SF₆ preklopnikov dovolj kompleksna, lahko med delovanjem zaradi sprememb v električnem omrežju, zunanjih okoliščin in notranjih dejavnikov še vedno pride do napak. Na primeru visokonapetostnih SF₆ preklopnikov, uporabljenih v 220 kV pretvorilnicah, ta članek krateče obravnava skupne težave med njihovim delovanjem in ustreznimi rešitvami.

2 Analiza obstoječih težav in ključnih točk vzdrževanja in delovanja

Več komponent visokonapetostnih SF₆ preklopnikov, kot so sistem za delovanje, prenosni sistem, del za ugasanje luka in vodilni del, so med delovanjem podvrženi različnim napakam. Med preteklim delovanjem pretvorilnic v območju Pingdingshan so se zgodile naslednje nesreče:

• Visokonapetostni SF₆ preklopniki so morali ustaviti delovanje zaradi propadanja plina SF₆.

• Zaradi hudega propadanja olja v hidravličnem sistemu je prišlo do zaklepavanja zaradi pritiska ali zaradi nepravilnosti v mehurčnem sistemu ni bilo mogoče shraniti energije, kar je povzročilo, da visokonapetostni SF₆ preklopniki niso mogli normalno prekiniti toka.

• Preklopnik se je zoperl delovanju zaradi problemov znotraj sistema, kot je prekid kontroldnega kruga, ki je preprečil izpolnjevanje zahtev za odpiranje in zapiranje.

• Visokonapetostni SF₆ preklopniki so bili poškodovani zaradi polom porcelanskih izolatorjev.

• Pregrevanje zaradi vodilnih težav je povzročilo, da visokonapetostni SF₆ preklopniki niso mogli normalno delovati.

• Preklopnik je zaradi vpliva zunanjega okolja ali poškodbe izolacijskega dela trpel različne stopnje poškodbe in ni bil sposoben ohranjati normalnega delovanja.

Te težave lahko do določene mere poškodujejo visokonapetostne SF₆ preklopnike in vplivajo na njihovo normalno delovanje. Med vsakodnevnimi pregledi in vzdrževanjem bi moralo biti več pozornosti posvečeno pregledu teh komponent visokonapetostnih SF₆ preklopnikov, da se izboljša zanesljivost oskrbe s strujom električnega sistema. Nadalje sledi posamezna analiza zgornjih težav.

2.1 Del za ugasanje luka

Visokonapetostni SF₆ preklopniki morajo imeti dovolj močno zmogljivost za uganjanje luka in obnovitev dielektrične zmogljivosti, da učinkovito preprečijo ponovno zajetje luka pri preseku toka z ničlo. Postopek uganjanja luka visokonapetostnih SF₆ preklopnikov poteka v komori za ugasanje luka, ki je predvsem sestavljena iz gibljivega in stacionarnega glavnega stika, gibljivega in stacionarnega arčnega stika, velikih in majhnih dušil, stiskalne cevi in stiskala. Natančneje:

• Glavni stiki nosijo tok, ko preklopnik normalno deluje.

• Arčni stiki so vezani vzporedno z glavnimi stiki, njihova pot stika pa je daljša od poti glavnega stika. Lahko prenehajo vse erozije luka med prekini ali zapiranjem, tako varujejo glavne stiki pred poškodbo.

• Dušila omejujejo smer in hitrost plinskih plinov, da dosežejo najboljši učinek uganjanja luka.

• Stiskalo stisne plin v stiskalni cevi, ko se gibljivi stik premakne, kar poveča tlak plina v cevi do optimalnega tlaka plina za uganjanje luka.

Med delovanjem bo neposredno vplivalo propadanje plina SF₆ na stabilno delovanje preklopnika. Ko pritisk plina pada pod prag, preklopnik sproži alarm ali je zaklenjen zaradi nizega tlaka. V tem primeru se lahko pojavi napaka, ki bi lahko razširila obseg odrezovanja.

2.2 Mehanski del

Mehanske zmogljivosti visokonapetostnih SF₆ preklopnikov neposredno določajo njihovo zmogljivost za uganjanje luka in vplivajo na hitrost in čas odpiranja in zapiranja. Mehanski del se lahko grobo razdeli na sistem za delovanje in prenosni sistem. Po statističnih podatkih o napakah preklopnikov je 63,2 % napak preklopnikov v Kitajski povzročenih s sistemom za delovanje.

Sistemi za delovanje SF₆ preklopnikov, uporabljeni v 110 kV in višjih pretvorilnicah v območju Pingdingshan, so grobo razdeljeni na hidravlične sisteme in mehurčne sisteme. Mehurčni sistemi so široko uporabljeni zaradi prednosti, kot so enostaven mehanski konstrukcija, enostavno vzdrževanje, hitra odzivna hitrost, prijaznost do okolja in nizka cena. Vendar s povečanjem časa delovanja lahko slabne elastičnost mehurka. Lahko pride do situacij, kjer preklopnik ne more prekiniti napakega toka zaradi nezmožnosti mehurka za odpiranje, da bi shranil energijo, ali neuspeh ponovnega zapiranja, ker mehurk za zapiranje ne more shraniti energije med ponovnim zapiranjem.

Hidravlični sistemi imajo prednosti, kot so močnejša zanesljivost, višja varnost in daljša življenjska doba. Ko pritisk pada pod prag, se aktivira zaklep na ničelni pritisk, da se prepreči počasno odpiranje zaradi izgube pritiska. Kontrolni sistem začne motor, da poveča pritisk, in po določenem času bo časovnik prekinal kontrolni krug, da ustavi povečevanje pritiska.

Dodatno igrajo pomembno vlogo prenosni sistemi, kot so povezovalnice, krivuljni rameni in vrtilne vtičnice, v postopku odpiranja in zapiranja. Ko prejmejo signale za odpiranje in zapiranje, mehurčni sistemi za odpiranje in zapiranje sprostijo energijo in z uporabo prenosnih sistemov, kot so povezovalnice in krivuljni rameni, gonijo stike, da izvedejo naloge odpiranja in zapiranja. Če so povezovalnice, krivuljni rameni ali vrtilne vtičnice deformirane ali polomljene, bo to vplivalo na normalno prenoso med odpiranjem in zapiranjem preklopnika.

2.3 Delovno okolje

Izvenštevilski SF₆ preklopniki bi morali tudi obravnavati vpliv sprememb delovnega okolja med delovanjem. Na primer, v močnih vetrih lahko vodiči močno nihajo ali se vanj zatekajo tuji predmeti. Ko gre grel v električno omrežje ali sisteme za zemljenje, se lahko pojavijo pretoki prekomerne napetosti, ki lahko sprožijo preklop preklopnika. V deževnem ali snegovitem vremenu je površina preklopnika podvržena vlagonosti, ki lahko povzroči koronsko razsevanje. Če je površina onesnažena, se lahko pojavi še hujše onesnaženje bljeska. V primeru nakopičitve snega ali ledenja lahko priključki pregrejejo. Ko se temperatura nenadoma spremeni, se lahko tudi raven olja in pritisk plina preklopnika nenadoma spremenita, kar povzroči zmanjšanje izolacijske zmogljivosti in vpliva na hitrost odpiranja in zapiranja.

2.4 Izolacijski del

Izolacijski del služi za izolacijo opreme od zraka. Navadno uporabljani izolacijski materiali so porcelanski izolatorji, kompozitni izolatorji in silikonski gumeni izolatorji. Trenutno je zunanja izolacija SF₆ preklopnikov v območju Pingdingshan predvsem iz porcelana.

Med delovanjem se lahko izolacijska zmogljivost porcelanskih izolatorjev zaradi faktorjev, kot so slaba kakovost, neustrezen montaž, nenadne spremembe temperature ali prekomerna pretok prekomerne napetosti, močno zmanjša ali celo izgubi. Če je zunanja izolacija visokonapetostnih SF₆ preklopnikov neenakomerno obremenjena med montažo, bo poškodba zunanje izolacije med dolgoročnim delovanjem postala bolj resna. V hudih primerih se lahko na površini porcelana pojavijo puknine ali polomi.

Nadalje lahko nenadne spremembe zunanje temperature močno zmanjšajo uginčno in vlečno zmogljivost izolacijskih materialov. Če se v tem času uporabijo mehanske sile, lahko izolacijski del poškoduje ali celo probode. Ko je zunanja izolacija podvržena prekomerni napetosti, se lahko sproži delno razsevanje. Če je na površini zunanje izolacije prah ali bruh, in okolje vlago, se lahko v vplivu visoke električne napetosti pojavijo onesnaženi bljeski.

3 Merila

Ker je v 220 kV pretvorilnicah veliko odhodnih vodov in zato veliko SF₆ preklopnikov, bi morali, da zmanjšamo pojavitev zgornjih težav, razviti razumnega cikla pregledov in vzdrževanja, vzpostaviti popoln postopek obravnave defektov in standard sprejetja opreme, ki se osredotoča na preprečevanje nesreč, in vzpostaviti popoln zaprto zanke upravljanja.

3.1 Razvoj razumnega cikla pregledov

Normalno delovanje preklopnikov je odvisno od vsakodnevnih pregledov osebja za delovanje in vzdrževanje. Z razvojem razumnega cikla pregledov je mogoče temeljne defekte preklopnikov odkriti načas, preprečiti, da se defekti razširijo in povzročijo nesreče. Spodaj je kratek pregled ključnih točk, ki jih je treba upoštevati med pregledom visokonapetostnih SF₆ preklopnikov 220 kV.

• Redni pregledi bi morali biti izvedeni vsaj enkrat tedensko. To predvsem vključuje redne pregled v videza preklopnika, neobičajnih zvokov, propadanja opreme, delovnega okolja in sledenje in pregled defektov in potencialnih nevarnosti. Posebno pozornost bi morala biti posvečena preverjanju, ali je vrednost pritiska in raven olja visokonapetostnega SF₆ preklopnika znotraj normalnega obsega, zabeležitvi vrednosti pritiska, opazovanju, ali je barva olja normalna, in ali je shranjevanje energije mogoče normalno.

• Popolni pregledi bi morali biti izvedeni vsaj enkrat mesečno. Na podlagi rednih pregledov se odprejo vrata opreme v pretvorilnici za pregled. So zabeležene operativne podatke, kot so vrednost pritiska plina in raven olja preklopnika; preverjeno, ali so vrata preklopnika tesno zaprta, ali so lukenjave dobro zategnute, in ali lahko naprave za odstranjevanje vlage in regulacijo temperature delujejo normalno; ali so črtovi za odpiranje in zapiranje izbarvani, ali imajo neobičajne vonjave ali znake gorečine; ali je sistem za delovanje in prenosni sistem preklopnika normalen; in ali ima sekundarni vod koprljavo, rohačenje ali polom.

• Pregled v temnini bi moral biti izveden vsaj enkrat mesečno. To se nanaša na pregled, ki se izvaja v noči brez svetlobe, in se osredotoča na preverjanje, ali se vodiči, priključki in klešči pregrejejo, in ali je na zunanji izolaciji kakšno razsevanje.

• Posebni pregledi se izvajajo, da se prepreči, da bi preklopnik nepravilno deloval, se zoperl delovanju, se strukturno deformiral, utrpel poškodbo izolacije, razsevanje ali onesnaženje bljeska zaradi sprememb zunanjega okolja ali načina delovanja sistema, kar lahko vpliva na normalno delovanje preklopnika. Specifične situacije imajo različne cikle pregledov.

3.2 Formiranje razumnega cikla vzdrževanja

Pravilni pregledi so namenjeni boljšemu odkrivanju težav, medtem ko pravilno vzdrževanje lahko bolje prepreči, da se majhne težave razvijejo v velike nesreče. Spodaj so nekateri pogosti elementi vzdrževanja preklopnikov.

• Vzdrževanje kabine se izvaja dvakrat letno. Obravnava preverjanje, ali so zategovalne trake, petlice in ročice vrata kabine poškodovane, ali je kabineta pokvarjena in ali so označevali zemljenja nedotaknjeni.

• Zategovanje se izvaja enkrat mesečno. Za zategovanje se uporabljajo protipožarna materiali, in če je potrebno, se uporabljajo izolacijski materiali, kot so protipožarna plošča, da se zagotovi tesno zategovanje in prepreči, da se zategovalni material kolapsira.

• Vzdrževanje naprav za odstranjevanje vlage in ogrjevanje ter osvetlitvenih naprav se izvaja enkrat kvartalno. Ugotovi, ali delujejo naprave za odstranjevanje vlage in ogrjevanje normalno glede na spremembe okolja. Hkrati preveri, ali so osvetlitvene naprave znotraj kabine normalne, in ali so njihove kontaktne preklopnike in vodilni krugi rohačeni.

3.3 Ustanovitev postopka obravnave defektov

Defekti, ki so odkriti med pregledi in vzdrževanjem, bi morali biti zabeleženi in temelj na njihovi težavnosti pravočasno poročani. Kasneje bi morali osebje za vzdrževanje pravočasno izvesti teste in delo vzdrževanja. Po vzdrževanju so osebje za delovanje in vzdrževanje odgovorno za sprejetje opreme, in oprema se vključi v delovanje le po uspešnem preverjanju. Skozi celoten proces zaprte zanke odkritja - zabeležitve - poročanja - obravnave - sprejetja, se lahko ne le podaljša življenjska doba opreme, ampak tudi zmanjša pojavitev nesreč in bolje zagotovi visokokakovostno električno energijo uporabnikom.

3.4 Previdnost pri sprejetju

Preklopniki bi morali biti sprejeti in preverjeni pred vključitvijo v delovanje po novem namestitvi ali vzdrževanju. Med sprejetjem bi moralo biti zagotovljeno, da na preklopniku ni ostankov vzdrževanja; porcelanski izolatorji so čisti in nedotaknjeni; kazalnik pritiska plina SF₆ in kazalnik ravni olja so normalni; hidravlični sistem ali mehurčni sistem lahko normalno shranjujejo energijo; kabineta je dobro zategnjen, in priključki niso rohačeni ali deformirani; in pozicija signalov in neobičajni alarmni signali delujejo pravilno.

4 Zaključek

Upravljanje delovanja in vzdrževanja preklopnikov je dinamičen proces. V vsakodnem delu bi morala biti okrepjena odgovornost osebja za delovanje in vzdrževanje. Pravila za ustrezen pregled in vzdrževanje bi morala biti strogo upoštevana, in bi morala biti razvita razumna zaprta zanka upravljanja opreme, da se zagotovi normalno delovanje opreme in stabilno delovanje električnega omrežja.