Kratka analiza ključnih tačaka održavanja i eksploatacije visokonaponskih prekidača SF6

1 Pregled

Prekidači mogu da povezuju i odspajaju krugove prema operativnom režimu u normalnim uslovima. Takođe mogu brzo da prekinu kvarni opremu na osnovu sekundarnih signala zaštite kada dođe do kvara, ili da povežu krug kako bi se vratilo snabdevanje strujom nakon eliminacije privremenog kvara. Dakle, oni imaju dvostruku funkciju kontrole i zaštite. Trenutno postoji više od stotinu pretvorilnih stanica u okruženju Pingdingshan. U svakoj pretvoriljenoj staniči, potrebni su prekidači za svaki izlazni pravac, svaki ulazni pravac i povezivanje dvostrukih matičnih krugova. Visokonaponski SF₆ prekidači široko se koriste u 110 kV i 220 kV pretvoriljnim stanicama zbog svojih prednosti kao što su snažan kapacitet prekidanja, brza akcija, lako održavanje i visoka stabilnost.

Visokonaponski prekidači su uglavnom sastavljeni od pokretnih kontakata, nepokretnih kontakata, komora za ugasevanje lukovine i vodljivih delova. Pokretni i nepokretne kontakte nalaze se unutar komore za ugasevanje lukovine i koriste se za prekid struje. Nepokretan kontakt ostaje na mjestu, a pokretan kontakt je napajan od strane operativnog mehanizma kako bi prekidač mogao da završi radnje otvaranja i zatvaranja. Operativni mehanizam je povezan sa pokretnim kontaktom putem prenosnog mehanizma i izolovanog povlačka.

Iako je performansa često korišćenih visokonaponskih SF₆ prekidača trenutno relativno kompletna, tijekom rada može doći do kvara zbog promjena u mreži, spoljašnjeg okruženja i internih faktora. Na primjer, uzimajući u obzir visokonaponske SF₆ prekidače koji se koriste u 220 kV pretvoriljnim stanicama, ovaj rad kratko razmatra uobičajene probleme tijekom njihovog rada i odgovarajuće mere za njihovo rješavanje.

2 Analiza postojećih problema i ključnih tačaka održavanja i servisa

Više komponenti visokonaponskih SF₆ prekidača, poput operativnog mehanizma, prenosnog mehanizma, dijela za ugasevanje lukovine i vodljivog dijela, podložni su različitim kvarovima tijekom rada. U prošlim radovima pretvoriljnih stanic u okruženju Pingdingshan, dogodili su se sljedeći incidenti:

• Visokonaponski SF₆ prekidači su prisilno prestali sa radom zbog curenja SF₆ gasa.

• Došlo je do zaključavanja pritiska zbog teškog curenja ulja u hidrauličkom mehanizmu, ili energija nije se mogla skladištiti zbog nepravilnosti u mehanizmu opruge, što je rezultiralo nemogućnošću normalnog prekidanja struje visokonaponskim SF₆ prekidačima.

• Prekidač je odbio da radi zbog problema unutar mehanizma, poput prekidanja kontrolnog kruga, što je sprečilo ispunjavanje zahtjeva za otvaranjem i zatvaranjem.

• Visokonaponski SF₆ prekidači su bili oštećeni zbog pucanja porcelanskih izolatora.

• Peregrejanje uzrokovano problemima vodljivosti dovodi do nemogućnosti normalnog rada visokonaponskih SF₆ prekidača.

• Prekidač je podvrgnut različitim stupnjevima oštećenja i ne može održavati normalan rad zbog uticaja spoljašnjeg okruženja ili oštećenja izolacionog dijela.

Ovi problemi mogu dovesti do određenih oštećenja visokonaponskih SF₆ prekidača u različitim stupnjevima i utjecati na njihov normalan rad. Tijekom redovnog pregleda i održavanja, treba više pažnje posvetiti pregledu ovih komponenti visokonaponskih SF₆ prekidača kako bi se poboljšala pouzdanost snabdevanja električnom energijom. U nastavku slijedi pojedinačna analiza navedenih problema.

2.1 Dijelovi za ugasevanje lukovine

Visokonaponski SF₆ prekidači moraju imati dovoljnu sposobnost gasevanja luka i jačinu dielektričnog oporavka kako bi efikasno sprječili ponovno zapaljenje luka pri nultoj prelazi struje. Proces ugasevanja luka visokonaponskih SF₆ prekidača odvija se unutar komore za ugasevanje luka, koja je uglavnom sastavljena od pokretnih i nepokretnih glavnih kontakata, pokretnih i nepokretnih lukovnih kontakata, velikih i malih dušika, kompresijskog cilindra i pistona. Konkretno:

• Glavni kontakti nosile struju kada prekidač normalno radi.

• Lukovni kontakti su paralelni sa glavnim kontaktima, a njihov put kontakta je veći od onog glavnih kontakata. Oni mogu izdržati sve erozije luka tijekom prekidanja ili zatvaranja, time štitići glavne kontakte od oštećenja.

• Dušici ograničavaju smjer i brzinu strujanja plina kako bi se postigao najbolji učinak gasevanja luka.

• Piston kompresira plin u kompresijskom cilindru kada se pokretni kontakt kreće, povećavajući tlak plina u cilindru kako bi se dostigao optimalni tlak plina za gasevanje luka.

Tijekom rada, curenje SF₆ plina će direktno uticati na stabilan rad prekidača. Kada padne ispod pragovne vrijednosti, prekidač emitira alarm ili se zaključava zbog niskog tlaka. U ovom slučaju, može doći do kvara, što može proširiti područje isključivanja struje.

2.2 Mehanički dio

Mehanička performansa visokonaponskih SF₆ prekidača direktno određuje njihovu sposobnost ugasevanja luka i utiče na brzinu i vrijeme otvaranja i zatvaranja. Mehanički dio može grobno biti podijeljen na operativni mehanizam i prenosni mehanizam. Prema statističkim podacima o kvarima prekidača, 63,2% kvarova prekidača u Kini su uzrokovani operativnim mehanizmom.

Operativni mehanizmi SF₆ prekidača koji se koriste u 110 kV i više pretvoriljnim stanicama u okruženju Pingdingshan su uglavnom podijeljeni na hidrauličke mehanizme i mehanizme opruge. Mekhanizmi opruge su široko korišteni zbog svojih prednosti, poput jednostavne mehaničke strukture, lako održavanja, brze reakcije, ekološke prihvatljivosti i niske cijene. Međutim, kako se povećava vreme rada, elastičnost opruge se oslabljuje. Može doći do situacija u kojima prekidač ne može prekinuti kvarnu struju zbog neuspjeha u skladištenju energije otvaranja opruge, ili neuspeva ponovno zatvoriti jer zatvaranje opruge ne može skladistiti energiju tijekom ponovnog zatvaranja.

Hidraulički mehanizmi imaju prednosti veće pouzdanosti, veće sigurnosti i dužeg vremena trajanja. Kada hidraulička vrijednost pada ispod praga, aktivira se zaključavanje nultog pritiska kako bi se spriječilo sporo otvaranje zbog gubitka pritiska. Kontrolni sistem pokreće motor kako bi povećao pritisak, a nakon postavljenog vremena, vremenski relej prekida kontrolni krug kako bi se zaustavio povećaj pritiska.

Dodatno, prenosni mehanizmi poput spojnica, krikova i rotacijskih valjaka igraju važnu ulogu u procesu otvaranja i zatvaranja. Prilikom prijema signala za otvaranje i zatvaranje, opruge za otvaranje i zatvaranje oslobađaju energiju i pokreću kontakte da završe zadatke otvaranja i zatvaranja putem prenosnih mehanizama poput spojnica i krikova. Ako su spojnica, krikovi ili rotacijski valjci deformirani ili puknuti, to će utjecati na normalni prenos tijekom otvaranja i zatvaranja prekidača.

2.3 Radno okruženje

Vanjski tip SF₆ prekidača također treba paziti na uticaj promjena u radnom okruženju tijekom rada. Na primjer, u jakim vetrom, vodila mogu znatno oscilirati ili se na njima mogu uhvatiti tuđi predmeti. Kada gremlins udari mrežu ili sustav zemljišta, može doći do prekomjernih talasa prenapona, što može dovesti do isključivanja prekidača. U kišnimo ili snježnim uvjetima, površina prekidača je podložna vlagoj, što može dovesti do koronskog iscrpljenja. Ako je površina kontaminirana, može doći do ozbiljnog onesnaženja. U slučaju nagomilavanja snijega ili ledenja, spojevi mogu pregrejati. Kada se temperatura iznenadno promijeni, razina ulja i tlak plina u prekidaču također se mogu iznenadno promijeniti, što dovodi do smanjenja izolacijske performanse i utiče na brzinu otvaranja i zatvaranja.

2.4 Izolacijski dio

Izolacijski dio služi za izolaciju opreme od zraka. Često korišćeni izolacijski materijali uključuju porcelanske izolatore, kompozitne izolatore i silikonske gume. Trenutno, vanjska izolacija SF₆ prekidača u okruženju Pingdingshan uglavnom je izrađena od porcelana.

Tijekom rada, izolacijska performansa porcelanskih izolatora može ozbiljno pasti ili čak biti izgubljena zbog faktora poput loše kvalitete, neispravnog montaža, iznenadnih promjena temperature ili prekomjernih talasa prenapona. Ako je vanjska izolacija visokonaponskih SF₆ prekidača neuniformno opterećena prilikom montaža, oštećenje vanjske izolacije može se pogoršati tokom dugog vremena rada. U težim slučajevima, može doći do pukotina ili pucanja na površini porcelana.

Dodatno, iznenadne promjene spoljašnje temperature mogu značajno smanjiti savijanje i izvučnu čvrstoću izolacijskih materijala. Ako su u tom trenutku primijenjene mehaničke sile, izolacijski dio može biti oštećen ili čak proboden. Kada vanjska izolacija bude izložena prekomjernom prenaponu, može doći do lokalnog iscrpljenja. Ako na površini vanjske izolacije postoji prašina ili brd, i ako je okruženje vlažno, može doći do onesnaženja pod djelovanjem visokonaponskog električnog polja.

3 Protumjere

Pošto postoji mnogo izlaznih linija u 220 kV pretvoriljnim stanicama, a odgovarajuće veliki broj SF₆ prekidača, kako bi se smanjila pojava gore navedenih problema, treba formulirati razuman ciklus inspekcije i održavanja, ustvariti kompletni postupak obrade defekata i standard prihvatanja opreme, fokusirati se na prevenciju nesreća i ustvariti kompletni zatvoreni upravljački sustav.

3.1 Formuliranje razumnog ciklusa inspekcije

Normalno funkcioniranje prekidača zavisi od dnevne inspekcije od strane osoblja za održavanje. Formuliranjem razumnog ciklusa inspekcije, defekti prekidača mogu biti otkriveni na vreme, sprečavajući proširenje defekata i uzrokovane nesreće. U nastavku su kraće opisani ključni elementi koje treba imati na umu prilikom inspekcije visokonaponskih SF₆ prekidača od 220 kV.

• Redovne inspekcije trebaju se provesti barem jednom nedeljno. To uglavnom uključuje redovne inspekcije izgleda prekidača, neobičnih zvukova, curenja opreme, radnog okruženja i praćenje i inspekciju defekata i potencijalnih opasnosti. Posebna pažnja treba biti posvećena proveri da li su vrijednosti pritiska i razina ulja visokonaponskog SF₆ prekidača unutar normalnog raspona, zabilježavanju vrijednosti pritiska, promatranju da li je boja ulja normalna i da li se energija može normalno skladištiti.

• Kompletne inspekcije trebaju se provesti barem jednom mjesecno. Osim redovnih inspekcija, vrata opreme u pretvoriljnoj staniči trebaju biti otvorena za inspekciju. Zabeležavaju se operativni podaci poput vrijednosti pritiska plina i razine ulja prekidača; proverava se da li su vrata prekidača dobro zatvorena, da li su otvori dobro zatvoreni, da li uređaji za sušenje i kontrolu temperature mogu normalno raditi; da li su zavojnice za otvaranje i zatvaranje disbojirane, imaju li neobične mirise ili oznake sagorevanja; da li su operativni i prenosni mehanizmi prekidača normalni; i da li su sekundarne žice pregrjele, luže ili prekine.

• Inspekcija u tamini treba se provesti barem jednom mjesecno. To se odnosi na inspekcije koje se provode noću bez svjetla, fokusirajući se na proveru da li su vodila, spojevi i klešta pregrjeani, i da li postoji iscrpljenje na vanjskoj izolaciji.

• Posebne inspekcije se provode kako bi se spriječilo nepravilno funkcioniranje, odbijanje rada, deformacije strukture, oštećenje izolacije, iscrpljenje ili onesnaženje prekidača zbog promjena u spoljašnjem okruženju ili režimu rada sistema, što može uticati na normalno funkcioniranje prekidača. Specifične situacije imaju različite cikluse inspekcije.

3.2 Formuliranje razumnog ciklusa održavanja

Redovne inspekcije su namenjene boljoj detekciji problema, dok redovno održavanje može bolje sprečiti da manji defekti razviju se u velike nesreće. U nastavku su navedeni nekoliko uobičajenih stavki održavanja prekidača.

• Održavanje ormara se provodi svakih šest mjeseci. Fokusira se na proveru da li su sijalice, klipovi i ručice vrata ormara oštećeni, da li je ormar rostao, i da li su oznake zemljišta integritetne.

• Održavanje blokiranja se provodi jednom mjesecno. Treba koristiti vatrogasne materijale za blokiranje, a ako je potrebno, koristiti izolacijske materijale poput vatrogasnih ploča kako bi se osiguralo čvrsto blokiranje i spriječilo pad blokirajućeg materijala.

• Održavanje uređaja za sušenje i zagrijavanje i osvetljačkih uređaja se provodi jednom kvartalu. Određuje se da li uređaji za sušenje i zagrijavanje normalno rade prema promjenama u okruženju. U isto vreme, proverava se da li su osvetljački uređaji unutar ormara normalni, i da li su njihovi kontakti i kablovi luže.

3.3 Uspostavljanje postupka obrade defekata

Defekti otkriveni tijekom inspekcija i održavanja trebaju biti zabilježeni, a prijavljeni u vreme prema njihovoj težini. Kasnije, osoblje za održavanje treba da odmah provede eksperimente i radove održavanja. Nakon održavanja, osoblje za operacije i održavanje je odgovorno za prihvaćanje opreme, a oprema se upotrebljava tek nakon što je prihvaćena. Kroz cijeli postupak zatvorenog upravljanja otkrivanja - registracije - prijave - obrade - prihvatanja, ne samo da se može produžiti vreme trajanja opreme, nego se takođe može smanjiti pojava nesreća, a korisnicima se može bolje pružiti kvalitetna električna energija.

3.4 Precautije za prihvaćanje

Prekidači trebaju biti prihvaćeni i proći inspekciju prije upotrebe nakon novog instaliranja ili održavanja. Tijekom prihvatanja, treba osigurati da na prekidaču nema ostatka od održavanja; da su porcelanski izolatori čisti i neoštećeni; da su indikatori tlaka SF₆ plina i nivoa ulja normalni; da hidraulički ili opruzni mehanizam mogu normalno skladistiti energiju; da je ormar dobro zatvoren, a spojevi nisu luži ili deformirani; i da signal pozicije i anormalni alarmni signal mogu ispravno raditi.

4 Zaključak

Upravljanje operacijama i održavanjem prekidača je dinamički proces. U svakodnevnom radu, treba jačati odgovornost osoblja za operacije i održavanje. Treba strogo pratiti propise za odgovarajuće inspekcije i održavanje, i formirati razumne zatvorene upravljačke sisteme za opremu kako bi se osiguralo normalno funkcioniranje opreme i stabilno funkcioniranje mreže.