Isang Maikling Pagsusuri ng mga Pangunahing Puntos para sa Paggamit at Pagmamanila ng Mataas na Voltayeng SF6 Circuit Breakers

1 Buod

Ang mga circuit breaker ay maaaring mag-ugnay at maghiwalay ng mga circuit batay sa mode ng operasyon sa normal na kondisyon. Maaari rin silang mabilis na magputol ng mga maproblema na kagamitan batay sa sekundaryong signal ng proteksyon kapag may naganap na problema, o mag-ugnay ng circuit upang muling ibalik ang suplay ng kuryente pagkatapos malunasan ang pansamantalang problema. Kaya, mayroon silang dobleng punsiyon ng kontrol at proteksyon. Sa kasalukuyan, may higit sa isang daang substation sa rehiyon ng Pingdingshan. Sa bawat substation, kinakailangan ng mga circuit breaker para sa bawat linyang nagsasalida, sa bawat panig ng pumasok, at sa koneksyon ng double busbar. Ang mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay malawakang ginagamit sa 110 kV at 220 kV substations dahil sa kanilang mga pangunahing katangian tulad ng matibay na kakayahan sa pag-putol, mabilis na aksyon, madaling pag-aalamin, at mataas na estabilidad.

Ang mga mataas na voltaje na circuit breakers ay pangunahing binubuo ng mga nagagalaw na kontak, tahimik na kontak, arc-extinguishing chamber, at mga bahagi ng konduktor. Ang mga nagagalaw at tahimik na kontak ay nasa loob ng arc-extinguishing chamber at ginagamit para sa pag-putol ng kuryente. Ang tahimik na kontak ay nananatili sa lugar, at ang nagagalaw na kontak ay pinapagana ng operating mechanism upang makumpleto ang pagbubuksan at pagsasara ng circuit breaker. Ang operating mechanism ay nakakonekta sa nagagalaw na kontak sa pamamagitan ng transmission mechanism at insulating pull rod.

Bagama't ang performance ng karaniwang ginagamit na mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay medyo kompleto sa kasalukuyan, maaari pa ring mangyari ang mga pagkakamali sa operasyon dahil sa mga pagbabago sa grid ng kuryente, panlabas na kapaligiran, at panloob na mga factor. Bilang halimbawa, ang mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 220 kV substations, ang papel na ito ay maikling talakayan ang karaniwang mga problema sa kanilang operasyon at ang mga kaukulang hakbang sa pagproseso.

2 Analisis ng mga Umiiral na Problema at mga Punto ng Operasyon at Pag-aalamin

Maraming bahagi ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers, tulad ng operating mechanism, transmission mechanism, arc-extinguishing part, at current-conducting part, ay maaaring magkaroon ng iba't ibang mga pagkakamali sa operasyon. Sa nakaraang operasyon ng mga substation sa rehiyon ng Pingdingshan, ang mga sumusunod na insidente ay naganap:

• Ang mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay inipon sa pakikipaglaban sa operasyon dahil sa pagkalason ng gas na SF₆.

• Nagkaroon ng pressure lockout dahil sa matinding pagkalason ng langis sa hydraulic mechanism, o nabigo ang energy storage dahil sa abnormalidad sa spring mechanism, na humantong sa hindi normal na pag-putol ng kuryente ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers.

• Ang circuit breaker ay tumanggi na gumana dahil sa mga problema sa mekanismo mismo, tulad ng nawasak na control circuit, na nagresulta sa hindi pagtugon sa mga pangangailangan para sa pagbubuksan at pagsasara.

• Ang mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay nasira dahil sa pagkasira ng porcelain insulator.

• Ang sobrang init na dulot ng mga isyu sa paghahatid ng kuryente ay nagresulta sa hindi normal na operasyon ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers.

• Ang circuit breaker ay naranasan ang iba't ibang antas ng pinsala at hindi na makapagpatuloy sa normal na operasyon dahil sa impluwensya ng panlabas na kapaligiran o sa pinsala sa bahaging insulate.

Ang mga problema na ito ay maaaring magdulot ng tiyak na pinsala sa iba't ibang antas sa mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers at maaaring makaapekto sa kanilang normal na operasyon. Sa araw-araw na inspeksyon at pag-aalamin, dapat bigyan ng mas maraming atensyon ang mga bahaging ito ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers upang mapabuti ang reliabilidad ng suplay ng kuryente ng sistema. Ang sumusunod ay isang indibidwal na analisis ng mga problema na nabanggit.

2.1 Arc-Extinguishing Part

Ang mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay dapat may sapat na kakayahan sa pag-putol ng arc at dielectric recovery strength upang makuha ang epektibong pagpigil ng pagbabalik ng arc sa zero-crossing ng kuryente. Ang proseso ng pag-putol ng arc ng mga mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay nangyayari sa arc-extinguishing chamber, na pangunahing binubuo ng nagagalaw at tahimik na main contacts, nagagalaw at tahimik na arcing contacts, malaki at maliit na nozzles, compression cylinder, at piston. Partikular:

• Ang main contacts ay nagdadala ng kuryente kapag ang circuit breaker ay gumagana nang normal.

• Ang arcing contacts ay nakaconnect sa parallel sa main contacts, at ang kanilang contact travel ay mas malaki kaysa sa main contacts. Maaari silang tanggihan ang lahat ng erosyon ng arc sa panahon ng pag-putol o pagsasara, na nagbibigay ng proteksyon sa main contacts mula sa pinsala.

• Ang nozzles ay limita ang direksyon at bilis ng pag-flow ng jet gas upang makamit ang pinakamahusay na epekto ng pag-putol ng arc.

• Ang piston ay piniind ang gas sa compression cylinder kapag ang nagagalaw na kontak ay gumagalaw, taas ang presyon ng gas sa cylinder upang makamit ang optimal na presyon ng gas para sa pag-putol ng arc.

Sa operasyon, ang pagkalason ng gas na SF₆ ay direktang maaapektuhan ang matatag na operasyon ng circuit breaker. Kapag ang presyon ng gas ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang circuit breaker ay mag-iisang alarm o ilock-out dahil sa mababang presyon. Sa kaso na ito, maaaring magkaroon ng problema, na maaaring lumawak ang sakop ng power outage.

2.2 Mekanikal na Bahagi

Ang mekanikal na performance ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay direktang nagpapasya sa kanilang kakayanan sa pag-putol ng arc at nakaapekto sa kanilang bilis at oras ng pagbubuksan at pagsasara. Ang mekanikal na bahagi maaaring hatiin sa operating mechanism at transmission mechanism. Ayon sa estadistika ng mga pagkakamali ng circuit breaker, 63.2% ng mga pagkakamali ng circuit breaker sa Tsina ay dahil sa operating mechanism.

Ang operating mechanisms ng SF₆ circuit breakers na ginagamit sa 110 kV at higit pa na substations sa rehiyon ng Pingdingshan ay maaaring hatiin sa hydraulic mechanisms at spring mechanisms. Ang spring mechanisms ay malawakang ginagamit dahil sa kanilang mga katangian tulad ng simple na mekanikal na struktura, madaling pag-aalamin, mabilis na response speed, eco-friendly, at mababang cost. Gayunpaman, habang tumataas ang oras ng operasyon, ang elasticity ng spring ay maaaring mabawasan. Maaaring may mga sitwasyon kung saan ang circuit breaker ay nabigo sa pag-putol ng fault current dahil sa hindi pag-store ng energy ng opening spring, o ang reclosing ay nabigo dahil sa hindi pag-store ng energy ng closing spring sa panahon ng reclosing.

Ang hydraulic mechanisms ay may mga katangian ng mas matibay na reliability, mas mataas na seguridad, at mas mahabang buhay ng serbisyo. Kapag ang hydraulic value ay bumaba sa ilalim ng threshold, ang zero-pressure lockout ay i-activate upang maiwasan ang mabagal na pagbubuksan dahil sa pagkawala ng presyon. Ang control system ay sisimulan ang motor upang itaas ang presyon, at pagkatapos ng set na oras, ang time relay ay tatanggalin ang control circuit upang itigil ang pagtaas ng presyon.

Kasama rito, ang mga transmission mechanisms tulad ng connecting rods, crank arms, at rotating shafts ay naglalaro ng mahalagang papel sa proseso ng pagbubuksan at pagsasara. Kapag natanggap ang mga signal ng pagbubuksan at pagsasara, ang opening at closing springs ay ililipas ang energy at ididrive ang mga kontak upang makumpleto ang mga gawain ng pagbubuksan at pagsasara sa pamamagitan ng mga transmission mechanisms tulad ng connecting rods at crank arms. Kung ang connecting rods, crank arms, o rotating shafts ay deformed o nabali, ito ay maaaring makaapekto sa normal na transmission sa panahon ng pagbubuksan at pagsasara ng circuit breaker.

2.3 Operating Environment

Ang mga outdoor-type na SF₆ circuit breakers ay dapat bigyan din ng pansin ang epekto ng mga pagbabago sa operating environment sa panahon ng operasyon. Halimbawa, sa malakas na hangin, maaaring malakas na umiwas ang mga lead wires o maaaring makuhang foreign objects. Kapag ang lightning ay tumama sa grid ng kuryente o sa grounding system, maaaring magkaroon ng over-voltage surges, na nagreresulta sa tripping ng circuit breaker. Sa ulan o yelo, ang surface ng circuit breaker ay maaaring maging basa, na maaaring magresulta sa corona discharge. Kung ang surface ay contaminated, maaaring magkaroon ng mas seryosong pollution flashover. Sa kaso ng snow accumulation o icing, maaaring uminit ang mga joints. Kapag ang temperatura ay nagbabago nang bigla, ang oil level at gas pressure ng circuit breaker ay maaari ring magbabago nang bigla, na nagreresulta sa pagbaba ng insulation performance at nakaapekto sa kanilang bilis ng pagbubuksan at pagsasara.

2.4 Insulation Part

Ang insulation part ay naglalayong hiwalayin ang kagamitan mula sa hangin. Ang karaniwang ginagamit na insulation materials ay kabilang ang porcelain insulators, composite insulators, at silicone rubber insulators. Sa kasalukuyan, ang external insulation ng SF₆ circuit breakers sa rehiyon ng Pingdingshan ay kadalasang gawa ng porcelain.

Sa operasyon, ang insulation performance ng porcelain insulators ay maaaring mabawasan o kahit na mawala dahil sa mga factor tulad ng sariling mababang kalidad, hindi qualified na pag-install, biglaang pagbabago ng temperatura, o labis na over-voltage surges. Kung ang external insulation ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers ay hindi pantay na stressed sa panahon ng pag-install, ang pinsala sa external insulation ay maaaring lumala sa mahabang panahon ng operasyon. Sa matinding kaso, maaaring magkaroon ng cracks o breakages sa surface ng porcelain.

Bukod dito, ang biglaang pagbabago ng external temperature ay maaaring mabawasan ang bending at tensile strength ng insulation materials. Kung may mechanical forces na ipinapatupad sa oras na ito, ang insulation part ay maaaring masira o kahit na punctured. Kapag ang external insulation ay nakaexpose sa over-voltage, maaaring magsimula ang partial discharge. Kung may dust o dirt sa surface ng external insulation, at ang kapaligiran ay basa, maaaring magkaroon ng pollution flashover sa ilalim ng high-voltage electric field.

3 Countermeasures

Dahil maraming linyang nagsasalida sa 220 kV substations, at sa katulad, maraming SF₆ circuit breakers, upang mabawasan ang pagkakaroon ng nabanggit na mga problema, dapat mailathala ang reasonable inspection cycle at maintenance cycle, mailatag ang kompleto na proseso ng pagproseso ng defect at standard ng pagtanggap ng kagamitan, na may focus sa pag-iwas sa mga aksidente, at mailatag ang complete closed-loop management system.

3.1 Formulating a Reasonable Inspection Cycle

Ang normal na operasyon ng mga circuit breakers ay depende sa araw-araw na inspeksyon ng mga operation at maintenance personnel. Sa pamamagitan ng pagbuo ng reasonable inspection cycle, maaaring matukoy agad ang mga defect sa mga circuit breakers, na nagiiwas sa mga defect na maging malaking aksidente. Ang sumusunod ay maikling paglalarawan ng mga key points na dapat tandaan sa inspeksyon ng 220 kV mataas na voltaje na SF₆ circuit breakers.

• Dapat gawin ang routine inspections nang hindi bababa sa isang beses sa linggo. Ito pangunahing kinasasangkutan ng routine inspections sa hitsura ng circuit breaker, abnormal sounds, equipment leakage, operating environment, at tracking at inspeksyon ng mga defect at potential hazards. Dapat bigyan ng espesyal na pansin ang pagsusuri kung ang pressure value at oil level ng mataas na voltaje na SF₆ circuit breaker ay nasa normal range, nairekord ang pressure value, pinagmasdan kung ang kulay ng langis ay normal, at kung maaaring gawin nang normal ang energy storage.

• Dapat gawin ang comprehensive inspections nang hindi bababa sa isang beses sa buwan. Batay sa routine inspections, binubuksan ang cabinet doors ng mga kagamitan sa substation para sa inspeksyon. Inirerekord ang mga datos ng operasyon tulad ng gas pressure value at oil level value ng circuit breaker; sinusuri kung ang cabinet doors ng circuit breaker ay mahigpit na nagsasara, kung ang mga butas ay maayos na nai-block, at kung ang dehumidification at temperature-control devices ay maaaring gumana nang normal; kung ang opening at closing coils ay may discoloration, abnormal odors, o signs of burning; kung ang operating mechanism at transmission mechanism ng circuit breaker ay normal; at kung ang secondary wiring ay walang overheating, looseness, o breakage.

• Dapat gawin ang inspection in the dark nang hindi bababa sa isang beses sa buwan. Ito ay tumutukoy sa mga inspeksyon na isinasagawa sa gabi nang walang ilaw, na may focus sa pagsusuri kung ang lead wires, joints, at clamps ay may overheating, at kung may discharge sa external insulation.

• Ang special inspections ay isinasagawa upang maiwasan ang circuit breaker mula sa pagkakamali, pagtanggi na gumana, deformation sa structure, damage sa insulation, discharge, o pollution flashover dahil sa mga pagbabago sa external environment o sa mode ng operasyon ng sistema, na maaaring makaapekto sa normal na operasyon ng circuit breaker. Ang iba't ibang situwasyon ay may iba't ibang inspection cycles.

3.2 Formulating a Reasonable Maintenance Cycle

Ang regular na inspeksyon ay may layuning mas mabuting matukoy ang mga problema, habang ang regular na maintenance ay maaaring mas mabuti na maiwasan ang mga maliliit na defect na maging malaking aksidente. Ang sumusunod ay ilang karaniwang maintenance items para sa mga circuit breakers.

• Ang cabinet maintenance ay isinasagawa nang isang beses sa anim na buwan. Ito ay may focus sa pagsusuri kung ang sealing strips, cabinet door hinges, at handles ay nasira, kung ang cabinet ay rusted, at kung ang grounding marks ay buo.

• Ang blocking maintenance ay isinasagawa nang isang beses sa buwan. Dapat gamitin ang fire-resistant blocking materials para sa blocking, at kung kinakailangan, dapat gamitin ang insulating materials tulad ng fire-resistant boards upang masiguro ang mahigpit na blocking at maitrayd ang pagbagsak ng blocking material.

• Ang maintenance ng dehumidification at heating devices at lighting devices ay isinasagawa nang isang beses sa kwarter. Dapat matukoy kung ang dehumidification at heating devices ay gumagana nang normal ayon sa mga pagbabago ng kapaligiran. Sa parehong oras, sinusuri kung ang lighting devices sa loob ng cabinet ay normal, at kung ang kanilang contact switches at circuit wiring ay loose.

3.3 Establishing a Defect Handling Process

Ang mga defect na natukoy sa panahon ng inspeksyon at maintenance ay dapat irekord, at isang timely manner na ireport ayon sa kanilang severity. Sa susunod, ang maintenance personnel ay dapat mabilis na gawin ang mga eksperimento at gawain ng maintenance. Pagkatapos ng maintenance, ang operation at maintenance personnel ay responsable para sa pagtanggap ng kagamitan, at ang kagamitan ay ilalagay sa operasyon lamang pagkatapos nito na pumasa sa pagtanggap. Sa pamamagitan ng whole-process closed-loop management ng discovery-filing-reporting-handling-acceptance, hindi lamang maaaring mapalawakin ang buhay ng kagamitan, ngunit maaari ring mabawasan ang pagkakaroon ng mga aksidente, at mabuti na mabigay ang high-quality na electric energy sa mga user.

3.4 Precautions for Acceptance

Ang mga circuit breakers ay dapat tanggapin at pumasa sa inspeksyon bago ilagay sa operasyon pagkatapos ng bagong installation o maintenance. Sa panahon ng pagtanggap, dapat siguraduhin na walang remnants mula sa maintenance sa circuit breaker; ang porcelain insulators ay malinis at hindi nasira; ang SF₆ gas pressure gauge at oil level gauge ay normal; ang hydraulic mechanism o spring mechanism ay maaaring mag-store ng energy nang normal; ang cabinet ay maayos na sealed, at ang mga joints ay hindi loose o deformed; at ang position signals at abnormal alarm signals ay maaaring gumana nang tama.

4 Conclusion

Ang operasyon at pag-aalamin ng mga circuit breakers ay isang dynamic na proseso. Sa araw-araw na trabaho, dapat palakasin ang sense of responsibility ng mga operation at maintenance personnel. Dapat nilang sunod ang regulasyon para sa corresponding inspections at maintenance, at dapat mailatag ang reasonable closed-loop management system para sa kagamitan upang masiguro ang normal na operasyon ng kagamitan at stable na operasyon ng grid ng kuryente.