Короткий аналіз ключових моментів експлуатації та технічного обслуговування високовольтних вимикачів SF6

1 Огляд

Автоматичні вимикачі можуть з'єднувати та роз'єднувати електричні кола відповідно до режиму роботи в нормальних умовах. Вони також можуть швидко відокремити несправне обладнання на основі сигналів вторинного захисту при виникненні аварії або з'єднати коло для відновлення постачання електроенергії після усунення тимчасової аварії. Таким чином, вони мають подвійну функцію контролю та захисту. На даний момент в Піндиншанській області є більше сотні підстанцій. У кожній підстанції потрібні автоматичні вимикачі для кожного вихідного лінійного проводу, кожного входячого лінійного боку та з'єднання подвійних шин. Високовольтні SF₆-вимикачі широко використовуються на підстанціях 110 кВ і 220 кВ через свої переваги, такі як сильна спроможність розриву, швидка дія, легке обслуговування та висока стабільність.

Високовольтні вимикачі складаються головним чином з рухомих контактів, нерухомих контактів, камери гасіння дуги та провідних частин. Рухомі та нерухомі контакти розташовані всередині камери гасіння дуги і використовуються для переривання струму. Нерухомий контакт залишається на місці, а рухомий контакт приводиться в дію механізмом управління, щоб вимикач міг завершити операції відключення та включення. Механізм управління з'єднаний з рухомим контактом через передавальний механізм та ізоляційний тягач.

Хоча характеристики часто використовуваних високовольтних SF₆-вимикачів на даний момент є відносно повними, проте під час експлуатації можуть виникати випадки відмов через зміни в електромережі, зовнішньому середовищі та внутрішніх факторах. На прикладі високовольтних SF₆-вимикачів, використовуваних на підстанціях 220 кВ, ця стаття коротко розглядає типові проблеми під час їх експлуатації та відповідні заходи з ліквідації.

2 Аналіз існуючих проблем та ключові моменти експлуатації та обслуговування

Багато компонентів високовольтних SF₆-вимикачів, таких як механізм управління, передавальний механізм, частина гасіння дуги та провідна частина, під час експлуатації піддаються різноманітним відмовам. У минулій роботі підстанцій в Піндиншанській області виникали такі випадки:

• Високовольтні SF₆-вимикачі були змушені припинити роботу через витікання газу SF₆.

• Тискова блокировка виникла через серйозне витікання олії в гідравлічному механізмі, або енергетичне запасання не вдалося через аномалії в пружинному механізмі, що призвело до неможливості нормального переривання струму високовольтними SF₆-вимикачами.

• Вимикач відмовився від роботи через проблеми в самому механізмі, такі як порушення керуючого контуру, що не дозволило задовольнити вимоги для відключення та включення.

• Високовольтні SF₆-вимикачі були пошкоджені через розбиття фарфорових ізоляторів.

• Перегрівання, спричинене провідними проблемами, призвело до неможливості нормальної роботи високовольтних SF₆-вимикачів.

• Вимикач постраждав різними ступенями та не міг підтримувати нормальну роботу через вплив зовнішнього середовища або пошкодження ізоляційної частини.

Ці проблеми можуть викликати певні пошкодження високовольтних SF₆-вимикачів в різних ступенях та впливати на їхню нормальну роботу. Під час щоденного осмотру та обслуговування слід приділити більше уваги перевірці цих компонентів високовольтних SF₆-вимикачів, щоб покращити надійність постачання електроенергії системою. Нижче надається окремий аналіз вищезгаданих проблем.

2.1 Частина гасіння дуги

Високовольтні SF₆-вимикачі мають мати достатню здатність гасіння дуги та відновлення диелектричної стійкості, щоб ефективно запобігати повторному згорянню дуги при переході струму через нуль. Процес гасіння дуги високовольтних SF₆-вимикачів відбувається в камері гасіння дуги, яка складається з рухомих та нерухомих основних контактів, рухомих та нерухомих контактів гасіння дуги, великих та малих насадок, циліндру стиснення та поршня. Конкретно:

• Основні контакти проводять струм, коли вимикач працює в нормальному режимі.

• Контакти гасіння дуги підключені паралельно до основних контактів, і їх хід більший, ніж у основних контактів. Вони можуть витримати всю ерозію дуги під час переривання або замикання струму, таким чином захищаючи основні контакти від пошкодження.

• Насадки обмежують напрямок та швидкість потоку струму, щоб досягти найкращого ефекту гасіння дуги.

• Поршень стискає газ у циліндру стиснення, коли рухомий контакт рухається, збільшуючи тиск газу в циліндру до оптимального тиску для гасіння дуги.

Під час роботи витікання газу SF₆ безпосередньо впливає на стабільну роботу вимикача. Коли тиск газу опускається нижче порогового значення, вимикач виділяє сигнал тривоги або блокується через низький тиск. У цьому випадку може виникнути аварія, що може призвести до розширення ділянки відключення електроенергії.

2.2 Механічна частина

Механічні характеристики високовольтних SF₆-вимикачів безпосередньо визначають їхню здатність гасіння дуги та впливають на швидкість та час відключення та включення. Механічна частина може бути приблизно розділена на механізм управління та передавальний механізм. Згідно зі статистичними даними про відмови вимикачів, 63.2% відмов вимикачів в Китаї викликані механізмом управління.

Механізми управління SF₆-вимикачів, використовуваних на підстанціях 110 кВ та вище в Піндиншанській області, приблизно розділяються на гідравлічні механізми та пружинні механізми. Пружинні механізми широко використовуються через свої переваги, такі як проста механічна конструкція, легке обслуговування, швидка реакція, екологічність та низька вартість. Однак зі зростанням часу експлуатації пружність пружини може знизитися. Можуть виникнути ситуації, коли вимикач не може перервати аварійний струм через невдале запасання енергії пружиною відключення, або повторне замикання не вдається через невдале запасання енергії пружиною повторного замикання.

Гідравлічні механізми мають переваги більшої надійності, вищої безпеки та довшого терміну служби. Коли гідравлічний параметр опускається нижче порогового значення, активується блокування при нульовому тиску, щоб уникнути повільного відключення через втрату тиску. Система керування запускає двигун для збільшення тиску, і після встановленого часу часовий реле відключає керуючий контур, щоб зупинити збільшення тиску.

Крім того, передавальні механізми, такі як з'єднуючі валки, кривошипи та обертові валки, відіграють важливу роль в процесі відключення та включення. При отриманні сигналів відключення та включення, пружини відключення та включення відпускають енергію та приводять контакти до завершення задач відключення та включення через передавальні механізми, такі як з'єднуючі валки та кривошипи. Якщо з'єднуючі валки, кривошипи або обертові валки деформуються або тріщать, це вплине на нормальне передавання під час відключення та включення вимикача.

2.3 Експлуатаційне середовище

На високовольтних SF₆-вимикачах, розташованих поза приміщеннями, також слід звернути увагу на вплив змін експлуатаційного середовища під час роботи. Наприклад, при сильному вітрі провідні дроти можуть значно коливатися або на них можуть потрапити сторонні предмети. Коли молія ударяє в електромережу або систему заземлення, можуть виникнути перенапруги, що призводять до відключення вимикача. У дощові або сніжні умови поверхня вимикача може намокати, що може призвести до коронного розряду. Якщо поверхня забруднена, може виникнути більш серйозний розряд забруднення. У разі накопичення снігу або обледініння, з'єднання можуть перегріватися. Коли температура змінюється стрибками, рівень олії та тиск газу вимикача також можуть змінюватися стрибками, що призводить до зниження ізоляційних характеристик та впливає на його швидкість відключення та включення.

2.4 Ізоляційна частина

Ізоляційна частина служить для ізоляції обладнання від повітря. Посилено використовуються ізоляційні матеріали, такі як фарфорові ізолятори, комбіновані ізолятори та силиконові резинові ізолятори. На даний момент зовнішня ізоляція SF₆-вимикачів в Піндиншанській області в основному виготовлена з фарфору.

Під час експлуатації ізоляційні характеристики фарфорових ізоляторів можуть значно знизитися або навіть втратити свою ефективність через такі фактори, як низька якість, некваліфікована встановлення, стрибкоподібні зміни температури або надмірні перенапруги. Якщо зовнішня ізоляція високовольтних SF₆-вимикачів нерівномірно нагружена під час встановлення, пошкодження зовнішньої ізоляції може погіршитися під час тривалої експлуатації. У складних випадках на поверхні фарфору можуть виникнути тріщини або розбиття.

Крім того, стрибкоподібні зміни зовнішньої температури можуть значно знизити гнучкість та міцність на розтяжку ізоляційних матеріалів. Якщо в цей час прилагаються механічні сили, ізоляційна частина може бути пошкоджена або навіть пробита. Коли зовнішня ізоляція піддається дії перенапруг, може бути запущений локальний розряд. Якщо на поверхні зовнішньої ізоляції є пил або забруднення, а середовище вологе, може виникнути розряд забруднення під дією високовольтного електричного поля.

3 Заходи

Оскільки на підстанціях 220 кВ є багато вихідних ліній, а відповідно, велика кількість SF₆-вимикачів, для зменшення виникнення вищезгаданих проблем слід розробити розумний цикл перевірок та обслуговування, встановити повний процес обробки дефектів та стандарт прийняття обладнання, зосередитися на профілактиці аварій та створити повну систему закритого циклу управління.

3.1 Розробка розумного циклу перевірок

Нормальна робота вимикачів залежить від щоденних перевірок операторів та обслуговуючого персоналу. Шляхом розробки розумного циклу перевірок можна своєчасно виявити дефекти вимикачів, щоб запобігти їхньому розширенню та виникненню аварій. Нижче коротко описані ключові моменти, які слід враховувати під час перевірки високовольтних SF₆-вимикачів 220 кВ.

• Рутинні перевірки повинні проводитися принаймні раз на тиждень. Це включає перевірку зовнішнього вигляду вимикача, аномальних звуків, витікання обладнання, експлуатаційного середовища, а також відстеження та перевірку дефектів та потенційних небезпек. Особлива увага має бути приділена перевірці, чи знаходиться тиск та рівень олії високовольтного SF₆-вимикача в нормальних межах, запису значення тиску, спостереження за тим, чи нормальний колір олії, та чи може енергетичне запасання відбуватися нормально.

• Загальні перевірки повинні проводитися принаймні раз на місяць. Окрім рутинних перевірок, відкриваються двері шафи обладнання на підстанції для перевірки. Записуються дані про тиск газу та рівень олії вимикача; перевіряється, чи є двері шафи вимикача плотно закритими, чи добре затушені отвори, чи можуть працювати нормально прилади зберігання відносної вологості та контроля температури; чи є дисколірність, аномальні запахи або ознаки спалювання у в’язках відключення та включення; чи є нормальний механізм управління та передавальний механізм вимикача; чи є перегрівання, розслаблення або зламання вторинного проводу.

• Перевірка в темряві повинна проводитися принаймні раз на місяць. Це стосується перевірок, проведенних вночі при вимкненому світлі, з акцентом на перевірку, чи перегріваються провідні дроти, з'єднання та кліпси, чи є розряди на зовнішній ізоляції.

• Спеціальні перевірки проводяться для запобігання неправильній роботі вимикача, відмові від роботи, деформації конструкції, пошкодженню ізоляції, розряду або забруднення, що можуть вплинути на нормальну роботу вимикача через зміни зовнішнього середовища або режиму роботи системи. Конкретні ситуації мають різні цикли перевірок.

3.2 Розробка розумного циклу обслуговування

Регулярні перевірки спрямовані на краще виявлення проблем, тоді як регулярне обслуговування може краще запобігти тому, щоб невеликі дефекти не перетворилися на великі аварії. Нижче наведено кілька загальних пунктів обслуговування вимикачів.

• Обслуговування шафи проводиться раз на півроку. Акцентується увага на перевірку, чи пошкоджені ущільнювальні смуги, петлі та ручки дверей шафи, чи заржавіла шафа, чи цілісні знаки заземлення.

• Обслуговування затушення проводиться раз на місяць. Для затушення повинні використовуватися матеріали, що не палають, а при потребі – ізоляційні матеріали, такі як панелі, що не палають, щоб забезпечити їхню щільність та запобігти руйнуванню матеріалів затушення.

• Обслуговування приладів зберігання відносної вологості та освітлення проводиться раз на квартал. Визначається, чи працюють нормально прилади зберігання відносної вологості та нагріву згідно зі змінами середовища. Одночасно перевіряється, чи є нормальне освітлення всередині шафи, чи є розслаблені або зламані контактні перемикачі та проводи.

3.3 Створення процесу обробки дефектів

Дефекти, виявлені під час перевірок та обслуговування, повинні бути зареєстровані, а потім своєчасно звітуються відповідно до їхньої важливості. Пізніше обслуговуючий персонал повинен своєчасно проводити експерименти та роботи з ремонту. Після ремонту оператори та обслуговуючий персонал відповідають за прийняття обладнання, і обладнання вводиться в експлуатацію лише після його прийняття. Через повну систему закритого циклу управління (виявлення - реєстрація - звіт - обробка - прийняття) можна не тільки продовжити термін служби обладнання, але й зменшити виникнення аварій, а також краще забезпечити користувачів високоякісною електроенергією.

3.4 Увага при прийнятті

Вимикачі повинні бути прийняті