Pesquisa sobre Análise de Falhas e Métodos de Tratamento de Interruptores SF6

No sistema de subestação, os disjuntores de alta tensão são dispositivos de interrupção de energia, sendo os disjuntores SF₆ os mais comuns. Esses disjuntores usam gás SF₆ como principal meio de isolamento. Com base na ação da energia do arco, o gás SF₆ comprimido é formado para extinguir instantaneamente o arco, alcançando assim a interrupção da corrente nominal e da corrente de falha, protegendo as linhas de corte de energia e equipamentos elétricos de danos. O sistema está equipado com um sistema operacional completo, que pode controlar o disjuntor através de operações de abertura e fechamento, e possui forte funcionalidade.

Os disjuntores SF₆ são cruciais para o funcionamento normal das subestações. Uma vez que um disjuntor SF₆ apresente falha, isso afetará diretamente a operação de cada sistema de subestação. Isso mostra a importância do trabalho de manutenção e proteção dos disjuntores SF₆. Nesse contexto ambiental, explorar a análise de falhas e métodos de tratamento dos disjuntores SF₆ tem importante significado prático.

1 Análise de Falhas Comuns dos Disjuntores SF₆
1.1 Pressão Insuficiente de Gás SF₆

Durante a operação real dos disjuntores SF₆, é provável que ocorra a situação de pressão insuficiente de gás SF₆. Uma vez que essa falha ocorre, o valor de pressão no manômetro de SF₆ será inferior ao valor de pressão nominal. No controle remoto, o sistema de gerenciamento de fundo emitirá um alarme para alertar os funcionários de que a pressão do gás SF₆ está muito baixa.

Esse fenômeno é principalmente causado pela baixa temperatura ambiente na área onde o disjuntor SF₆ está localizado, ou há uma fuga de gás no sistema SF₆, ou a leitura do manômetro está incorreta, resultando em uma falha do relé de densidade SF₆, o que, por sua vez, causa pressão insuficiente de gás SF₆ e leva à falha do disjuntor SF₆.

1.2 Falha do Disjuntor SF₆ em Fechar ou Abrir

Durante a operação do disjuntor SF₆, após a emissão de comandos de abertura e fechamento sob operação manual, o disjuntor SF₆ não responde, causando a falha do disjuntor SF₆ em fechar ou abrir.

As causas raiz desse problema de falha incluem principalmente três aspectos. Primeiro, o sistema de armazenamento de energia de mola falha e não pode fornecer energia e potência para as operações de abertura e fechamento do disjuntor SF₆. Segundo, o circuito de controle está bloqueado, resultando em um circuito aberto e impedindo a transmissão de comandos de abertura e fechamento. Terceiro, há uma falha de acoplamento mecânico. Mesmo que o comando seja transmitido, devido à falha ou dano de componentes mecânicos, o comando emitido não pode ser concluído.

1.3 Falha Falsa de Abertura do Disjuntor SF₆

A falha falsa de abertura é uma das falhas comuns dos disjuntores SF₆. Refere-se principalmente à situação em que o disjuntor SF₆ se abre automaticamente sem um comando de operação, fazendo com que o disjuntor SF₆ fique fora de controle e afetando a operação normal da subestação.

As razões para esse fenômeno de falha são principalmente a operação errada ou toque acidental. Pode também ser causada por abertura falsa devido a vibração mecânica externa. As falhas elétricas também podem levar à abertura automática do disjuntor SF₆, principalmente devido a ações de proteção incorretas e valores de configuração incorretos. Durante a aterramento de dois pontos do sistema DC, após a conexão das fontes de alimentação positiva e negativa, o sinal de proteção relé é transmitido e recebido, resultando em ações incorretas. Além disso, falhas mecânicas, como a falha do suporte de fechamento para sustentar ou o deslocamento do parafuso de posicionamento, também podem causar a falha falsa de abertura do disjuntor SF₆.

1.4 Falha Falsa de Fechamento do Disjuntor SF₆

A falha falsa de fechamento é uma das falhas comuns dos disjuntores SF₆. Refere-se à situação em que o disjuntor SF₆ se fecha automaticamente sem um comando de operação, fazendo com que o disjuntor SF₆ fique fora de controle e afetando a operação normal da subestação.

As razões para esse fenômeno de falha são principalmente que os contatos positivo e negativo no circuito DC não estão conectados, mas simultaneamente aterrados, formando um circuito de controle de fechamento, causando uma falha de fechamento; a resistência da bobina do contato de fechamento é pequena, reduzindo a tensão de partida, causando um pulso momentâneo no sistema DC e formando uma falha de fechamento; e o dano do suporte do travamento de abertura também pode causar a falha falsa de fechamento do disjuntor SF₆.

2 Métodos de Tratamento para Falhas de Disjuntores SF₆
2.1 Método de Tratamento para Falha de Pressão Insuficiente de Gás SF₆

Uma vez que a falha de pressão insuficiente de gás SF₆ ocorre, o pessoal de manutenção deve primeiro registrar regularmente o valor do manômetro do disjuntor SF₆ e convertê-lo no valor de pressão na temperatura padrão para determinar se a pressão de gás no disjuntor SF₆ é normal. Se a pressão continuar a diminuir, é diagnosticada uma fuga de gás no disjuntor SF₆.

Após carregar o disjuntor SF₆ até a pressão nominal, observe a mudança do manômetro. Use um detector de vazamento de SF₆ para verificar todas as partes do disjuntor SF₆, incluindo partes de conexão, anéis de vedação de borracha e a posição da junção do manômetro. De acordo com a situação real, água com sabão pode ser aplicada nas partes suspeitas de vazamento para determinar a localização do vazamento.

Durante o tratamento de vazamento, realize soldagem de reparo nas partes de vazamento. Substitua as partes com vazamento e danificadas de acordo com o uso de cada parte. Na prática, uma vez que a falha do relé de densidade também pode causar o sistema a emitir um alarme de baixa pressão, o pessoal de manutenção pode verificar ainda mais o relé de densidade, especialmente para as partes de luz indicadora e interruptor, para excluir a situação de aderência ou curto-circuito do interruptor, e substitua o relé danificado imediatamente para eliminar a falha.

2.2 Método de Tratamento para Falha do Disjuntor SF₆ em Fechar ou Abrir

No caso de falha do disjuntor SF₆ em fechar ou abrir, a falha deve ser eliminada de acordo com a causa específica da falha.

Para a falha do disjuntor SF₆ em fechar ou abrir causada pela falha do sistema de armazenamento de energia de mola, o pessoal de manutenção deve verificar a operação do interruptor auxiliar e do motor de armazenamento de energia do sistema de armazenamento de energia de mola, e substituir os componentes com marcas de queima na superfície externa imediatamente. Se a aparência for normal, remova os fios do motor e teste se a resistência do motor de armazenamento de energia e do interruptor auxiliar podem funcionar normalmente. Se o armazenamento de energia for normal após o fechamento e o motor continuar funcionando, é determinado que o interruptor auxiliar de armazenamento de energia não pode desconectar o circuito a tempo devido a razões como aderência por umidade ou queima de contato, causando a falha do disjuntor SF₆. O pessoal de manutenção deve desconectar manualmente o interruptor de energia de armazenamento para evitar que os componentes sejam queimados devido à operação prolongada do motor, substituir o interruptor auxiliar, verificar se todo o equipamento é afetado por umidade ou infiltração de água, e tomar medidas antiumidade e antifiltração imediatamente para prevenir a recorrência da falha do disjuntor SF₆.

Para a falha do disjuntor SF₆ em fechar ou abrir causada pelo bloqueio do circuito de controle, o pessoal de manutenção deve primeiro verificar o estado de funcionamento das bobinas de abertura e fechamento do disjuntor, verificar se os fios de controle estão quebrados, e excluir a soltura ou desconexão dos terminais de fiação e nós do interruptor auxiliar. Primeiro, o pessoal de manutenção deve verificar se as bobinas de abertura e fechamento estão superaquecidas ou queimadas, e substituir as bobinas de abertura e fechamento danificadas imediatamente. Em segundo lugar, de acordo com o diagrama de fiação do disjuntor SF₆, use um multímetro para verificar a conectividade do circuito do disjuntor, e exclua imediatamente a situação de fios quebrados ou conexões soltas para garantir que o circuito de bloqueio esteja normal. Uma vez que ocorra uma anomalia, o ponto de falha pode ser determinado imediatamente e a falha pode ser eliminada.

Para a falha do disjuntor SF₆ em fechar ou abrir causada por falha de acoplamento mecânico, o pessoal de manutenção deve parar de usar o disjuntor SF₆ e reportar a falha mecânica ao líder superior. Geralmente, as falhas mecânicas incluem problemas como travamento do mecanismo, trava de abertura solta e desprendimento da haste de transmissão. O pessoal de manutenção deve desmontar os componentes com falha mecânica, restaurar os componentes mecânicos originais às suas posições originais de acordo com o manual de instruções do fabricante, substituir os componentes mecânicos danificados, limpar a poeira nos componentes, adicionar óleo lubrificante apropriado e eliminar o problema de travamento do mecanismo para atingir a eliminação da falha.

2.3 Método de Tratamento para Falha Falsa de Abertura do Disjuntor SF₆

Para a falha falsa de abertura causada por operação errada ou toque acidental, o pessoal de manutenção deve primeiro verificar o sinal de exibição do disjuntor SF₆, excluir a falha do interruptor e reiniciar o disjuntor SF₆ para fornecimento de energia. Para a falha falsa de abertura causada por falhas elétricas, o pessoal de manutenção deve primeiro verificar o sinal e o valor de configuração do disjuntor SF₆, encontrar o ponto de falha, analisar a causa da falha e eliminar e reparar os componentes com falha imediatamente. Para os componentes afetados por umidade devido a vedação inadequada, substitua os componentes de vedação e instale um dispositivo de aquecimento para antiumidade e desumidificação para eliminar o problema de falha. Para a falha falsa de abertura causada por falhas mecânicas, o pessoal de manutenção deve desmontar a parte mecânica, reajustar a posição do parafuso de posicionamento, substituir ou reparar o suporte de fechamento, eliminar a falha falsa de abertura, e, assim, garantir o funcionamento normal do disjuntor SF₆.

2.4 Método de Tratamento para Falha Falsa de Fechamento do Disjuntor SF₆

No tratamento da falha falsa de fechamento do disjuntor SF₆, o pessoal de manutenção deve esclarecer a causa principal da falha falsa de fechamento do disjuntor SF₆ e adotar métodos de tratamento direcionados para eliminar a falha. O pessoal de manutenção deve verificar regularmente a situação de antiumidade de cada componente do disjuntor SF₆. Se o fechamento for causado pelo aterramento simultâneo dos contatos positivo e negativo no circuito DC e for determinado que foi causado pela umidade do circuito secundário, um dispositivo de antiumidade e desumidificação pode ser instalado nas partes afetadas por umidade, e os orifícios de infiltração de água podem ser bloqueados imediatamente para eliminar a falha. Ao mesmo tempo, o pessoal de manutenção deve verificar todos os circuitos secundários, substituir os componentes defeituosos ou danificados imediatamente e eliminar a falha. Além disso, o pessoal de manutenção deve verificar o componente de trava de abertura, substituir o componente de trava de abertura danificado e eliminar a falha.

3 Análise de Caso
3.1 Fenômeno da Falha

Um disjuntor SF₆ do tipo LW15 - 252 foi colocado em operação desde 2007. Após o disjuntor saltar, a trava ainda estava em uma posição excessiva, havia um espaçamento anormal de cerca de 10 mm entre a trava e o gatilho de fechamento, com contato anormal. No entanto, após a fornecimento de energia de pulso de fechamento, a bobina e o gatilho funcionaram normalmente, mas a trava ainda não podia ser liberada para fechamento. Após a liberação manual da trava, o disjuntor ainda não podia fechar.

3.2 Análise da Falha

Através da análise dos registros de dados de operação deste disjuntor, foi constatado que o disjuntor interrompeu a corrente 132 vezes durante a operação. Quando a corrente é interrompida, grande quantidade de calor é gerada, e o arco de alta temperatura promove a acumulação de substâncias de reação química. Especialmente para a interrupção de grandes correntes, forma-se um efeito catalítico, acelerando a reação química das substâncias internas e aumentando uma grande quantidade de poeira.

Portanto, o diagnóstico inicial desta falha do disjuntor é que os produtos de decomposição do arco causados pela interrupção da corrente reagem quimicamente com a graxa de silicone no ambiente selado, formando uma grande quantidade de substâncias como SiF₄ e Si(CH₃)₂F₂. As substâncias solidificadas permanecem na barra de vedação de freio, impedindo a transmissão da barra de vedação de freio, resultando em um fenômeno de travamento e causando a falha de fechamento do disjuntor SF₆.

3.3 Eliminação da Falha

O pessoal de manutenção desmontou o corpo do disjuntor com falha. Na inspeção externa, foi constatado que a barra de vedação de freio estava visivelmente suja, havia grande quantidade de graxa de silicone no anel de vedação no sistema de vedação de freio, aderindo à superfície da barra de vedação de freio, aumentando o atrito entre a barra de vedação de freio e o anel de vedação durante o processo de transmissão, resultando na incapacidade da barra de vedação de freio de transmitir normalmente e causando travamento. A substituição dos componentes do sistema de freio não poderia resolver fundamentalmente o problema de falha, o que apenas tratava os sintomas, mas não a causa raiz.

Na inspeção interna, o corpo do disjuntor foi desmontado, e foi encontrado uma grande quantidade de pó cinza-branco aderindo à parede interna do bocal de cerâmica da câmara de extinção de arco, à barra de vedação de freio e à haste de isolamento. Esses pós são principalmente substâncias solidificadas como SiF₄ e Si(CH₃)₂F₂ formadas sob o arco de alta temperatura. Uma vez acumuladas em certa medida, podem causar acidentes de quebra de isolamento.

4 Conclusão

Em resumo, durante a gestão diária, os administradores devem estar familiarizados com as falhas comuns dos disjuntores SF₆ e desenvolver soluções práticas. Uma vez que uma falha ocorra, o ponto de falha deve ser identificado prontamente e a falha eliminada, removendo riscos potenciais, reduzindo o tempo de interrupção de energia, prevenindo a ocorrência de disparos fora de sequência e, assim, melhorando a segurança e estabilidade do fornecimento de energia nas subestações.

Portanto, além de substituir os componentes do sistema de freio, o pessoal de manutenção também precisa substituir os componentes de vedação e de extinção de arco, limpar a poeira na câmara de extinção de arco. Após a eliminação da falha, o disjuntor foi reiniciado e operou normalmente.