Analýza a zlepšení vypalování uzavírací cívky způsobeného chybou v akumulaci energie vysokonapěťového SF6 obvodu IEE-Business

Vysokonapěťové obvody SF₆ jsou třífázová elektrická zařízení pro venkovní použití s napětím 50 Hz. Používají samonabíjecí strukturou zhasínací komoru a jsou vybaveny pružinovým pohonným mechanismem. Tyto spínače se vyznačují jednoduchou konstrukcí, snadnou obsluhou a vysokou bezpečností a spolehlivostí. Proto jsou široce používány pro řízení a ochranu přenosových a distribučních linek a mohou sloužit také jako propojovací spínače.

Systém 110 kV některého transformátoru používá tento typ spínače. S rostoucím počtem let provozu se však postupně projevují nedostatky sekundárního obvodu. Zejména často dochází k poruchám, kdy je uzavírací cívka shořelá kvůli problémům v obvodu energie. Tento článek analyzuje specifickou poruchu, která se vyskytla během provozu tohoto typu spínače, a navrhuje odpovídající zlepšení.

1 Příznaky poruchy

110 kV SF₆ spínač v 220 kV transformátoru používá pružinový pohonný mechanismus jako zdroj energie. Když je spínač v otevřeném stavu a elektřina v uzavíracím obvodu ukazuje normální hodnoty, provozní personál odesílá signál k uzavření. Spínač však nejen že neuzavře, ale jeho uzavírací cívka shoří. Proč se tato specifická porucha vyskytuje, i když jsou splněny všechny podmínky pro uzavření? Aby se zabránilo opakování podobných poruch, musí být provedena důkladná analýza a výzkum.

2 Analýza poruchy

V obvodu řízení uzavírání tohoto typu spínače je YF přepínač "lokální/dálkový" (viz obrázek 1). Při potřebě dálkového uzavření kladná kolejnice zdroje napájení prochází C7→YF kontakty 3 - 4→normálně uzavřené kontakty 31 - 32 pomocného relé 52Y→normálně uzavřené kontakty 21 - 22 relé 99CN pro energii pružiny→normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 49MX→normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HBX pro kontrolu stavu pružiny→normálně uzavřené pomocné kontakty 1 - 2 a 5 - 6 spínače→uzavírací cívka 52C→normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 63GLX pro nízké napětí SF₆→záporná kolejnice zdroje napájení. Když je na uzavírací cívku 52C aplikováno napětí, elektromagnet působí k uzavření spínače.

Na základě výše uvedené analýzy obvodu, aby bylo možné nabít uzavírací cívku 52C, musí být splněny následující čtyři podmínky:

•  Cívky 52Y, 49MX a 33HBX nejsou nabité a jejich normálně uzavřené kontakty 31 - 32 jsou zapojeny do obvodu řízení uzavírání;

• Cívka 99CN není nabita a její normálně uzavřené kontakty 21 - 22 jsou zapojeny do obvodu řízení uzavírání;

• 52B je v otevřeném stavu a jeho normálně uzavřené pomocné kontakty 1 - 2 a 5 - 6 jsou zapojeny do obvodu řízení uzavírání;

• Normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 63GLX pro SF₆ jsou uzavřeny, což zapojuje obvod řízení uzavírání.

Z analýzy lze vidět, že když jsou splněny všechny výše uvedené podmínky, může být na cívku aplikováno řídicí napětí, což vede k shoření uzavírací cívky. Při počátečním prohlídku skříně bylo zjištěno, že ukazatel tlaku SF₆ ukazuje normální hodnoty, zatímco mechanická indikace pružiny ukazuje, že není energie uložena. Proč může být uzavírací obvod provozuschopný, když není žádná energie uložena? Proto je třeba provést další prohlídku obvodu energie pružiny.

Jak lze vidět z obvodu energie motoru na obrázku 1, když pružina spínače není nabita, normálně uzavřený kontakt C - NC limitního spínače 33HB nainstalovaného na zadní straně mechanismu spínače současně ovládá relé 99CN a 33HBX, což spojuje kladnou kolejnici zdroje DC napájení:

• Relé 99CN pro energii pružiny je nabito a funguje, jeho zdroj napájení zapojuje obvod motoru a pružina je elektricky nabíjena pro uložení energie; současně jsou v obvodu řízení uzavírání odpojeny normálně uzavřené kontakty 21 - 22 relé 99CN, aby se zabránilo náhodnému uzavření spínače během procesu energie pružiny.

• Když je cívka pomocného relé 33HBX pro kontrolu stavu pružiny nabita, jsou v obvodu řízení uzavírání odpojeny normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HBX. To zajišťuje, že během procesu energie pružiny je sekundární obvod uzavírání spínače v otevřeném stavu, což má spolehlivou dvojitou zamykací funkci s normálně uzavřenými kontakty 21 - 22 relé 99CN.

Když je energie pružiny uložena, mechanické části mechanismu energie odpojí normálně uzavřený kontakt C - NC limitního spínače 33HB. Relé 99CN a 33HBX ztrácí napájení a energie se ukládá. Normálně uzavřené kontakty 21 - 22 relé 99CN a normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HBX zapojují obvod řízení uzavírání. Z funkce kontaktů v schématu zapojení lze usoudit, že pouze když jsou relé 99CN a 33HBX nabita a aktivní, může být obvod uzavírání zamčen. Na základě výše uvedené analýzy lze usoudit, že selhání normálně uzavřeného kontaktu C - NC limitního spínače 33HB může být příčinou neschopnosti motoru ukládat energii.

Při servisní práci na místě byla otevřena zadní krytina mechanismu spínače a byl odstraněn limitní spínač. Po prohlídce a měření bylo zjištěno, že vnitřní kontakty limitního spínače 33HB byly poškozeny během procesu energie, což bránilo průchodu napájení jeho normálně uzavřeným kontaktem C - NC. V důsledku toho nemohly cívky 99CN a 33HBX dostat napájení. Kontaktor 99CN nefungoval a napájení nemohlo být připojeno k motoru energie. Současně byly normálně uzavřené kontakty 21 - 22 relé 99CN a normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HB dlouhodobě zapojeny do obvodu uzavírání. Protože mechanismus pružiny spínače nebyl nabity a sekundární obvod uzavírání byl provozuschopný, spínač nejen že nemohl být správně uzavřen, ale uzavírací cívka byla také shořela.

3 Ošetření a úpravy

Jenom výměna limitního spínače energie nelze zásadně vyřešit specifickou poruchu popsávanou v tomto článku. Kvůli nevhodnému návrhu a neúplnému interlockovému mechanismu, pokud je limitní spínač energie poškozen, dojde k selhání obvodu uzavírání. Proto byly provedeny následující úpravy obvodu energie a řízení uzavírání:
(1) Limitní spínač 33HB se skládá z páru normálně uzavřených kontaktů a páru normálně otevřených kontaktů, přičemž oba páry kontaktů jsou mechanicky interlockovány. V souladu s charakteristikami cestového spínače byly provedeny následující úpravy: Připojte normálně uzavřený kontakt C - NC 33HB k cívce 99CN, jak je znázorněno na obrázku 2. Tato úprava zachovává funkci, že obvod uzavírání spínače je odpojen a nemůže být uzavřen během procesu energie. Připojte normálně otevřený kontakt O - NO 33HB k cívce 33HBX. Po dosažení energie pružiny se normálně otevřený kontakt O - NO 33HB uzavře a připojí cívku 33HBX. Současně odstraňte normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HBX zapojené do obvodu řízení uzavírání a nahraďte je normálně otevřenými kontakty 43 - 44 33HBX. Tato úprava změní z jedné dvojice kontaktů ovládajících dvě relé na každou dvojici kontaktů ovládající jedno relé. To zajišťuje, že obvod řízení uzavírání nemůže být provozuschopný během procesu bez energie a energie. Teprve po dosažení energie pružiny, když je cívka 33HBX nabita a normálně otevřené kontakty 43 - 44 se uzavřou, může být obvod řízení uzavírání zapojen. Současně to také snižuje dlouhodobé zatěžování limitního spínače energie a prodlužuje jeho životnost.
(2) Přidejte časové relé T. Připojte normálně uzavřené kontakty 31 - 32 relé 33HBX v sérii s cívkou časového relé a nastavte časovou lhůtu časového relé na 15 s, což je mírně delší než čas energie pružiny spínače. Přidání časového relé umožňuje následující: Během 15 s, kdy pružina není nabita a během procesu energie, cívka 33HBX není nabita, normálně uzavřené kontakty 31 - 32 jsou uzavřeny a časové relé vysílá signál o absenci energie. Po dosažení energie pružiny je 33HBX nabito a funguje, normálně uzavřené kontakty 31 - 32 jsou odpojeny a časové relé přestane vysílat signál o absenci energie, což naznačuje, že energie byla úspěšně uložena.

4 Závěr

Tento článek se zaměřuje na úpravy nedostatků v obvodu řízení 110 kV SF₆ spínače. Normálně otevřený kontakt limitního spínače energie je připojen v sérii k obvodu řízení motoru 99CN a normálně uzavřený kontakt relé 33HBX zapojený v sérii do obvodu řízení uzavírání je nahrazen normálně otevřeným kontaktem. To zajišťuje, že pouze když jsou mechanické části stisknuté limitním spínačem 33HB, tedy po dosažení energie pružiny a operaci relé 33HBX, může být zapojen obvod řízení uzavírání.

Současně přidání časového relé poskytuje funkci vydávání signálu energie. Upravený obvod řízení uzavírání spínače má nejen jednoduché a spolehlivé zapojení, ale také pomáhá provozním osobám rychle určit, zda došlo k uložení energie, a efektivně prevence shoření cívky z důvodu absence energie. Po úpravách a zprovoznění všechny ukazatele sekundárního obvodu tohoto typu spínače fungují normálně, parametrické testy jsou správné a během operací otevírání a uzavírání nevznikly žádné neobvyklé poruchy.