Análisis y mejora del sobrecalentamiento del bobinado de cierre causado por la falla de almacenamiento de energía en el interruptor de circuito SF6 de alta tensión

Los interruptores de circuito SF₆ de alta tensión son equipos eléctricos de alta tensión al aire libre trifásicos de 50Hz. Adoptan una estructura de cámara de extinción de arco con energía propia y están equipados con mecanismos de operación de resorte. Estos interruptores se caracterizan por su estructura simple, operación conveniente y alta seguridad y confiabilidad. Por lo tanto, se utilizan ampliamente para el control y la protección de líneas de transmisión y distribución, y también pueden servir como interruptores de enlace.

El sistema de 110kV de cierta subestación emplea este tipo de interruptor de circuito. Sin embargo, a medida que aumentan los años de operación, las imperfecciones en el circuito secundario se hacen evidentes gradualmente. En particular, los fallos donde el bobinado de cierre se quema debido a problemas en el circuito de acumulación de energía ocurren con frecuencia. Este artículo toma un fallo especial que ocurrió durante la operación de este tipo de interruptor de circuito como ejemplo para realizar un análisis y proponer medidas de mejora correspondientes.

1 Fenómeno del fallo

El interruptor de circuito SF₆ de 110kV en una subestación de 220kV utiliza un mecanismo de operación de resorte como dispositivo de acumulación de energía. Cuando el interruptor está en estado abierto y el circuito eléctrico de cierre indica normalidad, el personal de operación envía una señal de operación de cierre. Sin embargo, el interruptor no solo no cierra, sino que también se quema el bobinado de cierre. ¿Por qué ocurre este fallo especial cuando se cumplen todas las condiciones de cierre? Para prevenir la recurrencia de fallos similares, se debe realizar una investigación y análisis serios.

2 Análisis del fallo

En el circuito de control de cierre de este tipo de interruptor, YF es el interruptor de transferencia "local/remoto" (como se muestra en la Figura 1). Cuando se requiere un cierre remoto, el polo positivo del suministro de energía de operación pasa a través de C7→contactos 3-4 de YF→contactos normalmente cerrados 31-32 del relé auxiliar antidesconexión 52Y→contactos normalmente cerrados 21-22 del relé de acumulación de energía de resorte 99CN→contactos normalmente cerrados 31-32 del relé 49MX→contactos normalmente cerrados 31-32 del relé de monitoreo de estado del resorte de cierre 33HBX→contactos auxiliares normalmente cerrados 1-2 y 5-6 del interruptor→bobinado de cierre 52C→contactos normalmente cerrados 31-32 del relé de bloqueo de baja tensión de gas SF₆ 63GLX→el polo negativo del suministro de energía de control de operación. Cuando se aplica el voltaje del suministro de energía al bobinado de cierre 52C, el electroimán actúa para cerrar el interruptor.

Basado en el análisis del circuito anterior, para que el bobinado de cierre 52C esté energizado, se deben cumplir las siguientes cuatro condiciones:

• Los bobinados de 52Y, 49MX y 33HBX no están energizados, y sus contactos normalmente cerrados 31-32 están conectados en el circuito de control de cierre;

• El bobinado de 99CN no está energizado, y sus contactos normalmente cerrados 21-22 están conectados al circuito de control de cierre;

• 52B está en posición abierta, y sus contactos auxiliares normalmente cerrados 1-2 y 5-6 están conectados al circuito de control de cierre;

• Los contactos normalmente cerrados 31-32 del relé de gas SF₆ 63GLX están cerrados, conectando el circuito de control de cierre.

A través del análisis, se puede ver que cuando se cumplen todas las condiciones anteriores, el voltaje de control puede aplicarse al bobinado, resultando en la quema del bobinado de cierre. Al inspeccionar inicialmente el chasis, se encuentra que el manómetro de presión de gas SF₆ indica normalidad, mientras que la indicación mecánica del resorte de cierre muestra sin almacenamiento de energía. ¿Por qué el circuito de cierre puede conducirse cuando no hay almacenamiento de energía? Por lo tanto, se requiere una inspección adicional del circuito de acumulación de energía del resorte de cierre.

Como se puede ver en el circuito de acumulación de energía del motor en la Figura 1, cuando el resorte de cierre de este interruptor no está energizado, el contacto normalmente cerrado C-NC del interruptor de límite de acumulación de energía 33HB instalado en la parte trasera del mecanismo del interruptor controla simultáneamente los relés 99CN y 33HBX, conectando el polo positivo del suministro de energía de control DC:

• El relé de acumulación de energía de resorte 99CN se energiza y opera, y su suministro de energía conecta el circuito del motor, y el resorte de cierre se energiza eléctricamente para la acumulación de energía; al mismo tiempo, los contactos normalmente cerrados 21-22 de 99CN se desconectan en el circuito de control de cierre, evitando que el interruptor se cierre accidentalmente durante el proceso de acumulación de energía del resorte.

• Cuando el bobinado del relé auxiliar de monitoreo de estado del resorte de cierre 33HBX se energiza, los contactos normalmente cerrados 31-32 de 33HBX conectados en el circuito de control de cierre se desconectan. Esto asegura que durante el proceso de acumulación de energía del resorte, el circuito secundario de cierre del interruptor esté en posición abierta, teniendo una función de doble bloqueo confiable con los contactos normalmente cerrados 21-22 de 99CN.

Cuando la acumulación de energía del resorte está en su lugar, los componentes mecánicos del mecanismo de acumulación de energía desconectan el contacto normalmente cerrado C-NC del interruptor de límite de acumulación de energía 33HB. Los bobinados de 99CN y 33HBX pierden potencia, y la acumulación de energía termina. Los contactos normalmente cerrados 21-22 de 99CN y los contactos normalmente cerrados 31-32 de 33HBX conectan el circuito de control de cierre. Según la función de los contactos en el diagrama de cableado de los componentes, solo cuando los relés 99CN y 33HBX están en estado energizado y activado, el circuito de cierre puede bloquearse. Por lo tanto, basado en el análisis anterior, se juzga que el fallo del contacto normalmente cerrado C-NC del interruptor de límite de acumulación de energía 33HB puede ser la causa de la incapacidad del motor para almacenar energía.

El personal de mantenimiento abrió la placa posterior del mecanismo del interruptor en el sitio y retiró el interruptor de límite de acumulación de energía. Después de la inspección y medición, se encontró que los contactos internos del interruptor de límite de acumulación de energía 33HB se dañaron durante el proceso de acumulación de energía, impidiendo que el suministro de energía pasara a través de su contacto normalmente cerrado C-NC. Como resultado, los bobinados de 99CN y 33HBX no pudieron recibir potencia. El contactor 99CN no operó, y el suministro de energía no pudo conectarse al motor de acumulación de energía. Mientras tanto, los contactos normalmente cerrados 21-22 de 99CN y los contactos normalmente cerrados 31-32 de 33HBX estuvieron conectados al circuito de cierre durante mucho tiempo. Dado que el mecanismo de resorte del interruptor no estaba energizado y el circuito secundario de cierre estaba conduciendo, no solo el interruptor no podía cerrar normalmente, sino que el bobinado de cierre también se quemaba.

3 Tratamiento y modificación

Simplemente reemplazar el interruptor de límite de acumulación de energía no puede resolver esencialmente el fallo especial descrito en este artículo. Debido al diseño poco razonable y el mecanismo de interbloqueo imperfecto, una vez que el interruptor de límite de acumulación de energía se daña, llevará a un fallo en el circuito de cierre. Por lo tanto, se realizan las siguientes modificaciones en los circuitos de acumulación de energía y control de cierre:
(1) El interruptor de límite de acumulación de energía 33HB consta de un par de contactos normalmente cerrados y un par de contactos normalmente abiertos, con ambos pares de contactos interbloqueados mecánicamente. Según las características del interruptor de viaje, se realizan las siguientes modificaciones: Conectar el contacto normalmente cerrado C-NC de 33HB al bobinado de 99CN, como se muestra en la Figura 2. Esta modificación mantiene la función de que el circuito de cierre del interruptor esté desconectado y no pueda cerrarse durante el proceso de acumulación de energía. Conectar el contacto normalmente abierto O-NO de 33HB al bobinado de 33HBX. Después de que la acumulación de energía del resorte esté en su lugar, el contacto normalmente abierto O-NO de 33HB se cierra para conectar el bobinado de 33HBX. Al mismo tiempo, eliminar los contactos normalmente cerrados 31-32 del relé 33HBX conectados en el circuito de control de cierre y reemplazarlos con los contactos normalmente abiertos 43-44 de 33HBX. La modificación anterior cambia de un par de contactos controlando dos relés a cada par de contactos controlando un relé. Esto asegura que el circuito de control de cierre no pueda conducirse durante los procesos de no acumulación de energía y acumulación de energía. Solo después de que la acumulación de energía del resorte esté en su lugar, cuando el bobinado de 33HBX esté energizado y los contactos normalmente abiertos 43-44 se cierren, el circuito de control de cierre puede conectarse. Al mismo tiempo, también reduce la carga a largo plazo en el interruptor de límite de acumulación de energía y prolonga su vida útil.
(2) Añadir un relé de tiempo T. Conectar los contactos normalmente cerrados 31-32 del relé 33HBX en serie con el bobinado del relé de tiempo, y configurar el límite de tiempo de operación del relé de tiempo a 15s, que es ligeramente más largo que el tiempo de acumulación de energía del resorte del interruptor. Añadir el relé de tiempo puede lograr lo siguiente: Durante los 15s en que el resorte no está energizado y durante el proceso de acumulación de energía, el bobinado de 33HBX no está energizado, los contactos normalmente cerrados 31-32 están cerrados, y el relé de tiempo envía una señal indicando sin acumulación de energía. Después de que la acumulación de energía del resorte esté en su lugar, 33HBX se energiza y opera, los contactos normalmente cerrados 31-32 se desconectan, y el relé de tiempo deja de enviar la señal de sin acumulación de energía, indicando que la acumulación de energía fue exitosa.

4 Conclusión

Este artículo se centra en modificar los defectos en el circuito de control de un interruptor de circuito SF₆ de 110kV. El contacto normalmente abierto del interruptor de límite de acumulación de energía se conecta en serie al circuito de control del motor de 99CN, y el contacto normalmente cerrado del relé 33HBX conectado en serie en el circuito de control de cierre se reemplaza con un contacto normalmente abierto. Esto asegura que solo cuando los componentes mecánicos presionen el interruptor de límite de acumulación de energía 33HB, es decir, después de que la acumulación de energía del resorte esté en su lugar y el relé 33HBX opere, el circuito de control de cierre puede conectarse.

Al mismo tiempo, la adición de un relé de tiempo proporciona una función de alarma para la señal de acumulación de energía. El circuito de control de cierre modificado del interruptor no solo tiene un cableado simple y confiable, sino que también ayuda al personal de operación a determinar rápidamente si ha ocurrido la acumulación de energía, previniendo eficazmente el fallo de la quema del bobinado causada por la falta de acumulación de energía. Después de la modificación y puesta en marcha, todos los indicadores del circuito secundario de este tipo de interruptor operan normalmente, las pruebas de parámetros son correctas, y no ocurren fallos anormales durante las operaciones de apertura y cierre.