تحلیل و بهبود سوختن سیم پیچ بستن ناشی از خطا در ذخیره انرژی دیسیلوکتور بالدار SF6
بریکرهای سیال SF₆ با فشار بالا دستگاه‌های الکتریکی خارج از ساختمان با ولتاژ بالا و فرکانس 50Hz در سه فاز هستند. آنها از ساختار کامرسیون خودپرداز برای خاموش کردن قوس الکتریکی استفاده می‌کنند و با مکانیسم‌های عملکردی فنری تجهیز شده‌اند. این بریکرهای مزبور دارای ساختار ساده، عملکرد راحت و ایمنی و قابلیت اطمینان بالا هستند. بنابراین، به طور گسترده‌ای برای کنترل و حفاظت خطوط انتقال و توزیع برق استفاده می‌شوند و همچنین می‌توانند به عنوان بریکرهای اتصالی عمل کنند.
در سیستم 110kV یک زیرстанسیون معین، از این نوع بریکر استفاده می‌شود. با افزایش سال‌های عملکرد، نقص‌های موجود در مدار ثانویه تدریجاً آشکار می‌شوند. به ویژه، خرابی‌هایی که در آن پیچک بستن به دلیل مشکلات در مدار انرژی‌پذیری سوخته می‌شود، به طور مکرر رخ می‌دهند. این مقاله با توجه به یک خرابی خاص که در طول عملکرد این نوع بریکر رخ داده است، تحلیلی انجام می‌دهد و تدابیر بهبود متناسب را پیشنهاد می‌کند.
1 پدیده خرابی
بریکر SF₆ 110kV در یک زیرستانسیون 220kV از مکانیسم عملکردی فنری به عنوان دستگاه انرژی‌پذیری استفاده می‌کند. وقتی بریکر در وضعیت باز است و مدار بستن الکتریکی نشان‌دهنده عملکرد عادی است، کارکنان سیگنال عملیات بستن را ارسال می‌کنند. با این حال، بریکر نه تنها بسته نمی‌شود بلکه پیچک بستن آن نیز سوخته می‌شود. چرا این خرابی خاص در شرایطی که تمام شرایط بستن برقرار است، رخ می‌دهد؟ برای جلوگیری از تکرار مشابه این خرابی‌ها، تحقیق و تحلیل جدی لازم است.
2 تحلیل خرابی
در مدار کنترل بستن این نوع بریکر، YF کلید تبدیل "محلی/دور" (مانند شکل 1) است. وقتی بستن دور مورد نیاز است، قطب مثبت منبع تغذیه عملیاتی از طریق C7→ تماس‌های 3-4 YF→ تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله کمکی ضد سقوط 52Y→ تماس‌های معمولاً بسته 21-22 رله انرژی‌پذیری فنر 99CN→ تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله 49MX→ تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله مانیتور وضعیت فنر بستن 33HBX→ تماس‌های کمکی معمولاً بسته 1-2 و 5-6 بریکر→ پیچک بستن 52C→ تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله قفل ولتاژ پایین SF₆ 63GLX→ قطب منفی منبع تغذیه کنترل عملیاتی می‌گذرد. وقتی ولتاژ منبع تغذیه به پیچک بستن 52C اعمال می‌شود، الکترومغناطیس عمل می‌کند تا بریکر را ببندد.
با توجه به تحلیل مدار فوق، برای تغذیه پیچک بستن 52C، چهار شرط زیر باید برقرار باشد:
پیچک‌های 52Y، 49MX و 33HBX تغذیه نمی‌شوند و تماس‌های معمولاً بسته 31-32 آنها در مدار کنترل بستن متصل می‌شوند؛
پیچک 99CN تغذیه نمی‌شود و تماس‌های معمولاً بسته 21-22 آن به مدار کنترل بستن متصل می‌شوند؛
52B در وضعیت باز است و تماس‌های کمکی معمولاً بسته 1-2 و 5-6 آن به مدار کنترل بستن متصل می‌شوند؛
تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله SF₆ 63GLX بسته هستند و مدار کنترل بستن متصل می‌شود.
از طریق تحلیل مشخص می‌شود که وقتی تمام شرایط فوق برقرار هستند، ولتاژ کنترلی به پیچک اعمال می‌شود که منجر به سوختن پیچک بستن می‌شود. وقتی ابتدا چیسی را بررسی می‌کنند، مشاهده می‌شود که نمایانگر فشار گاز SF₆ نشان‌دهنده عملکرد عادی است، در حالی که نشان‌دهنده مکانیکی فنر بستن نشان می‌دهد که انرژی ذخیره نشده است. چرا مدار بستن در صورت عدم انرژی ذخیره‌شده می‌تواند رسانا باشد؟ بنابراین، نیاز به بررسی بیشتر مدار انرژی‌پذیری فنر بستن وجود دارد.
همانطور که از مدار انرژی‌پذیری موتور در شکل 1 مشخص است، وقتی فنر بستن این بریکر تغذیه نمی‌شود، تماس معمولاً بسته C-NC سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB که در پشت مکانیسم بریکر نصب شده است، رله‌های 99CN و 33HBX را همزمان کنترل می‌کند و قطب مثبت منبع تغذیه کنترل DC را متصل می‌کند:
رله انرژی‌پذیری فنر 99CN تغذیه می‌شود و عمل می‌کند و منبع تغذیه آن مدار موتور را متصل می‌کند و فنر بستن الکتریکی برای انرژی‌پذیری تغذیه می‌شود؛ در همان زمان، تماس‌های معمولاً بسته 21-22 99CN در مدار کنترل بستن قطع می‌شوند تا از بستن تصادفی بریکر در طول فرآیند انرژی‌پذیری فنر جلوگیری شود.
وقتی پیچک رله کمکی مانیتور وضعیت فنر بستن 33HBX تغذیه می‌شود، تماس‌های معمولاً بسته 31-32 33HBX متصل به مدار کنترل بستن قطع می‌شوند. این امر اطمینان می‌دهد که در طول فرآیند انرژی‌پذیری فنر، مدار ثانویه بستن بریکر در وضعیت باز قرار دارد و تابع قفل دوگانه مطمئن با تماس‌های معمولاً بسته 21-22 99CN است.
وقتی انرژی‌پذیری فنر به موقع می‌رسد، اجزای مکانیکی مکانیسم انرژی‌پذیری تماس معمولاً بسته C-NC سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB را قطع می‌کنند. پیچک‌های 99CN و 33HBX تغذیه را از دست می‌دهند و انرژی‌پذیری پایان می‌یابد. تماس‌های معمولاً بسته 21-22 99CN و تماس‌های معمولاً بسته 31-32 33HBX مدار کنترل بستن را متصل می‌کنند. از تابع تماس‌ها در نمودار مداری اجزا، فقط وقتی رله‌های 99CN و 33HBX در حالت تغذیه و فعالیت قرار دارند، می‌توان مدار بستن را قفل کرد. بنابراین، بر اساس تحلیل فوق، تشخیص داده می‌شود که خرابی تماس معمولاً بسته C-NC سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB ممکن است علت عدم توانایی موتور برای انرژی‌پذیری باشد.
کارکنان نگهداری پلاک پشتی مکانیسم بریکر را در محل باز کردند و سوئیچ حد انرژی‌پذیری را خارج کردند. پس از بررسی و اندازه‌گیری، مشخص شد که تماس‌های داخلی سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB در طول فرآیند انرژی‌پذیری خراب شده‌اند و منبع تغذیه از طریق تماس معمولاً بسته C-NC نمی‌تواند عبور کند. در نتیجه، پیچک‌های 99CN و 33HBX تغذیه نمی‌شوند. کنتاکتور 99CN عمل نمی‌کند و منبع تغذیه به موتور انرژی‌پذیری متصل نمی‌شود. در عین حال، تماس‌های معمولاً بسته 21-22 99CN و تماس‌های معمولاً بسته 31-32 33HBX برای مدت طولانی به مدار بستن متصل می‌شوند. چون مکانیسم فنر بریکر تغذیه نشده است و مدار ثانویه بستن رسانا است، نه تنها بریکر نمی‌تواند به طور عادی بسته شود بلکه پیچک بستن نیز سوخته می‌شود.
3 درمان و اصلاح
فقط جایگزینی سوئیچ حد انرژی‌پذیری نمی‌تواند به طور اساسی خرابی خاص مورد بحث در این مقاله را حل کند. به دلیل طراحی غیر منطقی و مکانیسم قفل‌زنی ناقص، یک بار که سوئیچ حد انرژی‌پذیری خراب شود، منجر به خرابی در مدار بستن خواهد شد. بنابراین، تغییرات زیر در مدارهای انرژی‌پذیری و کنترل بستن انجام می‌شود:
(1) سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB شامل یک جفت تماس معمولاً بسته و یک جفت تماس معمولاً باز است که دو جفت تماس مکانیکی با یکدیگر قفل‌زنی می‌شوند. با توجه به ویژگی‌های سوئیچ سفر، تغییرات زیر انجام می‌شود: تماس معمولاً بسته C-NC 33HB به پیچک 99CN متصل می‌شود، مانند شکل 2. این تغییر عملکرد مدار بستن بریکر را که در طول فرآیند انرژی‌پذیری قطع می‌شود و نمی‌تواند بسته شود، حفظ می‌کند. تماس معمولاً باز O-NO 33HB به پیچک 33HBX متصل می‌شود. بعد از اینکه انرژی‌پذیری فنر به موقع می‌رسد، تماس معمولاً باز O-NO 33HB بسته می‌شود و پیچک 33HBX متصل می‌شود. در همان زمان، تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله 33HBX متصل به مدار کنترل بستن حذف می‌شوند و با تماس‌های معمولاً باز 43-44 33HBX جایگزین می‌شوند. این تغییر از یک جفت تماس کنترل دو رله به هر جفت تماس کنترل یک رله تغییر می‌کند. این امر اطمینان می‌دهد که مدار کنترل بستن در طول فرآیندهای غیر انرژی‌پذیری و انرژی‌پذیری رسانا نمی‌شود. فقط بعد از اینکه انرژی‌پذیری فنر به موقع می‌رسد و پیچک 33HBX تغذیه می‌شود و تماس‌های معمولاً باز 43-44 بسته می‌شوند، مدار کنترل بستن متصل می‌شود. در عین حال، این تغییر نیز بار مداوم روی سوئیچ حد انرژی‌پذیری را کاهش می‌دهد و عمر آن را افزایش می‌دهد.
(2) اضافه کردن یک رله زمانی T. تماس‌های معمولاً بسته 31-32 رله 33HBX به طور سری با پیچک رله زمانی متصل می‌شوند و محدوده زمان عملیات رله زمانی به 15 ثانیه تنظیم می‌شود که کمی بیشتر از زمان انرژی‌پذیری فنر بریکر است. افزودن رله زمانی می‌تواند به این امر بینجامد: در طول 15 ثانیه که فنر تغذیه نشده است و در طول فرآیند انرژی‌پذیری، پیچک 33HBX تغذیه نمی‌شود، تماس‌های معمولاً بسته 31-32 بسته هستند و رله زمانی سیگنالی بدون انرژی‌پذیری ارسال می‌کند. بعد از اینکه انرژی‌پذیری فنر به موقع می‌رسد، 33HBX تغذیه می‌شود و عمل می‌کند، تماس‌های معمولاً بسته 31-32 قطع می‌شوند و رله زمانی دیگر سیگنال بدون انرژی‌پذیری ارسال نمی‌کند و نشان می‌دهد که انرژی‌پذیری موفقیت‌آمیز بوده است.
4 نتیجه‌گیری
این مقاله به اصلاح نقص‌های موجود در مدار کنترل بریکر SF₆ 110kV می‌پردازد. تماس معمولاً باز سوئیچ حد انرژی‌پذیری به طور سری به مدار کنترل موتور 99CN متصل می‌شود و تماس معمولاً بسته رله 33HBX متصل به مدار کنترل بستن با تماس معمولاً باز جایگزین می‌شود. این امر اطمینان می‌دهد که فقط وقتی اجزای مکانیکی سوئیچ حد انرژی‌پذیری 33HB را فشار می‌دهند، یعنی بعد از اینکه انرژی‌پذیری فنر به موقع می‌رسد و رله 33HBX عمل می‌کند، مدار کنترل بستن متصل می‌شود.
همچنین، افزودن یک رله زمانی تابع هشدار دهنده سیگنال انرژی‌پذیری را فراهم می‌کند. مدار کنترل بستن بریکر اصلاح شده نه تنها دارای مدار رسانای ساده و قابل اعتماد است بلکه به کارکنان کمک می‌کند تا به سرعت تشخیص دهند که آیا انرژی‌پذیری رخ داده است یا خیر و به طور موثر از خرابی پیچک بستن به دلیل عدم انرژی‌پذیری جلوگیری می‌کند. پس از اصلاح و راه‌اندازی، تمامی شاخص‌های مدار ثانویه این نوع بریکر به طور عادی عمل می‌کنند، تست‌های پارامتری صحیح هستند و هیچ خرابی ناهماهنگی در عملیات باز و بستن رخ نمی‌دهد.
