Suljetuskytkimen sulkemiskyynärinteen ulotuksen aiheuttaman varausvirheen analyysi ja parannus High-voltage SF6 sulkeen yhteydessä

Korkean jännitteen SF₆-pistorasia on kolmifasedinen 50Hz ulkokäyttöinen sähkölaite. Se käyttää itseenergisen kaasulohdusvaimennuksen rakennetta ja on varustettu kevytjousimekanismilla. Nämä pistorasit ominaisuuksineen yksinkertaisella rakennella, helpolla käytöllä, sekä korkealla turvallisuudella ja luotettavuudella. Siksi niitä käytetään laajasti siirtolinjojen ja jakolinjojen ohjaamiseen ja suojaukseen, ja ne voivat myös toimia yhdistävinä pistoraseina.

Tietyn alijärjestyslaitoksen 110kV-järjestelmässä käytetään tätä tyypin pistorasiaa. Kuitenkin kun käyttövuodet kasvavat, toissijaisissa piireissä ilmenee puutteita. Erityisesti energianvarastointipiirin ongelmat aiheuttavat usein sulku-kympyjen palamista. Tässä artikkelissa tarkastellaan erityistä vikausta, joka tapahtui tämän tyypin pistorasin käytössä, ja esitetään analyysi sekä ehdotetaan vastaavia parannusmuutoksia.

1 Vikaustilanne

220kV-alijärjestyslaitoksen 110kV SF₆-pistorasi käyttää kevytjousimekanismia energianvarastoinnin laitteena. Kun pistorasi on auki-tilassa ja sulkupiiri osoittaa normaalin tilan, operoija lähettää sulkukomentosignaalin. Pistorasi ei kuitenkaan sulje, vaan sen sulkukympy palaa. Miksi tämä erityinen vikaus tapahtuu, vaikka kaikki sulkuehdot ovat täytetty? Vastaavanlaisen vikaustilan toistumisen estämiseksi on tehtävä vakava tutkimus ja analyysi.

2 Vikausanalyysi

Tämän tyypin pistorasin sulkupiirissä YF on "paikallinen/etä" siirtokytkin (nähdä kuva 1). Etäsuuntainen sulkeminen vaatiessa, toimintavoiman positiivipooli kulkee C7→YF-yhteyden pistettä 3 - 4→anti-trippaus-apurelen 52Y:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32→kevytjousien varastoapurelen 99CN:n normaalisti suljetut yhteystekijät 21 - 22→relaan 49MX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32→sulkukevyttilan valvonnan apurelen 33HBX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32→pistorasin normaalisti suljetut apuyhteystekijät 1 - 2 ja 5 - 6→sulkukympy 52C→SF₆-kaasun alijännitelukituksen relaan 63GLX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32→toimintavoiman negatiivipooli. Kun toimintavoiman jännite annetaan sulkukympyyn 52C, sähkömagneetti toimii suljettakseen pistorasin.

Edellä mainitun piirianalyysin perusteella sulkukympyn 52C aktivoimiseksi on täytettävä seuraavat neljä ehtoa:

•  52Y, 49MX ja 33HBX:n kympyt eivät ole aktivoituneet, ja niiden normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 on liitetty sulkupiiriin;

• 99CN:n kympy ei ole aktivoitunut, ja sen normaalisti suljetut yhteystekijät 21 - 22 on liitetty sulkupiiriin;

• 52B on avattuna, ja sen normaalisti suljetut apuyhteystekijät 1 - 2 ja 5 - 6 on liitetty sulkupiiriin;

• SF₆-kaasun relaan 63GLX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 ovat suljettuja, yhdistämällä sulkupiiri.

Analyysin perusteella nähdään, että kun kaikki edellä mainitut ehdot täyttyvät, ohjausjännite voidaan antaa kympylle, mikä johtaa sulkukympyn palamiseen. Kun kirjaston ulkopuolella aloitetaan ensimmäiset tarkastukset, huomataan, että SF₆-kaasun painelaskuri osoittaa normaalin arvon, kun taas sulkukevyttilan mekaaninen ilmaisin ei osoita energianvarastoa. Miksi sulkupiiri voidaan sulkea, kun energiaa ei ole varastoituna? Siksi on tarpeen tarkastella sulkukevyttilan energianvarastopiiriä tarkemmin.

Kuten nähdään moottorin energianvarastopiiristä kuvassa 1, kun tämän pistorasin sulkukevytti ei ole varastoinut energiaa, energianvarastorajoituskentän 33HB normaalisti suljettu yhteystekijä C - NC, joka on asennettu pistorasin mekanismin takana, ohjaa samaan aikaan 99CN- ja 33HBX-relaita, yhdistämällä DC-ohjausvoiman positiivipooli:

• Kevytjousien varastoapurelen 99CN kympy aktivoituu ja toimii, ja sen voima yhdistää moottoripiirin, ja sulkukevytti saa sähköisen energian varastoituaan; samalla 99CN:n normaalisti suljetut yhteystekijät 21 - 22 katkaisevat sulkupiirin, välttäen pistorasin väärästä sulkemisesta sulkukevyttilän energianvarastoprosessin aikana.

• Kun sulkukevyttilan tilan valvontarelen 33HBX:n kympy aktivoituu, 33HBX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32, jotka ovat yhdistetty sulkupiiriin, katkaisevat. Tämä varmistaa, että sulkukevyttilän energianvarastoprosessin aikana pistorasin toissijainen sulkupiiri on auki-asennossa, tarjoten luotettavan kaksoislukitusfunktion 99CN:n normaalisti suljetun yhteystekijän 21 - 22 kanssa.

Kun sulkukevyttilan energianvarasto on paikoillaan, energianvarastomekanismin mekaaniset osat katkaisevat energianvarastorajoituskentän 33HB:n normaalisti suljetun yhteystekijän C - NC. 99CN- ja 33HBX-relaiden kympyt menettävät voiman, ja energianvarasto päättyy. 99CN:n normaalisti suljetut yhteystekijät 21 - 22 ja 33HBX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 yhdistävät sulkupiiri. Komponenttiviivausdiagrammista nähdään, että vain silloin, kun 99CN- ja 33HBX-relaidit ovat aktivoituneet ja toimivat, sulkupiiri voidaan lukita. Siksi edellä mainitun analyysin perusteella voidaan todeta, että energianvarastorajoituskentän 33HB:n normaalisti suljetun yhteystekijän C - NC epäonnistuminen voi olla syy moottorin kyvyttömyyteen varastoida energiaa.

Huoltoyksikkö avasi pistorasin mekanismin takapaneelin paikan päällä ja poisti energianvarastorajoituskentän. Tarkastuksen ja mitatuksen jälkeen huomattiin, että energianvarastorajoituskentän 33HB sisäiset yhteystekijät olivat vaurioituneet energianvarastoprosessin aikana, estäen voiman kulkeutumisen sen normaalisti suljetun yhteystekijän C - NC kautta. Tämän seurauksena 99CN- ja 33HBX-relaiden kympyet eivät saaneet voimaa. 99CN-kontaktori ei toiminut, ja voima ei päässyt yhdistettyä energianvarastomoottoriin. Samalla 99CN:n normaalisti suljetut yhteystekijät 21 - 22 ja 33HBX:n normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 olivat pitkään yhdistetty sulkupiiriin. Koska pistorasin mekanismi ei ollut energianvarastoon, ja toissijainen sulkupiiri oli suljettu, pistorasi ei sulkenut normaalisti, mutta sulkukympy palasi.

3 Hoito ja muutos

Yksinkertainen energianvarastorajoituskentän vaihtaminen ei ratkaise tässä artikkelissa kuvattua erityistä vikausta. Epäasiallinen suunnittelu ja epätäydellinen lukitusmekanismi johtavat sulkupiirin epäonnistumiseen, jos energianvarastorajoituskenttä vaurioituu. Siksi tehdään seuraavat muutokset energianvarastoihin ja sulkupiiriin:
(1) Energianvarastorajoituskenttä 33HB koostuu yhdestä parista normaalisti suljettuja yhteystekijöitä ja yhdestä parista normaalisti avattuja yhteystekijöitä, joilla on mekaaninen lukitus. Matkapisteen ominaisuuksien mukaan tehdään seuraavat muutokset: Liitä 33HB:n normaalisti suljettu yhteystekijä C - NC 99CN:n kympyn, kuten kuvassa 2. Tämä muutos säilyttää pistorasin sulkupiirin katkeamisen ja sulkemisen mahdollisuuksien lopettamisen energianvarastoprosessin aikana. Liitä 33HB:n normaalisti avattu yhteystekijä O - NO 33HBX:n kympyn. Kun sulkukevyttilan energianvarasto on paikoillaan, 33HB:n normaalisti avattu yhteystekijä O - NO sulkeutuu yhdistäen 33HBX:n kympyn. Samalla poista 33HBX-relain normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32, jotka ovat yhdistetty sulkupiiriin, ja korvaa ne 33HBX:n normaalisti avatuilla yhteystekijöillä 43 - 44. Edellä mainitulla muutoksella siirrytään yhdestä parista yhteystekijöitä, joka ohjaa kaksi relaita, jokaiselle parille yhteystekijöitä, jotka ohjaavat yhden relain. Tämä varmistaa, että sulkupiiri ei voida sulkea energianvarastamattomissa tai energianvarastoprosesseissa. Vasta kun sulkukevyttilan energianvarasto on paikoillaan, ja 33HBX:n kympy on aktivoitunut, ja normaalisti avattu yhteystekijä 43 - 44 sulkeutuu, sulkupiiri voidaan sulkea. Samalla se myös vähentää pitkäaikaista rasitusta energianvarastorajoituskentälle ja pidentää sen käyttöikää.
(2) Lisää aikarelay T. Liitä 33HBX-relain normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 sarjaan aikarelayn kympyn kanssa, ja aseta aikarelayn toiminta-aikaraja 15s, mikä on hieman pidempi kuin pistorasin sulkukevyttilän energianvarastoaika. Aikarelayn lisääminen saavuttaa seuraavaa: 15s, jolloin sulkukevytti ei ole energianvarastoon, ja energianvarastoprosessin aikana 33HBX:n kympy ei ole aktivoitunut, normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 ovat suljettuja, ja aikarelay lähettää signaalin, joka osoittaa, että energiaa ei ole varastoituna. Kun sulkukevyttilän energianvarasto on paikoillaan, 33HBX aktivoituu ja toimii, normaalisti suljetut yhteystekijät 31 - 32 katkaisevat, ja aikarelay lopettaa signaalin lähettämisen, osoittaen, että energianvarasto on onnistunut.

4 Johtopäätös

Tässä artikkelissa keskitytään muuttamaan puutteita 110kV SF₆-pistorasin ohjauspiirissä. Energianvarastorajoituskentän normaalisti avattu yhteystekijä on liitetty sarjaan 99CN:n moottoripiiriin, ja 33HBX-relain normaalisti suljettu yhteystekijä, joka on liitetty sarjaan sulkupiiriin, on korvattu normaalisti avatuilla yhteystekijöillä. Tämä varmistaa, että vain kun mekaaniset komponentit painavat energianvarastorajoituskenttää 33HB, eli kun sulkukevyttilän energianvarasto on paikoillaan, ja 33HBX-relay toimii, sulkupiiri voidaan sulkea.

Samalla aikarelayn lisääminen tarjoaa hälytysfunktion energianvarastosignaalille. Muutettu pistorasin sulkupiiri ei ainoastaan ole yksinkertainen ja luotettava, vaan se auttaa myös operaattoreita nopeasti määrittämään, onko energiaa varastoituna, tehokkaasti estäen sulkukympyen palamista energianvaraston puutteen vuoksi. Muutosten jälkeen ja käyttöönoton jälkeen tämän tyypin pistorasin toissijaisen piirin kaikki mittarit toimivat normaalisti, parametrilaboratoriotestit ovat oikein, ja avaus- ja sulkutoiminnoissa ei ilmene epätyypillisiä vikaustoimintoja.