Analisi e miglioramento del sovraccarico della bobina di chiusura causato dal guasto dell'accumulatore di energia dell'interruttore SF6 ad alta tensione
I circuit breaker ad alta tensione SF₆ sono dispositivi elettrici all'aperto trifase a 50Hz. Adottano una struttura di camera di spegnimento ad autoenergia e sono dotati di meccanismi di azionamento a molla. Questi circuit breaker presentano una struttura semplice, un'operazione comoda e un'elevata sicurezza e affidabilità. Pertanto, sono ampiamente utilizzati per il controllo e la protezione delle linee di trasmissione e distribuzione e possono anche servire come circuit breaker di collegamento.
Il sistema 110kV di una certa sottostazione utilizza questo tipo di circuit breaker. Tuttavia, con l'aumento degli anni di operatività, i difetti nel circuito secondario vengono gradualmente alla luce. In particolare, si verificano frequentemente guasti in cui la bobina di chiusura si brucia a causa di problemi nel circuito di accumulo di energia. Questo articolo prende come esempio un particolare guasto verificatosi durante l'operazione di questo tipo di circuit breaker per condurre un'analisi e proporre misure di miglioramento corrispondenti.
1 Fenomeno del guasto
Il circuit breaker SF₆ 110kV in una sottostazione 220kV utilizza un meccanismo di azionamento a molla come dispositivo di accumulo di energia. Quando il circuit breaker è in stato aperto e il circuito elettrico di chiusura indica normalità, il personale di operazione invia un segnale di operazione di chiusura. Tuttavia, non solo il circuit breaker non riesce a chiudersi, ma la sua bobina di chiusura si brucia. Perché si verifica questo particolare guasto quando tutte le condizioni di chiusura sono soddisfatte? Per prevenire la ricorrenza di guasti simili, è necessario condurre una seria ricerca e analisi.
2 Analisi del guasto
Nel circuito di controllo di chiusura di questo tipo di circuit breaker, YF è l'interruttore di trasferimento "locale/rimoto" (come mostrato in Figura 1). Quando è richiesta la chiusura remota, il polo positivo dell'alimentazione di operazione passa attraverso C7→contatti 3-4 di YF→contatti normalmente chiusi 31-32 del relè ausiliario anti-salti 52Y→contatti normalmente chiusi 21-22 del relè di accumulo a molla 99CN→contatti normalmente chiusi 31-32 del relè 49MX→contatti normalmente chiusi 31-32 del relè di monitoraggio dello stato della molla di chiusura 33HBX→contatti ausiliari normalmente chiusi 1-2 e 5-6 del circuit breaker→bobina di chiusura 52C→contatti normalmente chiusi 31-32 del relè di blocco a bassa tensione SF₆ 63GLX→polo negativo dell'alimentazione di controllo di operazione. Quando la tensione dell'alimentazione viene applicata alla bobina di chiusura 52C, l'elettromagnete agisce per chiudere il circuit breaker.
Sulla base dell'analisi del circuito sopra, affinché la bobina di chiusura 52C sia alimentata, devono essere soddisfatte le seguenti quattro condizioni:
Le bobine di 52Y, 49MX e 33HBX non sono alimentate e i loro contatti normalmente chiusi 31-32 sono collegati nel circuito di controllo di chiusura;
La bobina di 99CN non è alimentata e i suoi contatti normalmente chiusi 21-22 sono collegati al circuito di controllo di chiusura;
52B è in posizione aperta e i suoi contatti ausiliari normalmente chiusi 1-2 e 5-6 sono collegati al circuito di controllo di chiusura;
I contatti normalmente chiusi 31-32 del relè a gas SF₆ 63GLX sono chiusi, collegando il circuito di controllo di chiusura.
Dall'analisi, si può vedere che quando tutte le condizioni sopra menzionate sono soddisfatte, la tensione di controllo può essere applicata alla bobina, risultando nella bruciatura della bobina di chiusura. Quando il telaio viene inizialmente ispezionato, si scopre che il manometro della pressione del gas SF₆ indica normalità, mentre l'indicazione meccanica della molla di chiusura mostra assenza di accumulo di energia. Perché il circuito di chiusura può essere condotto in assenza di accumulo di energia? Pertanto, è necessaria un'ulteriore ispezione del circuito di accumulo di energia della molla di chiusura.
Come si può vedere dal circuito di accumulo di energia del motore in Figura 1, quando la molla di chiusura di questo circuit breaker non è alimentata, il contatto normalmente chiuso C-NC dell'interruttore di fine corsa 33HB installato sul retro del meccanismo del circuit breaker controlla simultaneamente i relè 99CN e 33HBX, collegando il polo positivo dell'alimentazione di controllo continua:
Il relè di accumulo a molla 99CN è alimentato e opera, e la sua alimentazione collega il circuito del motore, e la molla di chiusura viene alimentata elettricamente per l'accumulo di energia; allo stesso tempo, i contatti normalmente chiusi 21-22 di 99CN sono disconnessi nel circuito di controllo di chiusura, evitando che il circuit breaker si chiuda accidentalmente durante il processo di accumulo di energia della molla.
Quando la bobina del relè ausiliario di monitoraggio dello stato della molla di chiusura 33HBX è alimentata, i contatti normalmente chiusi 31-32 di 33HBX collegati nel circuito di controllo di chiusura sono disconnessi. Ciò assicura che durante il processo di accumulo di energia della molla, il circuito secondario di chiusura del circuit breaker sia in posizione aperta, avendo una funzione di doppio blocco affidabile con i contatti normalmente chiusi 21-22 di 99CN.
Quando l'accumulo di energia della molla è completato, i componenti meccanici del meccanismo di accumulo scollegano il contatto normalmente chiuso C-NC dell'interruttore di fine corsa 33HB. Le bobine di 99CN e 33HBX perdono l'alimentazione e l'accumulo di energia termina. I contatti normalmente chiusi 21-22 di 99CN e i contatti normalmente chiusi 31-32 di 33HBX collegano il circuito di controllo di chiusura. Dalla funzione dei contatti nel diagramma di cablaggio, solo quando i relè 99CN e 33HBX sono in stato alimentato e attivato, il circuito di chiusura può essere bloccato. Pertanto, sulla base dell'analisi sopra, si giudica che il fallimento del contatto normalmente chiuso C-NC dell'interruttore di fine corsa 33HB possa essere la causa dell'impossibilità del motore di accumulare energia.
Il personale di manutenzione ha rimosso il pannello posteriore del meccanismo del circuit breaker sul posto e ha rimosso l'interruttore di fine corsa. Dopo l'ispezione e la misurazione, si è scoperto che i contatti interni dell'interruttore di fine corsa 33HB erano danneggiati durante il processo di accumulo di energia, impedendo all'alimentazione di passare attraverso il suo contatto normalmente chiuso C-NC. Di conseguenza, le bobine di 99CN e 33HBX non potevano ricevere alimentazione. Il contattatore 99CN non operava e l'alimentazione non poteva essere collegata al motore di accumulo. Nel frattempo, i contatti normalmente chiusi 21-22 di 99CN e i contatti normalmente chiusi 31-32 di 33HBX erano collegati al circuito di chiusura per un lungo periodo. Poiché il meccanismo a molla del circuit breaker non era alimentato e il circuito secondario di chiusura era condotto, non solo il circuit breaker non poteva chiudersi normalmente, ma la bobina di chiusura si sarebbe anche bruciata.
3 Trattamento e modifica
Sostituire semplicemente l'interruttore di fine corsa non può risolvere sostanzialmente il particolare guasto descritto in questo articolo. A causa della progettazione irrazionale e del meccanismo di interblocco imperfetto, una volta che l'interruttore di fine corsa è danneggiato, porterà a un guasto nel circuito di chiusura. Pertanto, le seguenti modifiche sono apportate ai circuiti di accumulo di energia e di controllo di chiusura:
(1) L'interruttore di fine corsa 33HB è composto da un paio di contatti normalmente chiusi e un paio di contatti normalmente aperti, con i due paia di contatti meccanicamente interbloccati. In base alle caratteristiche dell'interruttore di viaggio, sono apportate le seguenti modifiche: Collegare il contatto normalmente chiuso C-NC di 33HB alla bobina di 99CN, come mostrato in Figura 2. Questa modifica mantiene la funzione del circuito di chiusura del circuit breaker disconnesso e incapace di chiudersi durante il processo di accumulo di energia. Collegare il contatto normalmente aperto O-NO di 33HB alla bobina di 33HBX. Dopo che l'accumulo di energia della molla è completato, il contatto normalmente aperto O-NO di 33HB si chiude per collegare la bobina di 33HBX. Allo stesso tempo, rimuovere i contatti normalmente chiusi 31-32 del relè 33HBX collegati nel circuito di controllo di chiusura e sostituirli con i contatti normalmente aperti 43-44 di 33HBX. La modifica sopra citata cambia da un paio di contatti che controllano due relè a ciascun paio di contatti che controlla un relè. Ciò assicura che il circuito di controllo di chiusura non possa essere condotto durante i processi di non accumulo di energia e di accumulo di energia. Solo dopo che l'accumulo di energia della molla è completato, quando la bobina di 33HBX è alimentata e i contatti normalmente aperti 43-44 si chiudono, il circuito di controllo di chiusura può essere collegato. Allo stesso tempo, riduce anche il carico a lungo termine sull'interruttore di fine corsa e ne estende la durata.
(2) Aggiungere un relè temporizzato T. Collegare i contatti normalmente chiusi 31-32 del relè 33HBX in serie con la bobina del relè temporizzato, e impostare il limite di tempo di operazione del relè temporizzato a 15s, leggermente superiore al tempo di accumulo di energia della molla del circuit breaker. L'aggiunta del relè temporizzato può ottenere quanto segue: Durante i 15s in cui la molla non è alimentata e durante il processo di accumulo di energia, la bobina di 33HBX non è alimentata, i contatti normalmente chiusi 31-32 sono chiusi, e il relè temporizzato invia un segnale indicante l'assenza di accumulo di energia. Dopo che l'accumulo di energia della molla è completato, 33HBX è alimentato e opera, i contatti normalmente chiusi 31-32 si disconnettono, e il relè temporizzato smette di inviare il segnale di assenza di accumulo di energia, indicando che l'accumulo di energia è riuscito.
4 Conclusione
Questo articolo si concentra sulla modifica dei difetti nel circuito di controllo di un circuit breaker SF₆ 110kV. Il contatto normalmente aperto dell'interruttore di fine corsa è collegato in serie al circuito di controllo del motore di 99CN, e il contatto normalmente chiuso del relè 33HBX collegato in serie nel circuito di controllo di chiusura è sostituito con un contatto normalmente aperto. Ciò assicura che solo quando i componenti meccanici premono l'interruttore di fine corsa 33HB, cioè, dopo che l'accumulo di energia della molla è completato e il relè 33HBX opera, il circuito di controllo di chiusura può essere collegato.
Inoltre, l'aggiunta di un relè temporizzato fornisce una funzione di allarme per il segnale di accumulo di energia. Il circuito di controllo di chiusura modificato del circuit breaker non solo ha un cablaggio semplice e affidabile, ma aiuta anche il personale di operazione a determinare rapidamente se l'accumulo di energia è avvenuto, prevenendo efficacemente il guasto della bruciatura della bobina causata dall'assenza di accumulo di energia. Dopo la modifica e la messa in servizio, tutti gli indicatori del circuito secondario di questo tipo di circuit breaker operano normalmente, i test dei parametri sono corretti, e non si verificano guasti anomali durante le operazioni di apertura e chiusura.
