Analyse en verbetering van de verbranding van de sluitingsveer veroorzaakt door het energieopslagprobleem van de hoogspanningsschakelaar met SF6

Hoogspannings SF₆ schakelaars zijn driefasige wisselstroomapparatuur van 50Hz voor buiten gebruik. Ze maken gebruik van een zelfenergie-uitdovend kamerstructuur en zijn uitgerust met veerbediende mechanismen. Deze schakelaars hebben een eenvoudige constructie, gemakkelijke bediening en hoge veiligheid en betrouwbaarheid. Daarom worden ze wijdverspreid gebruikt voor het beheer en de bescherming van transport- en distributielijnen en kunnen ze ook dienen als verbindingsschakelaars.

Het 110kV-systeem van een bepaalde onderstation maakt gebruik van dit type schakelaar. Naarmate de jaren van gebruik toenemen, komen de onvolkomenheden in het secundaire circuit geleidelijk aan het licht. Vooral storingen waarbij de sluitingsspoel door problemen in het energieopslagcircuit wordt verbrand, komen vaak voor. Dit artikel neemt een specifieke storing die tijdens het gebruik van dit type schakelaar is opgetreden als voorbeeld om een analyse te maken en overeenkomstige verbetermaatregelen voor te stellen.

1 Storingfenomeen

De 110kV SF₆ schakelaar in een 220kV-onderstation maakt gebruik van een veerbediend mechanisme als energieopslagapparaat. Wanneer de schakelaar in de openstaande staat is en het elektrische sluitingscircuit normaal aangeeft, sturen de bedieners een sluitingsoperatie-signaal. Echter, de schakelaar sluit niet alleen niet, maar de sluitingsspoel raakt ook verbrand. Waarom treedt deze specifieke storing op wanneer alle sluitingsvoorwaarden voldaan zijn? Om herhaling van soortgelijke storingen te voorkomen, moet er een grondige studie en analyse worden uitgevoerd.

2 Storinganalyse

In het sluitingscontrolecircuit van dit type schakelaar is YF de "lokaal/afstand" overschakelaar (zie figuur 1). Wanneer afstandsbediening nodig is, gaat de positieve pool van de bedrijfsvoorziening via C7→YF contacten 3 - 4→de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de anti-trippingschakelaar 52Y→de normaal gesloten contacten 21 - 22 van de veerenergie-opslagschakelaar 99CN→de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de schakelaar 49MX→de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de sluitingsveerstatus-monitorschakelaar 33HBX→de normaal gesloten hulpcontacten 1 - 2 en 5 - 6 van de schakelaar→de sluitingsspoel 52C→de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de SF₆ gas laagspanningsbeveiligingsschakelaar 63GLX→de negatieve pool van de bedieningsvoorziening. Wanneer de spanning op de sluitingsspoel 52C wordt toegepast, werkt de elektromagneet om de schakelaar te sluiten.

Op basis van de bovenstaande circuitanalyse, moeten de volgende vier voorwaarden worden voldaan om de sluitingsspoel 52C te laten werken:

•  De spoelen van 52Y, 49MX en 33HBX zijn niet geactiveerd, en hun normaal gesloten contacten 31 - 32 zijn verbonden in het sluitingscontrolecircuit;

• De spoel van 99CN is niet geactiveerd, en haar normaal gesloten contacten 21 - 22 zijn verbonden met het sluitingscontrolecircuit;

• 52B is in de openstaande positie, en haar normaal gesloten hulpcontacten 1 - 2 en 5 - 6 zijn verbonden met het sluitingscontrolecircuit;

• De normaal gesloten contacten 31 - 32 van de SF₆ gasschakelaar 63GLX zijn gesloten, waardoor het sluitingscontrolecircuit wordt verbonden.

Door analyse kan men zien dat wanneer al deze voorwaarden worden voldaan, de controlespanning kan worden toegepast op de spoel, wat resulteert in de verbranding van de sluitingsspoel. Bij een eerste inspectie van het chassis blijkt dat de SF₆ gasdruk meter normaal aangeeft, terwijl de mechanische indicatie van de sluitingsveer geen energieopslag toont. Waarom kan het sluitingscircuit worden doorgevoerd wanneer er geen energieopslag is? Daarom is verdere inspectie van het sluitingsveer energieopslagcircuit nodig.

Zoals te zien is in het motor-energieopslagcircuit in figuur 1, wanneer de sluitingsveer van deze schakelaar niet is geactiveerd, controleren de normaal gesloten contacten C - NC van de energieopslaggrensrelais 33HB, die op de achterkant van het schakelaar-mechanisme is geïnstalleerd, de relais 99CN en 33HBX gelijktijdig, en verbinden de positieve pool van de gelijkstroombedieningsvoorziening:

• De veerenergieopslagschakelaar 99CN wordt geactiveerd en werkt, en haar voeding verbindt het motorkanaal, en de sluitingsveer wordt elektrisch geactiveerd voor energieopslag; tegelijkertijd worden de normaal gesloten contacten 21 - 22 van 99CN in het sluitingscontrolecircuit losgekoppeld, waardoor wordt voorkomen dat de schakelaar per ongeluk tijdens het energieopslagproces sluit.

• Wanneer de spoel van de sluitingsveerstatus-monitoring-helperschakelaar 33HBX wordt geactiveerd, worden de normaal gesloten contacten 31 - 32 van 33HBX in het sluitingscontrolecircuit losgekoppeld. Dit zorgt ervoor dat tijdens het energieopslagproces het secundaire sluitingscircuit van de schakelaar in de openstaande positie is, met een betrouwbare dubbele vergrendeling in combinatie met de normaal gesloten contacten 21 - 22 van 99CN.

Wanneer de veerenergieopslag op zijn plaats is, koppelen de mechanische componenten van het energieopslagmechanisme de normaal gesloten contacten C - NC van de energieopslaggrensrelais 33HB los. De spoelen van 99CN en 33HBX verliezen hun kracht, en de energieopslag eindigt. De normaal gesloten contacten 21 - 22 van 99CN en de normaal gesloten contacten 31 - 32 van 33HBX verbinden het sluitingscontrolecircuit. Op basis van de functie van de contacten in het componentenschema, kunnen alleen de 99CN en 33HBX relais in de geactiveerde en ingeschakelde toestand het sluitingscircuit vergrendelen. Dus, op basis van de bovenstaande analyse, wordt beoordeeld dat de mislukking van de normaal gesloten contacten C - NC van de energieopslaggrensrelais 33HB de oorzaak kan zijn van de onmogelijkheid van de motor om energie op te slaan.

Onderhoudspersoneel opende ter plaatse de achterplaat van het schakelaar-mechanisme en verwijderde de energieopslaggrensrelais. Na inspectie en meting bleek dat de interne contacten van de energieopslaggrensrelais 33HB tijdens het energieopslagproces waren beschadigd, waardoor de voeding niet kon passeren via de normaal gesloten contacten C - NC. Hierdoor konden de spoelen van 99CN en 33HBX geen kracht ontvangen. De 99CN contactor werkte niet, en de voeding kon niet worden verbonden met de energieopslagmotor. Tegelijkertijd waren de normaal gesloten contacten 21 - 22 van 99CN en de normaal gesloten contacten 31 - 32 van 33HBX langdurig verbonden met het sluitingscircuit. Omdat het veermechanisme van de schakelaar niet was geactiveerd en het secundaire sluitingscircuit werd doorgevoerd, kon de schakelaar niet normaal sluiten, en zou de sluitingsspoel ook verbranden.

3 Behandeling en Aanpassing

Eenvoudigweg vervangen van de energieopslaggrensrelais lost de speciale storing zoals beschreven in dit artikel niet wezenlijk op. Vanwege het onlogische ontwerp en de onvolledige vergrendelingsmechanismen, zal eenmaal de energieopslaggrensrelais beschadigd zijn, leiden tot een storing in het sluitingscircuit. Daarom worden de volgende aanpassingen gemaakt aan de energieopslag- en sluitingscontrolecircuits:
(1) De energieopslaggrensrelais 33HB bestaat uit een paar normaal gesloten contacten en een paar normaal open contacten, waarbij de twee paren contacten mechanisch vergrendeld zijn. Volgens de eigenschappen van de reisknop, worden de volgende aanpassingen gemaakt: Verbind de normaal gesloten contacten C - NC van 33HB met de spoel van 99CN, zoals getoond in figuur 2. Deze aanpassing behoudt de functie dat het sluitingscircuit van de schakelaar wordt gekoppeld en niet kan sluiten tijdens het energieopslagproces. Verbind de normaal open contacten O - NO van 33HB met de spoel van 33HBX. Nadat de veerenergieopslag op zijn plaats is, sluiten de normaal open contacten O - NO van 33HB om de spoel van 33HBX te verbinden. Tegelijkertijd verwijder de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de relais 33HBX die in het sluitingscontrolecircuit zijn verbonden en vervang ze door de normaal open contacten 43 - 44 van 33HBX. Deze aanpassing verandert van één paar contacten die twee relais controleren naar elk paar contacten dat één relais controleert. Dit zorgt ervoor dat het sluitingscontrolecircuit niet kan worden doorgevoerd tijdens het niet-energieopslag- en energieopslagproces. Alleen nadat de veerenergieopslag op zijn plaats is, wanneer de spoel van 33HBX wordt geactiveerd en de normaal open contacten 43 - 44 sluiten, kan het sluitingscontrolecircuit worden verbonden. Tegelijkertijd vermindert dit ook de lange termijn belasting op de energieopslaggrensrelais en verlengt het levensduur.
(2) Voeg een tijdsrelais T toe. Koppel de normaal gesloten contacten 31 - 32 van de relais 33HBX in serie met de spoel van het tijdsrelais, en stel de operatielimiet van het tijdsrelais in op 15s, wat iets langer is dan de veerenergieopslagtijd van de schakelaar. Het toevoegen van het tijdsrelais kan het volgende bereiken: Tijdens de 15s wanneer de veer niet is geactiveerd en tijdens het energieopslagproces, wordt de spoel van 33HBX niet geactiveerd, de normaal gesloten contacten 31 - 32 zijn gesloten, en het tijdsrelais zendt een signaal uit dat er geen energieopslag is. Nadat de veerenergieopslag op zijn plaats is, wordt 33HBX geactiveerd en werkt, de normaal gesloten contacten 31 - 32 worden losgekoppeld, en het tijdsrelais stopt met het verzenden van het geen-energieopslag-signaal, wat aangeeft dat de energieopslag succesvol is.

4 Conclusie

Dit artikel richt zich op de modificatie van de gebreken in het controlecircuit van een 110kV SF₆ schakelaar. De normaal open contacten van de energieopslaggrensrelais worden in serie verbonden met het motorkanaal van 99CN, en de normaal gesloten contacten van de 33HBX relais die in serie in het sluitingscontrolecircuit zijn verbonden, worden vervangen door normaal open contacten. Dit zorgt ervoor dat alleen wanneer de mechanische componenten de energieopslaggrensrelais 33HB indrukken, dat wil zeggen, na de veerenergieopslag op zijn plaats is en de 33HBX relais werkt, het sluitingscontrolecircuit kan worden verbonden.

Tegelijkertijd biedt het toevoegen van een tijdsrelais een alarmfunctie voor het energieopslagsignaal. Het aangepaste sluitingscontrolecircuit van de schakelaar heeft niet alleen een eenvoudige en betrouwbare bedrading, maar helpt ook de bedieners snel te bepalen of er energieopslag heeft plaatsgevonden, en voorkomt effectief de storing van de spoelverbranding door gebrek aan energieopslag. Na de modificatie en inbedrijfstelling werken alle indicatoren van het secundaire circuit van dit type schakelaar normaal, de parameter tests zijn correct, en er komen geen abnormale storingen voor tijdens het openen en sluiten.