Analyse og forbedring av utbrent sluttkule som følge av energilagringsfeil i høyspenningssirkuitspåslag SF6

Høyspenning SF₆ brytere er trefaseveksler for 50Hz utendørs høyspenningsutstyr. De bruker en selvekspandert buelokkingskammerstruktur og er utstyrt med fjærdrivmekanismer. Disse bryterne har en enkel struktur, er enkle å bruke, og har høy sikkerhet og pålitelighet. Derfor brukes de vidt i kontroll og beskyttelse av overførings- og distribusjonslinjer, og kan også fungere som koblingsbrytere.

En 110kV system i et gitt transformasjonsstasjon bruker denne typen bryter. Imidlertid, etter flere år med drift, viser de sekundære kretser gradvis mer feil. Spesielt forekommer det ofte at spenningen i lagringssprøyten brenner ut grunnet problemer i energilagringskretsen. Dette artikkelen tar et spesielt feil som oppsto under drift av denne typen bryter som eksempel for å analysere og foreslå tilhørende forbedringsforanstaltninger.

1 Feilfenomen

En 110kV SF₆ bryter i en 220kV transformasjonsstasjon bruker en fjærdrevet mekanisme som energilagringsenhet. Når bryteren er i åpen posisjon og stengingsekselektrokretset indikerer normalt, sender operatørene et stengingssignal. Imidlertid, ikke bare mislykkes bryteren i å stenge, men stengingsspolen brenner også ut. Hvorfor oppstår dette spesielle feilet når alle stengingsbetingelsene er oppfylt? For å unngå lignende feil i fremtiden, må en grundig forskning og analyse gjøres.

2 Feilanalyse

I stengingkontrollkretsen for denne typen bryter, er YF "lokal/fjern" overføringskontakt (som vist i figur 1). Når fjernstenging kreves, går den positive polen av driftsstrømkilden gjennom C7→YF kontakter 3 - 4→vanlig lukket kontakt 31 - 32 av antistengingshjelprelen 52Y→vanlig lukket kontakt 21 - 22 av fjærelagringshjelprelen 99CN→vanlig lukket kontakt 31 - 32 av relen 49MX→vanlig lukket kontakt 31 - 32 av stengingfjærlastningsstatusovervåkningsrelen 33HBX→vanlig lukket hjelpkontakt 1 - 2 og 5 - 6 av bryteren→stengingsspole 52C→vanlig lukket kontakt 31 - 32 av SF₆ gas lavspenning slås av relen 63GLX→den negative polen av driftsstrømkilden. Når strømkildens spenning settes på stengingsspolen 52C, virker elektromagnet til å stenge bryteren.

Basert på ovennevnte kretsanalyse, for at stengingsspolen 52C skal bli aktiveret, må følgende fire betingelser være oppfylt:

• Koiler av 52Y, 49MX, og 33HBX er ikke aktivert, og deres vanlige lukkede kontakter 31 - 32 er koblet i stengingkontrollkretsen;

• Koilen av 99CN er ikke aktivert, og dens vanlige lukkede kontakter 21 - 22 er koblet til stengingkontrollkretsen;

• 52B er i åpen posisjon, og dets vanlige lukkede hjelpkontakter 1 - 2 og 5 - 6 er koblet til stengingkontrollkretsen;

• Vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av SF₆ gassrelen 63GLX er lukket, kobler stengingkontrollkretsen.

Gjennom analyse kan man se at når alle ovennevnte betingelser er oppfylt, kan kontrollspenningen settes på koilen, som fører til at stengingsspolen brenner ut. Ved første inspeksjon av skuffen, viser SF₆ gasstrykkmåler normalt, mens mekanisk indikasjon av stengingfjæren viser ingen energilagring. Hvorfor kan stengingkretsen bli ledende når det ikke er noen energilagring? Derfor kreves det ytre inspeksjon av stengingfjærelagringkretsen.

Som man kan se fra motorlagringskretsen i figur 1, når stengingfjæren til denne bryteren ikke er aktiveret, kontrollerer den vanlige lukkede kontakten C - NC av energilagringsgrenseswitchen 33HB installert på baksiden av brytemekanismen 99CN og 33HBX relener samtidig, kobler den positive polen av DC-kontrollstrømkilden:

• Fjærelagringsrelen 99CN blir aktivert og fungerer, og dens strømkilde kobler motorkretsen, og stengingfjæren blir elektrisk aktiveret for energilagring; samtidig blir de vanlige lukkede kontakter 21 - 22 av 99CN brutte i stengingkontrollkretsen, unngår at bryteren uheldig stenger under fjærelagringprosessen.

• Når koilen av stengingfjærelagringstatusovervåkningshjelprelen 33HBX blir aktivert, blir de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av 33HBX koblet i stengingkontrollkretsen brutte. Dette sikrer at under fjærelagringprosessen er sekundær stengingkretsen av bryteren i åpen posisjon, har en pålitelig dobbel låsingsfunksjon med de vanlige lukkede kontakter 21 - 22 av 99CN.

Når fjærelagring er på plass, fraskiller mekaniske komponenter av lagringsmekanismen den vanlige lukkede kontakten C - NC av energilagringsgrenseswitchen 33HB. Koilene av 99CN og 33HBX mister strøm, og energilagringen er ferdig. De vanlige lukkede kontakter 21 - 22 av 99CN og de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av 33HBX kobler stengingkontrollkretsen. Fra funksjonen av kontaktene i komponentkoblingsdiagrammet, kun når 99CN og 33HBX relener er i aktivert tilstand, kan stengingkretsen bli låst. Derfor, basert på ovennevnte analyse, blir det konkludert at mislykket vanlig lukket kontakt C - NC av energilagringsgrenseswitchen 33HB kan være årsaken til at motoren ikke kan lagre energi.

Vedlikeholdsansatte åpnet bakplaten av brytemekanismen på stedet og fjernet energilagringsgrenseswitchen. Etter inspeksjon og måling, ble det funnet at interne kontakter av energilagringsgrenseswitchen 33HB ble skadet under energilagringprosessen, hindret strømmen fra å passere gjennom sin vanlige lukkede kontakt C - NC. Dette resulterte i at koilene av 99CN og 33HBX ikke kunne motta strøm. 99CN kontaktor fungerte ikke, og strømmen kunne ikke bli koblet til energilagringsmotoren. Samtidig var de vanlige lukkede kontakter 21 - 22 av 99CN og de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av 33HBX koblet til stengingkretsen i lang tid. Siden fjærmekanismen av bryteren ikke var aktiveret og sekundær stengingkrets var ledende, kunne ikke bare bryteren stenge normalt, men stengingsspolen ville også brenne ut.

3 Behandling og modifisering

Å bare bytte energilagringsgrenseswitchen kan ikke løse det spesielle feilet som beskrives i denne artikkelen. På grunn av urealistisk design og utilstrekkelig låsingsmekanisme, vil skade på energilagringsgrenseswitchen føre til feil i stengingkretsen. Derfor gjøres følgende modifikasjoner i energilagrings- og stengingkontrollkretsen:
(1) Energilagringsgrenseswitchen 33HB består av et par vanlige lukkede kontakter og et par vanlige åpne kontakter, med de to par kontakter mekanisk låst sammen. Basert på kjennetegnene ved reiseswitch, gjøres følgende modifikasjoner: Kobler den vanlige lukkede kontakten C - NC av 33HB til koilen av 99CN, som vist i figur 2. Denne modifikasjonen beholder funksjonen av bryterens stengingkrets som blir brutt og ikke kan stenge under energilagringprosessen. Kobler den vanlige åpne kontakten O - NO av 33HB til koilen av 33HBX. Etter at fjærelagring er på plass, lukker den vanlige åpne kontakten O - NO av 33HB for å koble koilen av 33HBX. Samtidig fjernes de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av relen 33HBX koblet i stengingkontrollkretsen og erstattes med de vanlige åpne kontakter 43 - 44 av 33HBX. Ovennevnte modifikasjon endrer fra ett par kontakter som kontrollerer to relener til hvert par kontakter kontrollerer en relen. Dette sikrer at stengingkontrollkretsen ikke kan bli ledende under ikke-energilagring og energilagringprosesser. Kun etter at fjærelagring er på plass, når koilen av 33HBX blir aktiveret og de vanlige åpne kontakter 43 - 44 lukker, kan stengingkontrollkretsen bli koblet. Samtidig reduserer det langvarig belastning på energilagringsgrenseswitchen og utvider dens levetid.
(2) Legg til en tidsrelen T. Kobler de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 av relen 33HBX i serie med koilen av tidsrelen, og setter driftstidsbegrensningen til tidsrelen til 15s, som er litt lenger enn fjærelagringstiden til bryteren. Ved å legge til tidsrelen kan det oppnås følgende: Under 15s når fjæren ikke er aktiveret og under energilagringprosessen, er koilen av 33HBX ikke aktiveret, de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 er lukket, og tidsrelen sender et signal om ingen energilagring. Etter at fjærelagring er på plass, blir 33HBX aktiveret og fungerer, de vanlige lukkede kontakter 31 - 32 blir brutte, og tidsrelen stopper med å sende ingen energilagringssignal, indikerer at energilagringen er vellykket.

4 Konklusjon

Denne artikkelen fokuserer på å rette opp mangler i kontrollkretsen til en 110kV SF₆ bryter. Den vanlige åpne kontakten av energilagringsgrenseswitchen er koblet i serie til motorsteueringskretsen av 99CN, og de vanlige lukkede kontakter av 33HBX relen koblet i serie i stengingkontrollkretsen er erstattet med en vanlig åpen kontakt. Dette sikrer at kun når mekaniske komponenter trykker på energilagringsgrenseswitchen 33HB, det vil si, etter at fjærelagring er på plass og 33HBX relen fungerer, kan stengingkontrollkretsen bli koblet.

Samtidig gir tillegget av en tidsrelen en alarmfunksjon for energilagringsignal. Den modifiserte stengingkontrollkretsen til bryteren har ikke bare en enkel og pålitelig kobling, men hjelper også driftspersonell med rask identifisering av om energilagring har skjedd, effektivt unngår feil av spolen som brenner ut grunnet manglende energilagring. Etter modifisering og innsats, opererer alle indikatorer i sekundære kretser av denne typen bryter normalt, parametertester er korrekte, og det oppstår ingen anormale feil under åpning og stenging.