Analiza i poprawa wypalania cewki zamykającej spowodowanej awarią układu akumulacji energii wyższej napięciowej przekaźnicy SF6

Wysokie-napięciowe wyłączniki SF₆ są trójfazowym sprzętem elektrycznym wysokiego napięcia do zastosowania na zewnątrz o częstotliwości 50Hz. Wykorzystują one strukturę samonapędzanego komora gaszenia łuku i wyposażone są w mechanizmy napędowe sprężynowe. Te wyłączniki charakteryzują się prostą konstrukcją, łatwą eksploatacją oraz wysokim bezpieczeństwem i niezawodnością. Dlatego są szeroko stosowane do sterowania i ochrony linii przesyłowych i dystrybucyjnych, a także mogą służyć jako wyłączniki połączeniowe.

System 110kV pewnej podstacji zasila ten typ wyłącznika. Jednakże, w miarę upływu lat eksploatacji, niedoskonałości w obwodzie wtórnym stopniowo stają się widoczne. W szczególności, często występują awarie, w których cewka zamknięcia ulega spaleniu z powodu problemów w obwodzie akumulacji energii. Ten artykuł analizuje szczególną awarię, która wystąpiła podczas eksploatacji tego typu wyłącznika, proponując odpowiednie środki poprawy.

1 Zjawisko awaryjne

Wyłącznik SF₆ 110kV w podstacji 220kV używa mechanizmu sprężynowego jako urządzenia akumulacji energii. Gdy wyłącznik jest w stanie otwartym, a obwód elektryczny zamknięcia wskazuje normalne działanie, personel operacyjny wysyła sygnał zamknięcia. Niemniej, wyłącznik nie tylko nie zamyka, ale jego cewka zamknięcia ulega spaleniu. Dlaczego ta szczególna awaria występuje, gdy wszystkie warunki zamknięcia są spełnione? Aby zapobiec ponownemu wystąpieniu podobnych awarii, konieczne jest poważne badanie i analiza.

2 Analiza awarii

W obwodzie sterującym zamknięcia tego typu wyłącznika, YF to przełącznik transferu "lokalny/zdalny" (jak pokazano na Rys. 1). Gdy wymagane jest zdalne zamknięcie, dodatnia kolumna zasilania przechodzi przez C7→kontakty 3-4 YF→zamknięte kontakty 31-32 pomocniczego relaja antywyprowadzającego 52Y→zamknięte kontakty 21-22 relaja akumulacji energii sprężynowej 99CN→zamknięte kontakty 31-32 relaja 49MX→zamknięte kontakty 31-32 relaja monitorującego status sprężyny zamknięcia 33HBX→pomocnicze zamknięte kontakty 1-2 i 5-6 wyłącznika→cewkę zamknięcia 52C→zamknięte kontakty 31-32 relaja blokady niskiego napięcia SF₆ 63GLX→ujemną kolumnę zasilania sterującego. Gdy napięcie zasilania jest zastosowane do cewki zamknięcia 52C, elektromagnes działa, zamykając wyłącznik.

Na podstawie powyższej analizy obwodu, aby cewka zamknięcia 52C była zasilana, muszą być spełnione następujące cztery warunki:

• Cewki 52Y, 49MX i 33HBX nie są zasilane, a ich zamknięte kontakty 31-32 są połączone w obwodzie sterującym zamknięcia;

• Cewka 99CN nie jest zasilana, a jej zamknięte kontakty 21-22 są połączone z obwodem sterującym zamknięcia;

• 52B jest w położeniu otwartym, a jego pomocnicze zamknięte kontakty 1-2 i 5-6 są połączone z obwodem sterującym zamknięcia;

• Zamknięte kontakty 31-32 relaja gazowego SF₆ 63GLX są zamknięte, łącząc obwód sterujący zamknięcia.

Analiza pokazuje, że gdy wszystkie powyższe warunki są spełnione, napięcie sterujące może być zastosowane do cewki, co prowadzi do spalenia cewki zamknięcia. Podczas początkowej inspekcji skrzyni okazało się, że manometr ciśnienia gazu SF₆ wskazuje normalnie, podczas gdy mechaniczne wskazanie sprężyny zamknięcia nie wskazuje akumulacji energii. Dlaczego obwód zamknięcia może być przewodzący, gdy nie ma akumulacji energii? Dlatego wymagana jest dalsza inspekcja obwodu akumulacji energii sprężynowej.

Jak można zobaczyć z obwodu akumulacji energii silnika na Rys. 1, gdy sprężyna zamknięcia tego wyłącznika nie jest zasilana, zamknięty kontakt C-NC granicznika akumulacji energii 33HB zamontowanego na tyłach mechanizmu wyłącznika kontroluje jednocześnie relaje 99CN i 33HBX, łącząc dodatnią kolumnę zasilania DC:

• Relaj akumulacji energii sprężynowej 99CN jest zasilany i działa, a jego zasilanie łączy obwód silnika, a sprężyna zamknięcia jest elektrycznie zasilana do akumulacji energii; jednocześnie zamknięte kontakty 21-22 99CN są rozłączone w obwodzie sterującym zamknięcia, unikając przypadkowego zamknięcia wyłącznika podczas procesu akumulacji energii sprężynowej.

• Gdy cewka relaja monitorującego stan sprężyny zamknięcia 33HBX jest zasilana, zamknięte kontakty 31-32 33HBX połączone w obwodzie sterującym zamknięcia są rozłączone. To zapewnia, że podczas procesu akumulacji energii sprężynowej, drugorzędny obwód zamknięcia wyłącznika jest w położeniu otwartym, mając niezawodną funkcję podwójnego zabezpieczenia z zamkniętymi kontaktami 21-22 99CN.

Gdy akumulacja energii sprężyny jest gotowa, mechaniczne elementy mechanizmu akumulacji energii rozłączają zamknięty kontakt C-NC granicznika akumulacji energii 33HB. Cewki 99CN i 33HBX tracą zasilanie, a akumulacja energii kończy się. Zamknięte kontakty 21-22 99CN i zamknięte kontakty 31-32 33HBX łączą obwód sterujący zamknięciem. Na podstawie funkcji kontaktów w schemacie przewodów, tylko gdy relaje 99CN i 33HBX są w stanie zasilonym i aktywnym, obwód zamknięcia może być zablokowany. Dlatego, na podstawie powyższej analizy, ocenia się, że awaria zamkniętego kontaktu C-NC granicznika akumulacji energii 33HB może być przyczyną niemożności akumulacji energii przez silnik.

Personel serwisowy otworzył tylne panele osłonowe mechanizmu wyłącznika na miejscu i usunął granicznik akumulacji energii. Po inspekcji i pomiarach stwierdzono, że wewnętrzne kontakty granicznika akumulacji energii 33HB zostały uszkodzone podczas procesu akumulacji energii, uniemożliwiając przepływ zasilania przez jego zamknięty kontakt C-NC. W rezultacie cewki 99CN i 33HBX nie mogły otrzymać zasilania. Kontaktor 99CN nie działał, a zasilanie nie mogło być połączone z silnikiem akumulacji energii. Ponadto, zamknięte kontakty 21-22 99CN i zamknięte kontakty 31-32 33HBX były połączone z obwodem zamknięcia przez długi czas. Ponieważ mechanizm sprężynowy wyłącznika nie był zasilony, a drugorzędny obwód zamknięcia był przewodzący, wyłącznik nie mógł zamknąć się normalnie, a cewka zamknięcia również uległa spaleniu.

3 Leczenie i modyfikacja

Proste zastąpienie granicznika akumulacji energii nie może istotnie rozwiązać specjalnej awarii opisanej w tym artykule. Ze względu na nieracjonalny projekt i niekompletny mechanizm zabezpieczeń, jeśli granicznik akumulacji energii zostanie uszkodzony, doprowadzi to do awarii obwodu zamknięcia. Dlatego wprowadzono następujące modyfikacje do obwodów akumulacji energii i sterowania zamknięciem:
(1) Granicznik akumulacji energii 33HB składa się z pary zamkniętych kontaktów i pary otwartych kontaktów, z dwiema parami kontaktów mechanicznie zespółlowanych. W oparciu o cechy przełącznika podróży, wprowadzono następujące modyfikacje: Połącz zamknięty kontakt C-NC 33HB z cewką 99CN, jak pokazano na Rys. 2. Ta modyfikacja zachowuje funkcję odłączenia obwodu sterującego zamknięciem wyłącznika i niemożność zamknięcia podczas procesu akumulacji energii. Połącz otwarty kontakt O-NO 33HB z cewką 33HBX. Po zakończeniu akumulacji energii sprężyny, otwarty kontakt O-NO 33HB zamknie się, łącząc cewkę 33HBX. Tymczasem, usuń zamknięte kontakty 31-32 relaja 33HBX połączone w obwodzie sterującym zamknięciem i zastąp je otwartymi kontaktami 43-44 33HBX. Powyższa modyfikacja zmienia kontrolę dwóch relajów przez jedną parę kontaktów na kontrolę jednego relaju przez każdą parę kontaktów. To zapewnia, że obwód sterujący zamknięciem nie może być przewodzący podczas procesu bez akumulacji energii i z akumulacją energii. Tylko po zakończeniu akumulacji energii, gdy cewka 33HBX jest zasilana i otwarte kontakty 43-44 zamkną się, obwód sterujący zamknięciem może być połączony. Tym samym redukuje się długotrwałe obciążenie granicznika akumulacji energii, przedłużając jego żywotność.
(2) Dodaj relaj czasowy T. Połącz zamknięte kontakty 31-32 relaja 33HBX szeregowo z cewką relaju czasowego, a czas działania relaju czasowego ustaw na 15s, co jest nieco dłuższe niż czas akumulacji energii sprężyny wyłącznika. Dodanie relaju czasowego umożliwia następujące: Przez 15s, gdy sprężyna nie jest zasilana i podczas procesu akumulacji energii, cewka 33HBX nie jest zasilana, zamknięte kontakty 31-32 są zamknięte, a relaj czasowy wysyła sygnał braku akumulacji energii. Po zakończeniu akumulacji energii, 33HBX jest zasilany i działa, zamknięte kontakty 31-32 są rozłączone, a relaj czasowy przestaje wysyłać sygnał braku akumulacji energii, wskazując, że akumulacja energii zakończyła się pomyślnie.

4 Wniosek

Ten artykuł skupia się na modyfikacji defektów w obwodzie sterującym wyłącznika SF₆ 110kV. Otwarty kontakt granicznika akumulacji energii jest połączony szeregowo z obwodem sterującym silnika 99CN, a zamknięty kontakt relaja 33HBX połączony szeregowo w obwodzie sterującym zamknięciem jest zastąpiony otwartym kontaktem. To zapewnia, że tylko gdy mechaniczne elementy naciskają granicznik akumulacji energii 33HB, czyli po zakończeniu akumulacji energii sprężyny i działaniu relaja 33HBX, obwód sterujący zamknięciem może być połączony.

Ponadto, dodanie relaju czasowego zapewnia funkcję alarmową dla sygnału akumulacji energii. Modyfikowany obwód sterujący zamknięciem wyłącznika nie tylko ma proste i niezawodne połączenia, ale także pomaga personelowi operacyjnemu szybko określić, czy nastąpiła akumulacja energii, skutecznie zapobiegając awariom spowodowanym spaleniem cewki w wyniku braku akumulacji energii. Po modyfikacji i uruchomieniu, wszystkie wskaźniki obwodu wtórnego tego typu wyłącznika działają normalnie, testy parametrów są poprawne, a podczas operacji otwierania i zamykania nie występują żadne nietypowe awarie.