Анализ и улучшение перегорания катушки закрытия, вызванного неисправностью накопителя энергии высоковольтного выключателя SF6
Высоковольтные выключатели SF₆ являются трехфазными электрическими устройствами наружного исполнения с частотой 50 Гц. Они используют самонаправленную камеру для гашения дуги и оснащены пружинными приводами. Эти выключатели характеризуются простой конструкцией, удобством в эксплуатации, а также высокой безопасностью и надежностью. Поэтому они широко применяются для управления и защиты линий передачи и распределения, а также могут использоваться в качестве секционирующих выключателей.
В 110-киловольтной системе одной из подстанций используется этот тип выключателя. Однако с увеличением времени эксплуатации постепенно проявляются недостатки в вторичных цепях. В частности, часто возникают отказы, связанные с перегоранием катушки включения из-за проблем в цепи накопления энергии. В данной статье рассматривается специфический отказ, произошедший при эксплуатации такого типа выключателя, проводится анализ и предлагаются соответствующие меры улучшения.
1 Феномен отказа
В 220-киловольтной подстанции используется 110-киловольтный выключатель SF₆, который оснащен пружинным приводом в качестве устройства накопления энергии. Когда выключатель находится в отключенном состоянии и электрическая цепь включения указывает на нормальное состояние, операционный персонал отправляет сигнал на включение. Однако выключатель не только не включается, но и происходит перегорание катушки включения. Почему возникает этот специфический отказ, когда все условия для включения выполнены? Чтобы предотвратить повторение подобных отказов, необходимо провести серьезное исследование и анализ.
2 Анализ отказа
В цепи управления включением этого типа выключателя YF является переключателем "локальный/дистанционный" (как показано на рисунке 1). При необходимости дистанционного включения положительный полюс источника питания проходит через C7→контакты 3-4 переключателя YF→нормально замкнутые контакты 31-32 реле анти-включения 52Y→нормально замкнутые контакты 21-22 реле накопления энергии пружины 99CN→нормально замкнутые контакты 31-32 реле 49MX→нормально замкнутые контакты 31-32 реле контроля состояния пружины 33HBX→нормально замкнутые вспомогательные контакты 1-2 и 5-6 выключателя→катушка включения 52C→нормально замкнутые контакты 31-32 реле блокировки при низком давлении SF₆ 63GLX→отрицательный полюс источника питания управления. Когда напряжение питания подается на катушку включения 52C, электромагнит действует, чтобы включить выключатель.
На основе вышеупомянутого анализа цепи, для того чтобы катушка включения 52C была подключена, должны быть выполнены следующие четыре условия:
Катушки 52Y, 49MX и 33HBX не подключены, и их нормально замкнутые контакты 31-32 подключены в цепь управления включением;
Катушка 99CN не подключена, и ее нормально замкнутые контакты 21-22 подключены к цепи управления включением;
52B находится в отключенном положении, и его нормально замкнутые вспомогательные контакты 1-2 и 5-6 подключены к цепи управления включением;
Нормально замкнутые контакты 31-32 реле SF₆ 63GLX закрыты, соединяя цепь управления включением.
Из анализа видно, что когда все вышеупомянутые условия выполнены, напряжение управления может быть подано на катушку, что приводит к перегоранию катушки включения. При первоначальном осмотре шасси обнаружено, что манометр давления SF₆ указывает на нормальное состояние, тогда как механический индикатор пружины включения показывает отсутствие накопления энергии. Почему цепь включения может быть подключена, когда нет накопления энергии? Поэтому требуется дальнейший осмотр цепи накопления энергии пружины включения.
Как видно из цепи накопления энергии двигателя на рисунке 1, когда пружина включения этого выключателя не заряжена, нормально замкнутый контакт C-NC концевого выключателя 33HB, установленного на задней части механизма выключателя, управляет реле 99CN и 33HBX одновременно, подключая положительный полюс источника постоянного тока управления:
Реле накопления энергии пружины 99CN подключено и работает, его питание подключает цепь двигателя, и пружина включения электрически заряжается для накопления энергии; в то же время нормально замкнутые контакты 21-22 99CN размыкаются в цепи управления включением, предотвращая случайное включение выключателя во время процесса накопления энергии пружины.
Когда катушка реле контроля состояния пружины 33HBX подключена, нормально замкнутые контакты 31-32 33HBX, подключенные в цепь управления включением, размыкаются. Это обеспечивает, что во время процесса накопления энергии пружины вторичная цепь включения выключателя находится в отключенном положении, имея надежную двойную блокировку с нормально замкнутыми контактами 21-22 99CN.
Когда накопление энергии пружины завершено, механические компоненты механизма накопления энергии размыкают нормально замкнутый контакт C-NC концевого выключателя 33HB. Катушки 99CN и 33HBX теряют питание, и накопление энергии завершается. Нормально замкнутые контакты 21-22 99CN и нормально замкнутые контакты 31-32 33HBX подключают цепь управления включением. Из функций контактов в схеме подключения компонентов следует, что только когда реле 99CN и 33HBX находятся в подключенном и активированном состоянии, цепь включения может быть заблокирована. Поэтому, на основании вышеупомянутого анализа, можно сделать вывод, что неисправность нормально замкнутого контакта C-NC концевого выключателя 33HB может быть причиной невозможности накопления энергии двигателем.
Служба технического обслуживания открыла заднюю панель механизма выключателя на месте и демонтировала концевой выключатель. После осмотра и измерений было обнаружено, что внутренние контакты концевого выключателя 33HB были повреждены во время процесса накопления энергии, что препятствовало прохождению питания через его нормально замкнутый контакт C-NC. В результате катушки 99CN и 33HBX не получали питание. Контактор 99CN не работал, и питание не могло быть подключено к двигателю накопления энергии. В то же время нормально замкнутые контакты 21-22 99CN и нормально замкнутые контакты 31-32 33HBX оставались подключенными к цепи включения длительное время. Поскольку механизм пружины выключателя не был заряжен, и вторичная цепь включения была подключена, выключатель не только не мог нормально включиться, но и катушка включения перегорала.
3 Устранение и модификация
Простая замена концевого выключателя накопления энергии не может существенно решить специфический отказ, описанный в данной статье. Из-за нерационального дизайна и неполной системы взаимной блокировки, как только концевой выключатель накопления энергии выходит из строя, это приводит к отказу цепи включения. Поэтому внесены следующие изменения в цепи накопления энергии и управления включением:
(1) Концевой выключатель накопления энергии 33HB состоит из пары нормально замкнутых контактов и пары нормально разомкнутых контактов, причем две пары контактов механически связаны. С учетом характеристик концевого выключателя, внесены следующие изменения: подключите нормально замкнутый контакт C-NC 33HB к катушке 99CN, как показано на рисунке 2. Это изменение сохраняет функцию отключения цепи включения выключателя и невозможности включения во время процесса накопления энергии. Подключите нормально разомкнутый контакт O-NO 33HB к катушке 33HBX. После того, как накопление энергии пружины завершено, нормально разомкнутый контакт O-NO 33HB замыкается, подключая катушку 33HBX. В то же время удалите нормально замкнутые контакты 31-32 реле 33HBX, подключенные в цепь управления включением, и замените их нормально разомкнутыми контактами 43-44 33HBX. Вышеупомянутое изменение меняет управление двумя реле одной парой контактов на управление одним реле каждой парой контактов. Это обеспечивает, что цепь управления включением не может быть подключена во время процессов без накопления энергии и накопления энергии. Только после того, как накопление энергии пружины завершено, когда катушка 33HBX подключена и нормально разомкнутые контакты 43-44 замыкаются, цепь управления включением может быть подключена. В то же время это также снижает долгосрочную нагрузку на концевой выключатель накопления энергии и продлевает срок его службы.
(2) Добавьте реле времени T. Подключите нормально замкнутые контакты 31-32 реле 33HBX последовательно с катушкой реле времени, и установите время срабатывания реле времени на 15 секунд, что немного больше времени накопления энергии пружины выключателя. Добавление реле времени позволяет достичь следующего: в течение 15 секунд, когда пружина не заряжена, и во время процесса накопления энергии, катушка 33HBX не подключена, нормально замкнутые контакты 31-32 замкнуты, и реле времени отправляет сигнал об отсутствии накопления энергии. После того, как накопление энергии пружины завершено, 33HBX подключено и работает, нормально замкнутые контакты 31-32 размыкаются, и реле времени прекращает отправку сигнала об отсутствии накопления энергии, указывая на успешное накопление энергии.
4 Заключение
В данной статье рассматриваются изменения, направленные на устранение дефектов в цепи управления 110-киловольтного выключателя SF₆. Нормально разомкнутый контакт концевого выключателя накопления энергии подключен последовательно к цепи управления двигателем 99CN, а нормально замкнутый контакт реле 33HBX, подключенный последовательно в цепь управления включением, заменен на нормально разомкнутый контакт. Это обеспечивает, что только когда механические компоненты нажимают на концевой выключатель 33HB, то есть, после завершения накопления энергии пружины и работы реле 33HBX, цепь управления включением может быть подключена.
Кроме того, добавление реле времени предоставляет функцию сигнализации о накоплении энергии. Модифицированная цепь управления включением выключателя не только имеет простую и надежную проводку, но и помогает операционному персоналу быстро определить, произошло ли накопление энергии, эффективно предотвращая перегорание катушки из-за отсутствия накопления энергии. После модификации и ввода в эксплуатацию все показатели вторичной цепи данного типа выключателя работают нормально, параметрические тесты корректны, и во время операций включения и отключения не возникают аномальные отказы.
