Analys och förbättring av utbränning av stängningsspolen orsakad av energilagringsfel hos högspännings-SF6-brytare

Högspännings SF₆-brytare är trefasiga AC-utrustningar (50 Hz) för utomhusan användning. De använder en struktur med självenergisk båglösningskammare och är utrustade med fjäderdrivningsmekanismer. Dessa brytare har en enkel struktur, är lätt att hantera och erbjuder hög säkerhet och tillförlitlighet. Därför används de vidt utbrett för kontroll och skydd av överförings- och distributionslinjer och kan också fungera som bindande brytare.

I ett visst transformatorstationssystem på 110 kV används denna typ av brytare. När åren går fram dyker dock brister i den sekundära kretsen upp. Speciellt ofta inträffar fel där stängningsbobinen brinner ut på grund av problem i energilagringskretsen. Detta artikel tar ett speciellt fel som inträffade under drift av denna typ av brytare som exempel för att genomföra en analys och föreslå motsvarande förbättringsåtgärder.

1 Felaktig fenomen

En 110-kV SF₆-brytare i en 220-kV transformatorstation använder en fjäderdrivningsmekanism som energilagringsenhet. När brytaren är i öppet läge och stängningskretsen indikerar normalt, skickar driftspersonalen ett stängningskommando. Brytaren stänger dock inte bara inte utan dess stängningsbobin brinner också ut. Varför inträffar detta speciella fel när alla stängningsvillkor är uppfyllda? För att förhindra liknande fel i framtiden måste en noggrann undersökning och analys genomföras.

2 Felsökning

I stängningskontrollkretsen för denna typ av brytare är YF växlingskontakten "lokalt/avlägset" (se figur 1). Vid avlägsen stängning går positivpolen av driftströmförsörjningen genom C7→YF kontakter 3 - 4→normalt stängda kontakter 31 - 32 av antistötshjälprelä 52Y→normalt stängda kontakter 21 - 22 av fjäderlagringsrelä 99CN→normalt stängda kontakter 31 - 32 av relä 49MX→normalt stängda kontakter 31 - 32 av stängningsfjäderns statusövervakningsrelä 33HBX→normalt stängda hjälpkontakter 1 - 2 och 5 - 6 av brytaren→stängningsbobin 52C→normalt stängda kontakter 31 - 32 av SF₆-gasens lågspänningsskyddande relä 63GLX→negativpolen av driftkontrollströmförsörjningen. När spänningen appliceras på stängningsbobin 52C agerar elektromagnet och stänger brytaren.

Baserat på ovanstående kretsanalys, för att stängningsbobin 52C ska kunna energiseras, måste följande fyra villkor uppfyllas:

• Koiler av 52Y, 49MX och 33HBX är inte energiserade, och deras normalt stängda kontakter 31 - 32 är anslutna i stängningskontrollkretsen;

• Koil av 99CN är inte energiserad, och dess normalt stängda kontakter 21 - 22 är anslutna till stängningskontrollkretsen;

• 52B är i öppet läge, och dess normalt stängda hjälpkontakter 1 - 2 och 5 - 6 är anslutna till stängningskontrollkretsen;

• Normalt stängda kontakter 31 - 32 av SF₆-gasrelä 63GLX är stängda, vilket ansluter stängningskontrollkretsen.

Genom analys kan man se att när alla ovanstående villkor uppfylls, kan kontrollspänningen appliceras på koilen, vilket resulterar i att stängningsbobinen brinner ut. Vid inledande inspektion av chassit konstateras det att SF₆-gastryckmätaren indikerar normalt, medan mekaniska indikationer för stängningsfjädern visar inget energilager. Varför kan stängningskretsen vara ledande när det inte finns något energilager? Därför krävs ytterligare inspektion av stängningsfjäderns energilagringskrets.

Som syns i motorlagringskretsen i figur 1, när stängningsfjädern för denna brytare inte är energiserad, kontrollerar normalt stängd kontakt C - NC av lagringsgränskontakten 33HB installerad på baksidan av brytarmekanismen samtidigt 99CN och 33HBX reläer, ansluter positivpolen av DC-styrströmförsörjningen:

• Fjäderlagringsrelä 99CN energiseras och aktiveras, och dess strömförsörjning ansluter motorkretsen, och stängningsfjädern laddas elektriskt för energilagring; samtidigt kopplas normalt stängda kontakter 21 - 22 av 99CN ur stängningskontrollkretsen, för att undvika att brytaren stängs av misstag under fjäderlagringsprocessen.

• När koil av stängningsfjäderns statusövervakningshjälprelä 33HBX energiseras, kopplas normalt stängda kontakter 31 - 32 av 33HBX anslutna i stängningskontrollkretsen ur. Detta garanterar att under fjäderlagringsprocessen är den sekundära stängningskretsen för brytaren i öppet läge, med en tillförlitlig dubbel-låsningstjänst tillsammans med normalt stängda kontakter 21 - 22 av 99CN.

När fjäderlagringen är klar, kopplar mekaniska komponenter i lagringsmekanismen normalt stängd kontakt C - NC av lagringsgränskontakten 33HB. Koilerna av 99CN och 33HBX förlorar ström, och energilagringen slutförs. Normalt stängda kontakter 21 - 22 av 99CN och normalt stängda kontakter 31 - 32 av 33HBX ansluter stängningskontrollkretsen. Från funktionen av kontakterna i komponentkretskortet, kan endast när 99CN och 33HBX reläer är i energiserat och aktiverat tillstånd stängningskretsen låsas. Därför, baserat på ovanstående analys, bedöms att misslyckandet av normalt stängd kontakt C - NC av lagringsgränskontakten 33HB kan vara orsaken till att motorn inte kan lagra energi.

Underhållspersonal öppnade bakplåten av brytarmekanismen på plats och avmonterade lagringsgränskontakten. Efter inspektion och mätning upptäcktes det att interna kontakter i lagringsgränskontakten 33HB var skadade under lagringsprocessen, vilket hindrade strömförsörjningen från att passera dess normalt stängda kontakt C - NC. Som ett resultat kunde koilerna av 99CN och 33HBX inte få ström. 99CN kontaktören arbetade inte, och strömförsörjningen kunde inte anslutas till lagringsmotorn. Samtidigt var normalt stängda kontakter 21 - 22 av 99CN och normalt stängda kontakter 31 - 32 av 33HBX länge anslutna till stängningskretsen. Eftersom mekanismen för brytarens fjäder inte var energiserad och den sekundära stängningskretsen var ledande, kunde inte bara brytaren stängas normalt, utan stängningsbobinen skulle också brinna ut.

3 Behandling och ändring

Att enbart byta ut lagringsgränskontakten kan inte lösa det speciella felet som beskrivs i denna artikel. På grund av otillräcklig design och oklar interlock-mekanism, kommer skada på lagringsgränskontakten att leda till fel i stängningskretsen. Därför görs följande ändringar i lagrings- och stängningskontrollkretsarna:
(1) Lagringsgränskontakten 33HB består av ett par normalt stängda kontakter och ett par normalt öppna kontakter, med de två paren kontakter mekaniskt interlockerade. Enligt egenskaperna hos gränskontakten, görs följande ändringar: Anslut normalt stängd kontakt C - NC av 33HB till koil av 99CN, se figur 2. Denna ändring behåller funktionen av brytarens stängningskrets som är avkopplad och inte kan stängas under lagringsprocessen. Anslut normalt öppen kontakt O - NO av 33HB till koil av 33HBX. När fjäderlagringen är klar, stängs normalt öppen kontakt O - NO av 33HB för att ansluta koil av 33HBX. Samtidigt tas bort normalt stängda kontakter 31 - 32 av relä 33HBX anslutna i stängningskontrollkretsen och ersätts med normalt öppna kontakter 43 - 44 av 33HBX. Ovanstående ändring ändrar från ett par kontakter som kontrollerar två reläer till att varje par kontakter kontrollerar ett relä. Detta säkerställer att stängningskontrollkretsen inte kan vara ledande under icke-energilagrings- och energilagringsprocesser. Endast efter att fjäderlagringen är klar, när koil av 33HBX energiseras och normalt öppna kontakter 43 - 44 stängs, kan stängningskontrollkretsen anslutas. Samtidigt minskas också den långsiktiga belastningen på lagringsgränskontakten och dess livslängd förlängs.
(2) Lägg till ett tidrelä T. Anslut normalt stängda kontakter 31 - 32 av relä 33HBX i serie med koil av tidrelä, och ställ in drifttid för tidrelä till 15s, vilket är något längre än fjäderlagringstiden för brytaren. Genom att lägga till tidrelä kan följande uppnås: Under de 15s då fjädern inte är energiserad och under lagringsprocessen, är koil av 33HBX inte energiserad, normalt stängda kontakter 31 - 32 är stängda, och tidrelä skickar signal om ingen energilagring. När fjäderlagringen är klar, energiseras 33HBX och aktiveras, normalt stängda kontakter 31 - 32 kopplas ur, och tidrelä slutar skicka ingen-energilagring-signal, vilket indikerar att energilagringen är framgångsrik.

4 Slutsats

Denna artikel fokuserar på att modifiera defekter i kontrollkretsen för en 110-kV SF₆-brytare. Normalt öppen kontakt av lagringsgränskontakten är ansluten i serie till motorstyrringen av 99CN, och normalt stängd kontakt av 33HBX-relä ansluten i serie i stängningskontrollkretsen ersätts med en normalt öppen kontakt. Detta säkerställer att endast när mekaniska komponenter trycker på lagringsgränskontakten 33HB, det vill säga, efter att fjäderlagringen är klar och 33HBX-relä aktiveras, kan stängningskontrollkretsen anslutas.

Samtidigt ger tillägget av ett tidrelä en larmsignal för energilagringsstatus. Den modifierade stängningskontrollkretsen för brytaren har inte bara en enkel och tillförlitlig kablage, utan hjälper också driftspersonal att snabbt fastställa om energilagring har skett, vilket effektivt förhindrar utbränning av bobin på grund av brist på energilagring. Efter modifiering och driftsättning, opererar alla indikatorer i den sekundära kretsen för denna typ av brytare normalt, parametertester är korrekta, och inga avvikande fel inträffar under öppnings- och stängningsoperationer.