Аналіз та покращення спалювання зачиняльної катушки, викликаного аварією зберігання енергії у високовольтному SF6-вимикачу

Високовольтові вимикачі SF₆ є трифазними зовнішніми електрообладнаннями напруги 50 Гц. Вони використовують структуру самонахованого гасителя дуги і оснащені пружинними механізмами управління. Ці вимикачі мають просту конструкцію, зручні у користуванні та надійні. Тому вони широко використовуються для керування та захисту ліній передачі та розподілу електроенергії, а також можуть використовуватися як вимикачі з'єднувальні.

У 110 кВ системі певної підстанції використовуються ці типи вимикачів. Однак зі збільшенням терміну експлуатації недоліки вторинного контуру поступово проявляються. Зокрема, часто виникають аварії, коли спалахування обмотки закриття відбувається через проблеми в контурі накопичення енергії. Ця стаття аналізує спеціальну аварію, що відбулася під час експлуатації такого типу вимикача, та запропоновує відповідні міри покращення.

1 Феномен аварії

110 кВ вимикач SF₆ на 220 кВ підстанції використовує пружинний механізм як пристрій накопичення енергії. Коли вимикач знаходиться у відкритому стані, а електричний контур закриття показує нормальне стан, оператори відправляють сигнал на закриття. Однак вимикач не тільки не закривається, але й його обмотка закриття спалахує. Чому ця спеціальна аварія відбувається, коли всі умови закриття виконані? Для запобігання повторенню подібних аварій потрібно провести серйозне дослідження та аналіз.

2 Аналіз аварії

У контрольному контурі закриття цього типу вимикача YF є перемикачем "місцевий/далекий" (як показано на рис. 1). При потребі далекого закриття додатна частина живлення проходить через C7→контакти 3-4 YF→зазвичай замкнуті контакти 31-32 допоміжного реле проти самопоступального відкриття 52Y→зазвичай замкнуті контакти 21-22 реле накопичення пружинної енергії 99CN→зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле 49MX→зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле контролю статусу пружини закриття 33HBX→зазвичай замкнуті допоміжні контакти 1-2 та 5-6 вимикача→обмотка закриття 52C→зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле блокування при низькому тиску SF₆ 63GLX→від’ємна частина живлення контрольного контуру. Коли напруга живлення прикладена до обмотки закриття 52C, електромагніт діє, закриваючи вимикач.

На основі аналізу вищезазначеного контуру, для того, щоб обмотка закриття 52C була живлена, повинні бути виконані наступні чотири умови:

•  Обмотки 52Y, 49MX та 33HBX не живлені, а їх зазвичай замкнуті контакти 31-32 підключені до контрольного контуру закриття;

• Обмотка 99CN не живлена, а її зазвичай замкнуті контакти 21-22 підключені до контрольного контуру закриття;

• 52B у відкритому положенні, а його зазвичай замкнуті допоміжні контакти 1-2 та 5-6 підключені до контрольного контуру закриття;

• Зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле газу SF₆ 63GLX замкнуті, підключаючи контрольний контур закриття.

Аналіз показує, що коли всі вищезазначені умови виконані, контрольна напруга може бути прикладена до обмотки, що призводить до спалахування обмотки закриття. Під час першої перевірки шасі було виявлено, що манометр тиску газу SF₆ показує нормально, а механічний показчик статусу пружини закриття свідчить про відсутність накопиченої енергії. Чому контрольний контур закриття може бути провідним, коли немає накопиченої енергії? Тому потрібна додаткова перевірка контуру накопичення пружинної енергії.

Як видно з двигунного контуру накопичення енергії на рис. 1, коли пружина закриття цього вимикача не живлена, зазвичай замкнутий контакт C-NC лімітного виключника 33HB, встановленого на задній частині механізму вимикача, одночасно контролює релей 99CN та 33HBX, підключаючи додатну частину ДС контрольного живлення:

• Реле накопичення пружинної енергії 99CN живлене і працює, його живлення підключає двигунний контур, і пружина закриття електрично живлена для накопичення енергії; одночасно, зазвичай замкнуті контакти 21-22 99CN відключені в контрольному контурі закриття, що запобігає випадковому закриттю вимикача під час процесу накопичення пружинної енергії.

• Коли обмотка допоміжного реле контролю статусу пружини закриття 33HBX живлена, зазвичай замкнуті контакти 31-32 33HBX, підключені до контрольного контуру закриття, відключені. Це забезпечує, що під час процесу накопичення пружинної енергії вторинний контур закриття вимикача знаходиться у відкритому положенні, маючи надійну подвійну функцію блокування разом з зазвичай замкнутими контактами 21-22 99CN.

Після завершення накопичення пружинної енергії механічні компоненти механізму накопичення відключають зазвичай замкнутий контакт C-NC лімітного виключника 33HB. Обмотки 99CN та 33HBX втрачають живлення, і накопичення енергії завершується. Зазвичай замкнуті контакти 21-22 99CN та 31-32 33HBX підключають контрольний контур закриття. На основі функцій контактів в схемі з'єднання компонентів, лише коли реле 99CN та 33HBX знаходяться у живленому та активному стані, контрольний контур закриття може бути заблокований. Тому, на основі вищезазначеного аналізу, вважається, що невдалість зазвичай замкнутого контакту C-NC лімітного виключника 33HB може бути причиною неможливості накопичення енергії двигуном.

Персонал обслуговування на місці відкрив задню панель механізму вимикача та знів лімітний виключник. Після перевірки та вимірювання було виявлено, що внутрішні контакти лімітного виключника 33HB були пошкоджені під час процесу накопичення енергії, що не дозволяло живленню проходити через його зазвичай замкнутий контакт C-NC. В результаті обмотки 99CN та 33HBX не отримали живлення. Контактор 99CN не працював, і живлення не було підключено до двигуна накопичення. Одинично, зазвичай замкнуті контакти 21-22 99CN та 31-32 33HBX були довго підключені до контрольного контуру закриття. Оскільки механічний механізм вимикача не був живлений, а вторинний контур закриття був провідним, вимикач не тільки не міг нормально закритися, але й обмотка закриття спалахувала.

3 Лікування та модифікація

Проста заміна лімітного виключника не може суттєво вирішити спеціальну аварію, описану в цій статті. Через нерозумілу конструкцію та неповну механізму взаємного блокування, якщо лімітний виключник пошкоджений, це призведе до аварії в контрольному контурі закриття. Тому внесені наступні зміни до контурів накопичення енергії та контрольного контуру закриття:
(1) Лімітний виключник 33HB складається з пари зазвичай замкнутих контактів та пари зазвичай відкритих контактів, з двома парами контактів, механічно взаємопов'язаних. Відповідно до характеристик ходового виключника, внесені наступні зміни: зазвичай замкнутий контакт C-NC 33HB підключено до обмотки 99CN, як показано на рис. 2. Ця модифікація зберігає функцію відключення контрольного контуру закриття вимикача та неможливості закриття під час процесу накопичення енергії. Зазвичай відкритий контакт O-NO 33HB підключено до обмотки 33HBX. Після завершення накопичення пружинної енергії, зазвичай відкритий контакт O-NO 33HB замкнеться, підключаючи обмотку 33HBX. Одночасно, вилучено зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле 33HBX, підключені до контрольного контуру закриття, та замінено їх на зазвичай відкриті контакти 43-44 33HBX. Ця модифікація змінює керування двома реле однією парою контактів на керування одним реле кожною парою контактів. Це забезпечує, що контрольний контур закриття не може бути провідним під час процесів без накопичення та накопичення енергії. Лише після завершення накопичення пружинної енергії, коли обмотка 33HBX живлена, а зазвичай відкриті контакти 43-44 замкнені, контрольний контур закриття може бути підключений. Одночасно, це також зменшує тривале навантаження на лімітний виключник, продовжуючи його строк служби.
(2) Додайте часове реле T. Підключіть зазвичай замкнуті контакти 31-32 реле 33HBX послідовно з обмоткою часового реле, і встановіть час роботи часовго реле 15 с, що трохи більше, ніж час накопичення пружинної енергії вимикача. Додавання часовго реле може забезпечити наступне: протягом 15 с, коли пружина не заряджена, і під час процесу накопичення, обмотка 33HBX не живлена, зазвичай замкнуті контакти 31-32 замкнені, а часове реле відправляє сигнал про відсутність заряду. Після завершення накопичення пружинної енергії, 33HBX живлене і працює, зазвичай замкнуті контакти 31-32 відключені, а часове реле припиняє відправляти сигнал про відсутність заряду, що свідчить про успішне накопичення енергії.

4 Висновки

Ця стаття фокусується на виправленні дефектів в контрольному контурі 110 кВ вимикача SF₆. Зазвичай відкритий контакт лімітного виключника накопичення енергії підключено послідовно до двигунного контрольного контуру 99CN, а зазвичай замкнений контакт реле 33HBX, підключений послідовно до контрольного контуру закриття, замінено на зазвичай відкритий контакт. Це забезпечує, що лише коли механічні компоненти натискають лімітний виключник 33HB, тобто після завершення накопичення пружинної енергії та роботи реле 33HBX, контрольний контур закриття може бути підключений.

Одночасно, додавання часового реле забезпечує функцію сигналізації про накопичення енергії. Модифікований контрольний контур закриття вимикача не тільки має просту та надійну схему, але й допомагає операторам швидко визначити, чи відбулося накопичення енергії, ефективно запобігаючи аваріям, пов'язаним зі спалахуванням обмотки через відсутність накопичення енергії. Після модифікації та введення в експлуатацію, всі показники вторинного контуру цього типу вимикача працюють нормально, параметри тестів правильні, і не виникає жодних аномальних аварій під час операцій відкриття та закриття.