SF6-pytkimysten vikasyytojen analyysi ja käsitelyvaiheet

SF₆-purkissa korkean lämpötilan olosuhteissa SF₆-kaasu voi hajoa myrkyllisiin ja räätällyviin kaasuihin sekä veteen, mikä voi vahingoittaa eristyskerrosta. Tämän tilanteen estämiseksi, samalla kun sähkökomponenttien suojaa tehostetaan, pitäisi parantaa myös eristyksen tason. Lisäksi on analysoitava virheet ja otettava käyttöön vastaavia toimenpiteitä niiden hoitoon.

1 Tapauksen analyysi

Alueellisessa alukassa 110 kV-sektorilla sijaitseva kytkin joutui salamaniskun kohteeksi, mikä aiheutti uudelleenkytkennän ongelman kytkinvälissä. Kytkimen ulkonäöstä ei näytä olevan epänormaaleja ilmiöitä. Kuitenkin kytkimen testaamisen jälkeen havaittiin, että vaihe A:n virta on huomattavasti suurempi kuin vaihe B:n tai C:n virta. Alueellisen alukan testausluokan henkilökunta tarkisti kytkimen. Testaus suoritettiin kokeilla, ja sen sisältö käsitteli pääasiassa kytkimen erityseristystä, kytkimen toimintamerkintoja, silmukkaruskoa ja vaihtovirtajännitekestävyyden testiä. Tällä mittausmenetelmällä voidaan tutkia kytkimen sisäistä kaarivirhettä ja testata SF₆-kaasun komponentteja kytkimen sisällä. Tämän välin kytkin on valmistettu SIEMENSillä Hangzhousssa, ja sen malli on 3AP1FG. Tässä välin kytkimeen liittyvistä testeistä saadut tulokset ovat seuraavat:

• Kytkimen erityseristys, joka on yhdistetty CT:hon: vaihe A on 22,5 G, vaihe B on 17,4 G, ja vaihe C on 17,8 G.

• Kytkimen toimintamerkinnät, tuotteen valmistustiedon mukaan, sulkeutumisaika on 65 ms; avaaminen kestää 18 ms. Mittauksista saatujen tulosten mukaan: vaihe A:ssa sulkeutumisaika on 61,1 ms, ja avaaminen kestää 16,8 ms; vaihe B:ssä sulkeutumisaika on 61,1 ms, ja avaaminen kestää 16,1 ms; vaihe C:ssä sulkeutumisaika on 58,9 ms, ja avaaminen kestää 16,4 ms. Sulkeutumisen synkronisuus on 1,2 ms; avaamisen synkronisuus on 0,3 ms.

• Vaihtovirtajännitekestävyyden testin tulos kytkimeen: 75 kV, 1 minuutti, hyväksytty.

• Kytkimen SF₆-kaasun komponenttien testi osoitti, että vaihe A:ssa rikkioksidipitoisuus on 4,13 l/L, ja rikkidioksidipitoisuus on 3,15 l/L; vaihe B:ssä rikkioksidipitoisuus on 0 l/L, ja rikkidioksidipitoisuus on 0 l/L; vaihe C:ssä rikkioksidipitoisuus on 0 l/L, ja rikkidioksidipitoisuus on 0 l/L. Sähkölaiteiden ennaltaehkäisevien testien ohjeiden mukaan rikkioksidipitoisuuden pitäisi olla alle 3 l/L, ja rikkidioksidipitoisuuden pitäisi olla alle 2 l/L. Vaihe A:n kytkimen SF₆-kaasun komponenttien testitulokset osoittavat, että ne ylittävät määräydet, joten testaajien pitäisi kiinnittää huomiota tähän.

• Silmukkaruskan testi kytkimeen. Testiohjeiden mukaan mitattu arvo pitäisi olla alle 120 % valmistajan määrittelemästä arvosta. Tämä testi suoritettiin silmukkaruskantestilaitteen avulla, ja kolmen testin aikana saadut tiedot ovat seuraavat: ensimmäinen testitulos: vaihe A on 1368 μΩ; vaihe B on 694 μΩ; vaihe C on 579 μΩ; toinen testitulos: vaihe A on 38 μΩ; vaihe B on 36 μΩ; vaihe C on 35 μΩ; kolmas testitulos: vaihe A on 38 μΩ; vaihe B on 39 μΩ; vaihe C on 38 μΩ.

Testauksesta saatujen tiedonanalyysin perusteella voidaan tunnistaa joitakin ominaispiirteitä: Ensinnäkin, vaihe A:n testiarvo on huomattavasti suurempi kuin vaihe B:n tai C:n, ja se ylittää jopa 1000 μΩ, mikä on vakavasti normaalirresistanssin yläpuolella. Toiseksi, kolmen testin tuloksista voidaan nähdä, että vaihe A:n testitulokset vaihtelevat huomattavasti eivätkä ole lainkaan stabiileja, ja kolmessa testissä ei ole juuri lainkaan toistettavuutta. Kolmanneksi, vaihe A:n, B:n ja C:n väliset testitulokset eroavat paljon. Neljänneksi, vaihe A:n testitulos on nousanut huomattavasti verrattuna aiempiin testejä. Testausmenetelmällä ja saadun tiedon analyysillä voidaan päätellä, että vaihe A:n kytkimen eristyseffekti on hyvä, ja kytkimen toimintamerkinnät noudattavat säännöksiä. Kuitenkin vaihe A:n kytkimen SF₆-kaasun komponentit ylittävät vakavasti määräydet, ja silmukkarusko ylittää määräykset. Siksi purkautumisen ja analyysin jälkeen kytkimen ominaisuudet ovat seuraavat: Ensinnäkin, vaihe A:n kosketinpiireihin on kiintynyt musta jauhe. Vaikka määrä ei ole suuri, pinta-alueen karvat ja pehmeät osat ovat hyvin selvät. Toiseksi, liikkuvien kosketinpiirien pinnalla on löydetty kaarien polttomerkkiä.

2 SF₆-kytkimen virhetilanteet ja virheiden syyt

Yllä mainittu tapaus on SF₆-kytkimen virhe, joka ilmenee uudelleenkytkennän ongelmaksi. Kun virheellinen kytkin jatkaa käyttöä, tällainen kytkinvirhe voi johtaa toimintakieltoon, väärään toimintaan ja eristysvirheisiin, jotka ovat hyvin haitallisia.

2.1 SF₆-kytkimen toimintakielto- ja vääratoimintavirheet

SF₆-kytkimen toimintakielto, eli avautumisen ja sulkeutumisen kieltäminen, tarkoittaa, että kytkin ei suorita vastaavia toimintoja avautumisen tai sulkeutumisen signaalin lähettämisen jälkeen. Kytkimen väärä toiminta tarkoittaa, että kytkin suorittaa avautumisen tai sulkeutumisen toiminnot ilman toimintakomentoa, ja on mahdollista, että kytkimen toiminnot eivät vastaa toimintakomentoa. SF₆-kytkimellä voi olla myös "epäoikeutettu katkeama", eli suojalaitte ei lähde toimintasignaalia, ja kytkin katkeaa automaattisesti ilman manuaalista toimintaa. On monia syitä kytkimen toimintakielto- tai vääratoimintavirheille, kuten kytkimen mekaaniset virheet, sähköisten laitteiden virheet ja relaatioverkkosuojalaitevirheet.

2.2 SF₆-kytkimen eristysvirheet

Jos kytkimellä on eristysvirheitä, tapahtuu SF₆-kaasun vuoto, ja aiheutuu myös mekaanisia virheitä, pääasiassa ilmaantuena sisäisen eristysvirheen maanjäntevaimennuksen, salaman aiheuttaman ylivoltan vuoksi tapahtuneen sisäisen eristysvirheen, kondensaattori-putken sisäisen eristysvirheen, ulkoisen eristysvirheen maanjäntevaimennuksen, ja porcelaani-putken ja eristysputken sisäisen eristysvirheen.

2.3 Pääasialliset syyt toimintakielto- ja vääratoimintavirheisiin

Mekaaninen syy kytkimen toimintakieltovirheeseen on, että kytkimen valmistuksessa, asennuksessa, kalibroinnissa tai teknisessä ylläpidossa on puutteita, mikä johtaa laatuongelmiin. Mekaanisten virheiden aiheuttama kytkimen toimintakielto muodostaa yli 60 % kaikista kytkimen toimintakieltovirheistä. Sähköisten syiden aiheuttamat kytkimen virheet ilmenevät pääasiassa toissijaisissa johtoissa, avautumisen ja sulkeutumisen rautaydinjäntevaimennuksessa, kierroskoneiden palamisessa, avautumiskaaren ruskokierrossa, lukitusrelaatiolaitteen virheissä, toiminnan voimanlähteen virheissä ja apukytkimissä.

2.4 Eristysvirheiden syyt

Kytkimen sisäisten eristysvirheiden syyt sisältävät metallisten esineiden olemassaolon kytkimen sisällä, mikä johtaa johtavuuteen ja vapautumiseen; kytkimen sisällä olevan liukuvan potentiaalin, mikä aiheuttaa vapautumisvirheitä; kytkimen eristysosien pintapinnan reunoilla tapahtuvat eristysvirheet, ja epätäydellinen eristysosien suunnittelu. Kytkimen ulkoisten eristysvirheiden syyt ovat, että porcelaani-putken ulkoisen eristyspinnan kulkumatka ei täytä vaatimuksia, ja ulkoisesti näkyvien määritysten ei vastaa vaatimuksia, mikä aiheuttaa ulkoisen eristysvirheen. Jos porcelaani-putken valmistuksessa on laatuongelmia ja työympäristö on likainen, eristysvirhe voi myös tapahtua.

3 Hoitomenetelmät SF₆-kytkimen virheille
3.1 Pääsilmun vastuksen mittaaminen

Kun kytkin on suljettu, mittaile pääsilmusta tulevan ja lähtevän virran vastusta. Virta voi olla mistä tahansa arvosta 100 A ja siihen asti. Jos maanjohtavan kytkimen johtavan putken kotelolle voidaan tehokkaasti eristää eristys, voidaan mitata johtavan putken rinnakkaisvastusta, ja voidaan myös mitata johtavan putken jännitevastusta.

3.2 AC-jännitekestävyyden testaus kytkimelle

AC-jännitekestävyyden testaaminen kytkimelle voi paljastaa testattavan näytteen puutteet. Simuloitu testattavan näytteen toiminta auttaa ymmärtämään sen kykyä kestää ylivoltia. Erilaisten vapautuvien johtavien hiukkasten tarkastuksessa AC-voltan herkkyyden on erittäin korkea.

3.3 Säännölliset tarkastukset ja kokeet

Välttääksesi kytkimen toiminnassa tapahtuvia virheitä, tulisi suorittaa säännöllisiä tarkastuksia ja kokeita, mukaan lukien kytkimen määrätylle toimintajännitteelle ja sen aikamerkintöjen testaus. Kytkimen mekaanisten merkintöjen tarkastuksessa tulisi tarkastaa kaikki mekaaniset osat, ja tarkastaa toimintamekanismin ulkonäkö varmistaaksesi, että avautumisen ja sulkeutumisen kierroskoneet ovat hyvässä kunnossa.

3.4 Kytkimen testaus purkautumalla ja kemiallisella menetelmällä

Kun kytkin toimii normaalisti, SF₆ ei reagoi kemiallisesti metallisilla materiaaleilla ja orgaanisilla kiinteillä materiaaleilla. Kaarien vapautuminen voi toimia katalysaattorina, mikä johtaa kemiallisiin reaktioihin. Kun mitataan SF₆-kaasun hajoamistuotteita, pääasialliset kemialliset komponentit, jotka on mitattava, sisältävät rikkioksidia, rikkidioksidia, metania ja maalihaista. Kaasupitoisuuksien analysoimalla voidaan arvioida SF₆-kytkimen potentiaalisia piilovirheitä.

4 Yhteenveto

Yhteenvetona SF₆-kytkin on yhä tärkeämpi rooli sähköjärjestelmässä. Kytkimen normaalin toiminnan ylläpitäminen on keskeistä järjestelmän turvalliselle toiminnalle. Toiminnan ja ylläpidon henkilökunnalle on tärkeää ymmärtää kytkimen toiminta, tunnistaa virheiden syyt, ja löytää järkeviä hoitomenetelmiä syyjen perusteella, mikä on välttämätön ammattitaito, jotta sähköjärjestelmä voi toimia turvallisesti.