Zpracování poruchy nemožnosti otevření vysokého napětí na 110 kV pobočce

Podle příslušných předpisů je vysokovoltový odpojovací spínač oprávněn provádět následující operace:

• Přepínání (otevírání/zavírání) normálně fungujících napěťových transformátorů (PT) a ochranných odporů;

• Přepínání neutrálního zemnícího odpojovače hlavního transformátoru za běžných provozních podmínek;

• Přepínání malých proudových smyček pro vyrovnání cirkulačních proudů.

Vysokovoltový odpojovací spínač je elektrickou součástí bez schopnosti uhasit elektrickou oblouk. Proto může být použit pouze tehdy, když je v otevřené poloze. Provoz odpojovacího spínače za zátěží – tedy pokud je přidružený spínač uzavřen nebo zařízení je napájené – může vyvolat intenzivní elektrický oblouk. V těžkých případech to může způsobit meziúrovňové krátké spojení, poškození zařízení a dokonce ohrozit bezpečnost osob.

Když je odpojovací spínač v otevřeném stavu, musí existovat viditelně a spolehlivě oddělení mezi pohyblivými a stacionárními kontakty, splňující požadovanou izolační vzdálenost. Naopak, když je zavřen, musí spolehlivě nést jak normální pracovní proud, tak i krátkozávodný proud. Hlavní funkce odpojovacího spínače je poskytnout spolehlivý izolační bod mezi vysokovoltovými částmi pod napětím a zdrojem energie nebo sběrnou, což zajistí jasný rozhraní pro bezpečnou údržbu deenergizovaných linek.

Vysokovoltové odpojovací spínače lze také použít ve spolupráci s přenosovými linkami podstatičné stanice k provádění přepínacích operací, čímž se mění operační konfigurace podstatičné stanice. Například v podstatičné stanici s provozem na dvojitých sběrnách lze provozní sběrnu převést na záložní sběrnu – nebo elektrické komponenty na jedné sběrně přepnout na druhou – pomocí spínače mezi sběrnami a vysokovoltových odpojovacích spínačů na obou stranách spínače mezi sběrnami. Vzhledem k častým přepínacím operacím však mohou nastat poruchy, jako je neschopnost otevření nebo zavření odpojovacího spínače. Tyto poruchy musí být systematicky diagnostikovány a analyzovány. Pokud samotný odpojovací spínač má vnitřní defekty, jsou nutné návrhy na vylepšení designu.

1. Charakteristiky odpojovacích spínačů

Typicky je na každé straně spínače nainstalován jeden odpojovací spínač, aby byl vytvořen viditelný bod oddělení – což zvyšuje bezpečnost a usnadňuje údržbu. Energie je dodávána horní sběrnou prostřednictvím skříně spínačů do vedení. Odpojovací spínač nad spínačem primárně izoluje zdroj energie. Nicméně, energie může být občas dodávána z dolní strany – například přes obrácený tok z jiných vedení nebo kondenzátorů – což vyžaduje druhý odpojovací spínač pod spínačem.

Určitá 110 kV podstatičná stanice používá vysokovoltové odpojovací spínače typu GW16B/17B-252. Jejich technické specifikace jsou uvedeny v tabulce 1. Tento odpojovací spínač je třípolový venkovní vysokovoltový zařízení navržené pro přepínací operace bez zátěže v 110 kV podstatičných stanicích, které poskytuje elektrickou izolaci mezi zařízením v údržbě a zařízením pod napětím.

Klíčovými prvky tohoto odpojovacího přepínače jsou kompaktní konstrukce, vysoká odolnost vůči oxidaci, stabilní provoz a silná seismická odolnost. Jeho mechanický kontaktní systém používá jednoduchý design s jednoručkovým ohýbáním, přičemž přenosové části jsou umístěny uvnitř vodiče, aby byly chráněny před vnějším prostředím. Uvnitř vodiče jsou nainstalovány dvojice vyvažovacích pružin a sada tlačných pružin: první zajišťuje spolehlivou mechanickou rovnováhu během otevírání a zavírání, zatímco druhá poskytuje dostatečné kontaktní tlak pro bezpečné stisknutí.

Protože odpojovací přepínače jsou obvykle instalovány venku, jsou vystaveny vnějším vlivům, jako jsou větrné a seismické aktivity. Pro zlepšení provozní spolehlivosti je do těla odpojovacího přepínače integrován mechanismus zámku, který zajišťuje stabilní a bezpečné zavírání. Oba odpojovací přepínače a jejich zazemňovací přepínače používají vodiče z hliníkové slitiny, s stříbrnými nebo zlatými poklopy pohyblivých a stacionárních kontaktů, aby byla zajištěna odolnost proti opotřebení, mechanická pevnost a elektrická stabilita na otáčivých spojích.

Zazemňovací přepínač má jednoručkovou kmitací konstrukci. Během zavírání se pohyblivý kontakt nejprve otočí a pak se pohne svisle nahoru, aby se zapojil do stacionárního kontaktu, což zabrání odbici nebo odrážení kontaktu. Tento design zajišťuje spolehlivé zavírání a konzistentní dynamickou a tepelnou stabilitu za podmínek nominálního krátkozávěrového proudů.

2. Konstrukce a princip fungování odpojovacího přepínače

Proces fungování odpojovacího přepínače se skládá ze dvou hlavních akcí: ohybové akce a stiskací akce.

2.1 Ohybová akce

Pod vedením horizontálního rotujícího mechanismu pár ozubení namontovaných na rotující porcelánový izolátor pohání dvě sady čtyřramenných mechanismů k provedení pohybu v rovině. Pod tímto pohonem se dolní vodič otočí dopředu k zavírání (zavírací operace) nebo dozadu k otevírání (otevírací operace). Hnací tyč s kloubem na vrcholu otočného šroubu tak generuje axiální posunutí vzhledem k dolnímu vodiči.

Horní konec této hnací tyče s kloubem je spojen s ozubením-řetězem. Když se tyč pohne, otočí řetěz, který dále pohání ozubení. To způsobí, že horní vodič, který je připevněn k hřídeli ozubení, se pohne vzhledem k dolnímu vodiči, buď rovní (zavírání) nebo ohýbá (otevírání).

Současně, když se hnací tyč s kloubem pohne axiálně, vyvažovací pružiny uvnitř vodiče nepřetržitě ukládají a uvolňují energii. To efektivně vyrovnává velký brzdící moment, což zajišťuje hladký a stabilní provoz po celou dobu přepínacího cyklu.

2.2 Stiskací akce

Když se odpojovací přepínač pohybuje z otevřené polohy směrem k zavřené poloze a blíží se k plné shodě (tj. téměř rovné konfiguraci), ozubení se zapojí do sklonu na redukci a pokračuje ve slizování po něm. V tomto okamžiku, pod reaktivním účinkem návratové pružiny, se hnací tyč s kloubem, spojená s ozubením-řetězem, pohnou dopředu.

Tento dopředný pohyb je přenesen skrze pohyblivou kontaktní sadu, kde tlačná tyč převede lineární pohyb na stiskací akci kontaktových prstů. Jakmile je stacionární kontaktní tyč pevně zachycena, ozubení se mírně posune nahoru po sklonu k dosažení plného mechanického zavírání.

V této fázi je stiskací pružina uvnitř vodiče dále stlačena a působí na tlačnou tyč, což zajišťuje stabilní pohonnou sílu, která udržuje konzistentní a spolehlivý kontaktní tlak mezi kontaktovými prsty a stacionární tyčí.

Během otevírací operace se ozubení pokračuje v pohybu ven po sklonu, dokud se úplně neuvolní. Návratová pružina pak táhne tlačnou tyč, což způsobí, že kontaktové prsty otevřou do tvaru "V", čímž se přeruší elektrické spojení.

3. Případová studie

3.1 Pozorování a analýza chyby

V určitém roce, během přepínací operace na 110 kV transformátorové stanici, jeden vysokonapěťový odpojovací přepínač selhal při otevírání. Byla okamžitě provedena komplexní inspekce zazemňovacího systému, hlavního vodičového systému, mechanického interlocku, horního/dolního vodiče a motorického ovládacího mechanismu. Průzkum odhalil, že přenosové ozubení uvnitř motorického mechanismu bylo poškozeno a součásti, jako jsou hřídele a spoje, byly rozbité. Personál pro provoz a údržbu nahlásil vadu a byly provedeny opravné opatření podle ročního údržbového plánu.

3.2 Zlepšovací opatření

(1) Modernizace pomocných komponent
Hřídele a spoje byly nahrazeny kvalitním nerezovým ocelí, aby bylo zabráněno korozí během dlouhodobého provozu. Byly použity impregnované grafitové a kompozitní ložiska, odolná proti korozí a s nízkými koeficienty tření, aby byla zvýšena efektivita přenosu. Všechny expozované železné části byly hořákově měděné, což výrazně zlepšilo odolnost proti korozí. Praxí bylo potvrzeno, že hořákové mědění je vhodné pro použití venku.

(2) Vylepšení motorického ovládacího mechanismu
Původní motorický mechanismus CJ7A byl nahrazen novějším modelem CJ11. Fotografie upgradovaného mechanismu CJ11 je znázorněna na obrázku 1.

(3) Pokročilý design pomocného přepínače
Pomocný přepínač je klíčovou sekundární komponentou, která poskytuje signály otevření/zavření. Selhání by mohlo vést k nesprávnému signalizaci a funkčnímu selhání. Nový design používá mezinárodně pokročilý mechanismus mikropřepínače poháněný čepelem, což zajišťuje spolehlivé přepínání, hladké otáčení a odolnost proti selhání během přechodů otevření/zavření.

(4) Ochrana motoru
Po dokončení operace otevření nebo zavření je napájecí proud motoru nejprve odpojen pomocným přepínačem. Pokud selže pomocný přepínač, konečné limitní přepínače na straně otevření i zavření odpojí motor. Pokud i tyto selžou, aktivují se mechanické zastavovací prvky na obou stranách, které aktivují tepelný relé k odpojení napájení. Tato třítahlová ochranná systéma spolehlivě zastaví motor po každé operaci, zabrání nekontrolovanému pohybu a možnému mechanickému poškození.

(5) Mechanický přenosový systém
Používá se spojka s čevicí. Čevice, spojky a další redukční komponenty jsou přesně zpracovány a uzavřeny v obalu z hliníkové slitiny. Tento design zajišťuje plynulou operaci, nízký hluk a absence otřesů.

(6) Sekundární řídicí systém
Řídicí panel má racionální a esteticky příjemné rozvržení s dveřmi na závěsných kloubcích, což usnadňuje připojení kabelů a servisní práce na místě, zatímco zajišťuje bezpečnou a spolehlivou operaci sekundárního systému.

(7) Uzavření obalu
Obal mechanismu používá vzduchové polštářové utěsnění na dveřích. Jak dveře, tak horní víko jsou vyrobeny ze锈钢，门和顶盖采用2.5毫米厚的不锈钢，主体采用2毫米厚的不锈钢，具有优良的防风、防沙和防腐蚀性能。

4. Závěr

Na základě let zkušeností s provozem a analýzy poruch motorových mechanismů odpojovače v této podstanici 110 kV byl původní mechanismus upgradován na model CJ11 vyvinutý skupinou Pinggao - nově navržený, samostatně vyvinutý motorový mechanismus s čevicí. Tento vylepšený design překonává předchozí nedostatky v inženýrství a výrobě, nabízí vysokou provozní spolehlivost, plynulý chod, vysokou efektivitu přenosu, absence inertního otřasu, nízký hluk, silnou výměnnost a přitažlivý vzhled.

Kromě lokální a vzdálené elektrické operace mechanismus CJ11 podporuje i ruční operaci. Praktické testování za podmínek nominálního zatížení ukázalo jeho schopnost spolehlivě provést více než 10 000 mechanických operací.

(5) Mechanický přenosový systém
Používá se spojka s čevicí. Čevice, spojky a další redukční komponenty jsou přesně zpracovány a uzavřeny v obalu z hliníkové slitiny. Tento design zajišťuje plynulou operaci, nízký hluk a absence otřesů.

(6) Sekundární řídicí systém
Řídicí panel má racionální a esteticky příjemné rozvržení s dveřmi na závěsných kloubcích, což usnadňuje připojení kabelů a servisní práce na místě, zatímco zajišťuje bezpečnou a spolehlivou operaci sekundárního systému.

(7) Uzavření obalu
Obal mechanismu používá vzduchové polštářové utěsnění na dveřích. Jak dveře, tak horní víko jsou vyrobeny ze 2,5 mm tlusté nerezové oceli, zatímco tělo mechanismu je vyrobeno ze 2 mm tlusté nerezové oceli, což poskytuje vynikající odolnost proti větru, písku a korozi.

4. Závěr

Na základě let zkušeností s provozem a analýzy poruch motorových mechanismů odpojovače v této podstanici 110 kV byl původní mechanismus upgradován na model CJ11 vyvinutý skupinou Pinggao - nově navržený, samostatně vyvinutý motorový mechanismus s čevicí. Tento vylepšený design překonává předchozí nedostatky v inženýrství a výrobě, nabízí vysokou provozní spolehlivost, plynulý chod, vysokou efektivitu přenosu, absence inertního otřasu, nízký hluk, silnou výměnnost a přitažlivý vzhled.

Kromě lokální a vzdálené elektrické operace mechanismus CJ11 podporuje i ruční operaci. Praktické testování za podmínek nominálního zatížení ukázalo jeho schopnost spolehlivě provést více než 10 000 mechanických operací.