مشکل در باز نشدن جداکننده ولتاژ بالا در زیرстанسیون ۱۱۰ کیلوولت

بر اساس مقررات مربوطه، دستگاه‌های قطع کننده فشار بالا مجاز به انجام عملیات زیر هستند:

• تغییر وضعیت (باز/بسته) ترانسفورماتورهای ولتاژ و لایتنگ آرسترها در شرایط عادی;

• تغییر وضعیت قطع کننده زمین‌کشی خنثی ترانسفورماتور اصلی در شرایط عادی;

• تغییر وضعیت حلقه‌های جریان کوچک برای تعادل جریان‌های دورانی.

قطع کننده فشار بالا یک مولفه الکتریکی بدون قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی است. بنابراین، فقط می‌تواند در موقعیت باز عمل کند. عملیات قطع کننده در حالت باردار—یعنی در حالی که سوئیچ مداربردار مربوطه بسته است یا تجهیزات برق‌خورده هستند—می‌تواند قوس‌های الکتریکی شدید تولید کند. در موارد شدید، این می‌تواند منجر به کوتاهی بین فازها، خسارت تجهیزات و حتی خطر برای امنیت افراد شود.

هنگامی که قطع کننده در حالت باز است، باید جداشدگی واضح و قابل اعتمادی بین تماس‌های متحرک و ثابت آن وجود داشته باشد که فاصله اندازه‌گیری مورد نیاز را برآورده سازد. در عوض، وقتی بسته است، باید بتواند هم جریان بار عادی و هم جریان کوتاهی را به صورت قابل اعتماد منتقل کند. وظیفه اصلی قطع کننده ایجاد یک نقطه جداسازی قابل اعتماد بین قسمت‌های زنده فشار بالا و منبع برق یا باربر اصلی است تا یک توقف مشخص برای تعمیرات ایمن خطوط برق‌خورده فراهم شود.

قطع کننده‌های فشار بالا همچنین می‌توانند در هماهنگی با خطوط انتقال زیرстанیون برای انجام عملیات تغییر وضعیت استفاده شوند، بنابراین کنفیگوراسیون عملیاتی زیرستانیون را تغییر می‌دهند. به عنوان مثال، در یک زیرستانیون با عملیات دو باربر، می‌توان باربر فعال را به باربر پشتیبان منتقل کرد یا تجهیزات الکتریکی روی یک باربر را به باربر دیگر منتقل کرد با استفاده از سوئیچ مداربردار بین باربرها و قطع کننده‌های فشار بالا در دو طرف سوئیچ مداربردار بین باربرها. با این حال، به دلیل عملیات تغییر وضعیت مکرر، شکست‌هایی مانند عدم توانایی باز یا بستن قطع کننده ممکن است رخ دهد. این خطاها باید به صورت سیستماتیک تشخیص داده و تحلیل شوند. اگر نقص ذاتی در قطع کننده وجود دارد، بهبودهای طراحی ضروری است.

1. ویژگی‌های قطع کننده‌ها

معمولاً یک قطع کننده در هر طرف یک سوئیچ مداربردار نصب می‌شود تا یک نقطه جداسازی واضح ایجاد شود—این امر امنیت را افزایش می‌دهد و تعمیرات را تسهیل می‌کند. برق از باربر بالایی از طریق یک کابین کنترل به خط خروجی ارسال می‌شود. قطع کننده قبل از سوئیچ مداربردار اصلی منبع برق را جداسازی می‌کند. با این حال، گاهی اوقات برق ممکن است از طرف پایین تغذیه شود—به عنوان مثال، از طریق جریان معکوس از مدارهای دیگر یا خازنهای ذخیره‌سازی—که نیاز به یک قطع کننده دوم بعد از سوئیچ مداربردار می‌باشد.

یک زیرستانیون 110 kV خاص از قطع کننده‌های فشار بالا نوع GW16B/17B-252 استفاده می‌کند. مشخصات فنی آن در جدول 1 فهرست شده است. این قطع کننده یک دستگاه فشار بالا سه‌پلی خارجی است که برای عملیات تغییر وضعیت بدون بار در زیرستانیون‌های 110 kV طراحی شده است و جداسازی الکتریکی بین تجهیزات تحت تعمیر و مدارهای برق‌خورده را فراهم می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی این جداکننده شامل ساختار فشرده، مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون، عملکرد پایدار و مقاومت قوی در برابر زلزله است. سیستم تماس مکانیکی آن از طراحی ساده تک‌بازوه با انحنا استفاده می‌کند و اجزای انتقال داخل لوله هدایت کننده قرار داده شده‌اند تا از تداخل محیط خارجی محافظت شوند. در داخل لوله هدایت کننده یک جفت فنر تعادل و یک دسته فنر گیرنده نصب شده‌اند: اولی برای تضمین تعادل مکانیکی قابل اعتماد در عملیات باز و بسته شدن و دومی برای فراهم کردن فشار تماس کافی برای گرفتن محکم.

چون جداکننده‌ها معمولاً در محیط باز نصب می‌شوند، تحت تأثیر عوامل خارجی مانند باد و زلزله قرار می‌گیرند. برای افزایش قابلیت اطمینان عملکردی، یک مکانیسم قفل در بدنه جداکننده یکپارچه شده است تا بسته شدن پایدار و ایمن را تضمین کند. هم جداکننده و هم کلید زمینی از لوله‌های هدایت کننده آلومینیومی استفاده می‌کنند و تماس‌های متحرک و ثابت آن‌ها با نقره یا طلا پوشش داده شده‌اند تا مقاومت در برابر سایش، قدرت مکانیکی و پایداری الکتریکی در مفاصل چرخشی را تضمین کنند.

کلید زمینی دارای ساختار تک‌بازوه با انحنا است. در حین بسته شدن، تماس متحرک ابتدا چرخانده می‌شود و سپس به صورت عمودی به بالا حرکت می‌کند تا با تماس ثابت متصل شود، این طراحی از نوسان یا بازگشت تماس جلوگیری می‌کند. این طراحی بسته شدن قابل اعتماد و پایداری دینامیکی و حرارتی یکسان را در شرایط جریان کوتاه مداری اسمی تضمین می‌کند.

۲. ساختار و اصل عملکرد جداکننده

فرآیند عملیاتی جداکننده شامل دو عملیات اصلی است: عملیات انحناء و عملیات گیرنده.

۲.۱ عملیات انحناء

با هدایت یک مکانیسم چرخشی افقی، یک جفت دنده روی عایق سرامیکی چرخان به دو دسته مکانیسم چهارباره برای انجام حرکت صفحه‌ای می‌راند. در این حرکت، لوله هدایت کننده پایین به جلو چرخانده می‌شود تا بسته شود (عملیات بسته شدن) یا به عقب چرخانده می‌شود تا باز شود (عملیات باز شدن). میله‌ی گیرنده‌ی مفصلی در بالای پیچ محرک بنابراین حرکت محوری نسبت به لوله هدایت کننده پایین ایجاد می‌کند.

سر بالایی این میله‌ی گیرنده‌ی مفصلی به یک مجموعه دنده‌-زنجیره متصل است. هنگامی که میله حرکت می‌کند، زنجیره چرخانده می‌شود که به نوبه خود دنده را می‌راند. این باعث می‌شود لوله هدایت کننده بالایی -که به محور دنده ثابت شده است- نسبت به لوله هدایت کننده پایین حرکت کند، یا مستقیم شود (بسته شدن) یا انحناء پیدا کند (باز شدن).

همزمان، با حرکت محوری میله‌ی گیرنده‌ی مفصلی، فنرهای تعادل در داخل لوله هدایت کننده به طور مداوم انرژی ذخیره و آزاد می‌کنند. این عمل باعث متعادل کردن گشتاور ضربه‌ای سنگین می‌شود و عملکرد هموار و پایدار را در طول کل چرخه تغییر وضعیت تضمین می‌کند.

۲.۲ عملیات گیرنده

هنگامی که جداکننده از وضعیت باز به سمت وضعیت بسته شدن حرکت می‌کند و به تراز کامل (یعنی وضعیت تقریباً مستقیم) نزدیک می‌شود، دنده با یک صفحه‌ی مایل در جعبه دنده مرتبط می‌شود و ادامه حرکت روی آن را دارد. در این مرحله، تحت نیروی واکنش فنر بازگشت، میله‌ی گیرنده‌ی مفصلی -که به دنده‌-زنجیره متصل است- به جلو حرکت می‌کند.

این حرکت به جلو از طریق مجموعه تماس متحرک منتقل می‌شود، جایی که میله‌ی هل دهنده حرکت خطی را به عملیات گیرنده‌ی انگشت‌های تماس تبدیل می‌کند. یک بار که میله‌ی تماس ثابت محکم گرفته شد، دنده کمی به بالا در امتداد صفحه‌ی مایل حرکت می‌کند تا بسته شدن مکانیکی کامل را تأمین کند.

در این مرحله، فنر گیرنده در داخل لوله هدایت کننده بیشتر فشرده می‌شود و نیرویی را بر میله‌ی هل دهنده وارد می‌کند که نیروی محرک پایداری را تأمین می‌کند و فشار تماس یکسان و قابل اعتماد بین انگشت‌های تماس و میله‌ی ثابت را حفظ می‌کند.

در طول عملیات باز شدن، دنده ادامه حرکت خارجی را روی صفحه‌ی مایل دارد تا کاملاً جدا شود. سپس فنر بازگشت میله‌ی هل دهنده را می‌کشند و انگشت‌های تماس به شکل "V" باز می‌شوند و اتصال الکتریکی را قطع می‌کنند.

۳. مطالعه موردی

۳.۱ مشاهده و تحلیل خطا

در یک سال خاص، در طی یک عملیات تغییر وضعیت در زیرстанسیون ۱۱۰ کیلوولت، یک جداکننده‌ی ولتاژ بالا نتوانست باز شود. یک بازرسی جامع از سیستم زمین، سیستم هدایت کننده اصلی، قفل مکانیکی، لوله‌های هدایت کننده بالا/پایین و مکانیسم عملیاتی موتوری انجام شد. بررسی نشان داد که دنده‌ی انتقال در جعبه موتور آسیب دیده بود و قطعاتی مانند دُر و مفاصل شکسته شده بودند. کارکنان عملیات و نگهداری خرابی را گزارش دادند و تدابیر اصلاحی بر اساس برنامه نگهداری سالانه اجرا شد.

۳.۲ تدابیر بهبود

(۱) به‌روزرسانی قطعات کمکی
دورها و مفاصل با استیل ضد زنگ با کیفیت بالا جایگزین شدند تا از فرسودگی در طول دوره عملیات بلندمدت جلوگیری شود. بوش‌های ترکیبی و نفوذی کربنی که مقاوم در برابر فرسودگی و با ضریب اصطکاک کم هستند، برای افزایش کارایی انتقال به کار گرفته شدند. تمام قطعات فولادی ظاهری با روکش گرم غوطه‌ور شدند که به طور قابل توجهی عملکرد مقاوم در برابر فرسودگی را بهبود بخشید. تجربه میدانی نشان می‌دهد که روکش گرم غوطه‌ور مناسب برای کاربردهای باز است.

(۲) بهبود مکانیسم عملیاتی موتوری
مکانیسم موتوری CJ7A اصلی با مدل جدید CJ11 جایگزین شد. تصویر مکانیسم CJ11 به‌روزرسانی شده در شکل ۱ نشان داده شده است.

(۳) طراحی پیشرفته کلید کمکی
کلید کمکی یک مولفه ثانویه مهم است که سیگنال‌های وضعیت باز/بسته را ارائه می‌دهد. خرابی آن می‌تواند منجر به سیگنال‌های اشتباه و اختلال عملیاتی شود. طراحی جدید از مکانیسم میکروسوئیچ با چرخ دنده‌ی پیشرفته بین‌المللی استفاده می‌کند که تضمین می‌کند تغییر وضعیت قابل اعتماد، چرخش هموار و مقاوم در برابر خرابی در تغییر وضعیت باز/بسته باشد.

(۴) محافظت کنترل موتور
بعد از تکمیل عملیات باز یا بسته شدن، توان موتور ابتدا توسط کلید کمکی قطع می‌شود. اگر کلید کمکی خراب شود، سوئیچ‌های حدی در هر دو طرف باز و بسته موتور را قطع می‌کنند. اگر این‌ها نیز خراب شوند، موانع مکانیکی در هر دو طرف یک رله گرمایی را فعال می‌کنند تا توان را قطع کنند. این سیستم محافظت سه‌سطحی به طور قابل اعتماد موتور را بعد از هر عملیات توقف می‌دهد و از حرکت غیرقابل کنترل و خسارت مکانیکی ممکن جلوگیری می‌کند.

(5) سیستم انتقال مکانیکی
از سیستم پیوند دندانه‌ای استفاده شده است. دندانه‌ای، پیوندها و سایر اجزای کاهش دهنده به صورت دقیق ماشین‌کاری شده و در یک پوسته آلومینیومی بسته شده‌اند. این طراحی عملکرد هموار، سر و صدا کم و عدم ضربه را تضمین می‌کند.

(6) سیستم کنترل ثانویه
پنل کنترل دارای چیدمان منطقی و زیبا با ساختار درب مفصلی است که موجب تسهیل سیم‌کشی و نگهداری محلی می‌شود و در عین حال عملکرد ایمن و قابل اعتماد سیستم ثانویه را تضمین می‌کند.

(7) بسته‌بندی محیط
محیط دارای بسته‌بندی هوایی در درب است. هر دو درب و پوشش بالایی از فولاد ضد زنگ با ضخامت 2.5 میلی‌متر ساخته شده‌اند، در حالی که بدنه اصلی از فولاد ضد زنگ با ضخامت 2 میلی‌متر است، که مقاومت خوبی در برابر باد، شن و فرسایش دارد.

4. نتیجه‌گیری

بر اساس سال‌ها تجربه عملیاتی و تحلیل خطا در مکانیزم‌های موتوری جداکننده در این زیرآستانه 110 کیلوولت، مکانیزم اصلی به مدل CJ11 توسعه یافته توسط گروه پینگگائو - یک مکانیزم جدید و مستقل با نوع دندانه‌ای - بهبود یافت. این طراحی بهبود یافته نقاط ضعف قبلی در مهندسی و تولید را غلبه می‌کند و عملکرد قابل اعتماد بالا، حرکت هموار، کارایی انتقال بالا، عدم ضربه لختی، سر و صدا کم، تعویض‌پذیری قوی و ظاهر زیبا را ارائه می‌دهد.

علاوه بر عملیات الکتریکی محلی و دور، مکانیزم CJ11 همچنین عملیات دستی را پشتیبانی می‌کند. آزمایش‌های عملی تحت شرایط بار اسمی نشان داده است که قادر به انجام بیش از 10000 عملیات مکانیکی قابل اعتماد است.