Feilhåndtering av høyspenningsavkoplingsproblem ved åpning på et 110 kV understasjon

I henhold til relevante forskrifter er det tillatt for høyspændingsavkopplere å utføre følgende operasjoner:

• Skifte (åpne/lukke) normalt fungerende spenningsoverførere (PTs) og lynbeskyttelsesapparater;

• Skifte den neutrale jordforbindelse av en hovedtransformator under normale driftsbetingelser;

• Skifte småstrømsløkker for å balansere sirkulasjonstrømmer.

En høyspændingsavkoppler er et elektrisk komponent uten evne til å kvell bue. Derfor kan den bare brukes når den er i åpen posisjon. Bruk av en avkoppler under belastning, altså mens den tilhørende strømbryteren er lukket eller utstyret er energisert, kan generere intense elektriske buer. I alvorlige tilfeller kan dette forårsake fasetil-fase kortslutninger, skade utstyr og enda fare for personers sikkerhet.

Når avkoppleren er i åpen posisjon, må det være en tydelig synlig og pålitelig separasjon mellom dens bevegelige og stasjonære kontakter, som oppfyller kravet om isoleringsavstand. Omvendt, når den er lukket, må den pålitelig overføre både normal laststrøm og kortslutningsstrøm. Den primære funksjonen til en avkoppler er å gi et pålitelig isolasjonspunkt mellom høyspændingslevende deler og kraftkilden eller busbar, for å sikre en klar bryting for trygg vedlikehold av deenergisede linjer.

Høyspændingsavkopplere kan også brukes i samarbeid med understations overføringslinjer for å utføre skifteoperasjoner, dermed endre understatens driftskonfigurasjon. For eksempel, i en understation med dobbelt busbar drift, kan den driftende busbaren overføres til reservbusbaren - eller elektriske komponenter på en busbar kan skiftes til en annen - ved bruk av busbarforbindelsesstrømbryteren og høyspændingsavkopplere på begge sider av busbarforbindelsesbryteren. Imidlertid, på grunn av ofte skifteoperasjoner, kan feil som uferdighet til å åpne eller lukke avkoppleren oppstå. Disse feilene må systematisk diagnoiseres og analysert. Hvis inngående defekter finnes i avkoppleren selv, er designforbedringer nødvendige.

1. Karakteristika ved avkopplere

Vanligvis installeres det en avkoppler på hver side av en strømbryter for å skape et tydelig synlig brytepunkt - noe som øker sikkerheten og forenkler vedlikehold. Kraft leveres fra den øvre busbaren gjennom en skruvedistribusjonskabinet til utgående feeder. Avkoppleren ovenfor strømbryteren isolerer hovedsakelig kraftkilden. Men kraft kan noen ganger bli levert fra nedre siden - for eksempel via reversiv strømoverføring fra andre kretser eller kondensatorer - noe som krever en annen avkoppler nedenfor strømbryteren.

En viss 110 kV understation bruker GW16B/17B-252 type høyspændingsavkopplere. Deres tekniske spesifikasjoner er oppført i tabell 1. Denne avkoppleren er et trepol outdoor høyspændingsenheter designet for ubelasted skifteoperasjoner i 110 kV understasjoner, som gir elektrisk isolasjon mellom utstyr under vedlikehold og energiserte kretser.

Nøkkelkjennetegn ved denne koblingsbryteren inkluderer en kompakt struktur, høy oksidasjonsmotstand, stabil drift og sterk seismisk ytelse. Dens mekaniske kontaktsystem bruker et enkelt enarmet bue-design, med overføringskomponenter plassert inni ledningsrøret for å skjul dem for eksterne miljøinfluenser. Innen i ledningsrøret er det installert et par balanseringsfedre og et sett klemmefedre: de førstnevnte sikrer pålitelig mekanisk balanse under åpning og lukking, mens de siste gir tilstrekkelig kontakttrykk for sikker klemming.

Ettersom koblingsbrytere vanligvis monteres utendørs, er de utsatt for eksterne påvirkninger som vind og seismisk aktivitet. For å forbedre driftsrelativiteten, er det integrert en låsemechanisme i bryterhvelvet for å sikre stabil og sikker lukking. Begge bryteren og dens jordbryter bruker aluminiumslegering-ledningsrør, med silver- eller gullbelagte bevegelige og statiske kontakter for å garantere slitasjemotstand, mekanisk robusthet og elektrisk stabilitet ved roterende koblinger.

Jordbryteren har en enarmet svingsstruktur. Under lukking roterer den bevegelige kontakten først, og deretter beveger den seg vertikalt oppover for å engasjere den statiske kontakten, noe som unngår kontakt-hopp eller -gjenkjøling. Dette designet sikrer pålitelig lukking og konsekvent dynamisk og termisk stabilitet under betingelser av nominell kortslutningsstrøm.

2. Struktur og arbeidsprinsipp for koblingsbryteren

Driftsprosessen for en koblingsbryter består av to hovedaksjoner: buemaksjon og klemmekaksjon.

2.1 Buemaksjon

Guidet av en horisontal rotasjonsmekanisme, driver et par hjulmontert på den roterende porcelænsisolatoren to sett firelenke-mekanismer for å utføre planar bevegelse. Under denne drivningen roterer det nedre ledningsrøret fremover for å lukke (lukkeoperasjon) eller bakover for å åpne (åpneoperasjon). Den hingedede aktiveringsstangen øverst på operasjonskreken genererer dermed aksial forskyvning relativ til det nedre ledningsrøret.

Den øvre enden av denne hingedede aktiveringsstangen er koblet til et hjuls-kjede-monteringssett. Når stangen beveger seg, roterer den kjeden, som igjen driver hjulet. Dette fører til at det øvre ledningsrøret—festet til hjulsaksen—beveger seg relativt til det nedre ledningsrøret, enten rettes (lukking) eller bøyes (åpning).

Samtidig som den hingedede aktiveringsstangen undergår aksial bevegelse, lagrer og frigir balanseringsfedrene inne i ledningsrøret kontinuerlig energi. Dette motveier effektivt den tunge bremsmomentet, og sikrer jevn og stabil drift gjennom hele skiftecyklen.

2.2 Klemmekaksjon

Når koblingsbryteren beveger seg fra åpen posisjon mot lukket posisjon og nærmer seg full justering (dvs. nærmest rett konfigurasjon), engasjerer hjulet med en skråflate på gearhuset og fortsetter å glide langs den. På dette punktet, under reaksjonskraften fra returfedren, beveger den hingedede aktiveringsstangen—koblet til hjuls-kjede—seg fremover.

Denne fremoverbevegelsen overføres gjennom bevegelig kontaktmontasje, hvor en pushrod konverterer lineær bevegelse til en klemmekaksjon av kontaktfingerene. Når den statiske kontaktstangen er sikret, glir hjulet litt oppover langs skråflaten for å oppnå full mekanisk lukking.

På dette stadiumet blir klemmefedren inne i ledningsrøret videre komprimert og utøver kraft på pushroden, og sikrer en stabil drevkraft som opprettholder konsekvent og pålitelig kontakttrykk mellom kontaktfingerene og den statiske stangen.

Under åpneoperasjonen fortsetter hjulet å bevege seg ut langs skråflaten til det er fullstendig løst. Returfedren trekker da pushroden, som fører til at kontaktfingerene åpnes i en "V"-form, og dermed bruttes elektrisk forbindelse.

3. Case Study

3.1 Feilobservasjon og analyse

I et visst år, under en skifteoperasjon på 110 kV transformatorstasjon, klarte en høyspenningskoblingsbryter ikke å åpne. Det ble umiddelbart foretatt en omfattende inspeksjon av jordsystemet, hovedledningssystemet, mekanisk interlås, øvre/nedre ledningsrør og den motoriserte driftsmechanismen. Undersøkelsen avdekket at overføringshjulet inne i motormekanismens boks var skadet, og komponenter som aksepinne og ledd var brutt. Drifts- og vedlikeholdsansatte rapporterte defekten, og korrektive tiltak ble implementert ifølge årlig vedlikeholdsplan.

3.2 Forbedringstiltak

(1) Oppgradert hjelpematerialer
Aksepinne og ledd ble byttet ut med høykvalitets rustfritt stål for å forhindre korrosjon under langvarig drift. Grafitimpregnerede og komposittbusser—resistente mot korrosjon og med lav friksjonskoeffisient—ble valgt for å forbedre overføringseffektiviteten. Alle eksponerte jernholdige deler ble hetgalvanisert, noe som betydelig forbedret korrosjonsmotstanden. Feltopplevelse bekrefter at hetgalvanisering er godt egnet for utendørs anvendelse.

(2) Forbedret motorisert driftsmechanisme
Den originale CJ7A-motormekanismen ble erstattet med den nyere CJ11-modellen. Et bilde av den oppgraderte CJ11-mekanismen er vist i figur 1.

(3) Avansert hjelpeswitchdesign
Hjelpeswitchen er en kritisk sekundærkomponent som gir signaler om åpne/lukket status. Mislykkes kan føre til feil signalering og driftsavvik. Det nye designet bruker et internasjonalt avansert kam-drevet mikroswitch-mekanisme, som sikrer pålitelig skifte, jevn rotasjon og immunitet mot mislykkes under åpne/lukket overganger.

(4) Motorstyringsskydd
Når en åpne eller lukket operasjon er fullført, kuttes først motorens strøm av hjelpeswitchen. Hvis hjelpeswitchen mislykkes, kobler terminalstoppswitcher på både åpne- og lukkesiden motoren. Hvis disse også mislykkes, aktiverer mekaniske stopper på begge sider en termisk relé for å kutte strømmen. Dette tretrinnsbeskyttelsessystemet stopper pålitelig motoren etter hver operasjon, unngår ubehersket bevegelse og potensiell mekanisk skade.

(5) Mekanisk overføringsystem
Et vrikkjerr-system blir brukt. Vrikkjerra, koblingene og andre reduksjonskomponenter er presisjonsmaskinert og seglert inni en aluminiumslegerbeholder. Denne designet sikrer jevnt drift, lav støy og ingen påvirkningsslag.

(6) Sekundært kontrollsystem
Kontrollpanelet har et fornuftig og estetisk plassering med en hengende dørstruktur, som forenkler kablingsprosessen og vedstedshåndtering, samtidig som det sikrer trygg og pålitelig sekundær systemdrift.

(7) Beholdersegling
Mekanismens beholder bruker luftkussen-segling på døren. Både døren og toppen er laget av rostfritt stål i 2,5 mm tykkelse, mens hovedkroppen bruker 2 mm tykt rostfritt stål, noe som gir fremragende motstand mot vind, sand og korrosjon.

4. Konklusjon

Basert på flere års driftserfaring og feilanalyse av skillebrytermotormekanismer på denne 110 kV understasjon, ble den opprinnelige mekanismen oppgradert til CJ11-modellen utviklet av Pinggao Group—en nylig designet, selvstendig utviklet vrikkjerr-type motoriseret operasjonsmekanisme. Dette forbedrede designet overkommer tidligere mangler i både ingeniørvirksomhet og produksjon, og tilbyr høy driftsreliabilitet, jevnt bevegelse, høy overføringsverknad, ingen inertieslag, lav støy, sterke byttebarhet og attraktivt utseende.

I tillegg til lokal og fjern elektrisk drift, støtter også CJ11-mekanismen manuell drift. Praktiske tester under spesifisert belastningsforhold har demonstrert dens evne til å utføre mer enn 10 000 mekaniske operasjoner pålitelig.