Обработка неисправности высоковольтного разъединителя при отказе открытия на подстанции 110 кВ

Согласно соответствующим правилам, высоковольтные разъединители разрешается использовать для выполнения следующих операций:

• Включение/отключение нормально работающих трансформаторов напряжения (PT) и ограничителей перенапряжений;

• Включение/отключение нейтрального заземляющего разъединителя основного трансформатора в нормальных условиях работы;

• Включение/отключение маломощных цепей для балансировки циркулирующих токов.

Высоковольтный разъединитель — это электрический компонент, не имеющий способности к гашению дуги. Поэтому он может быть включен или выключен только в открытом положении. Включение разъединителя под нагрузкой, то есть при закрытом связанном выключателе или при подключенном оборудовании, может вызвать интенсивную электрическую дугу. В серьезных случаях это может привести к короткому замыканию между фазами, повреждению оборудования и даже угрозе безопасности персонала.

Когда разъединитель находится в открытом состоянии, между его движущимися и неподвижными контактами должно быть явно видимое и надежное разделение, удовлетворяющее требуемому расстоянию изоляции. Наоборот, когда он закрыт, он должен надежно проводить как нормальный рабочий ток, так и ток короткого замыкания. Основная функция разъединителя — обеспечить надежную точку изоляции между высоковольтными живыми частями и источником питания или шиной, обеспечивая четкое разъединение для безопасного обслуживания обесточенных линий.

Высоковольтные разъединители также могут использоваться в сочетании с линиями передачи подстанций для выполнения коммутационных операций, тем самым изменяя конфигурацию работы подстанции. Например, на подстанции с двухшинной системой эксплуатационная шина может быть переведена на резервную шину или электрические компоненты одной шины могут быть переключены на другую с помощью выключателя связи шин и высоковольтных разъединителей по обе стороны от выключателя связи шин. Однако, из-за частых коммутационных операций могут возникать отказы, такие как невозможность открытия или закрытия разъединителя. Эти неисправности необходимо систематически диагностировать и анализировать. Если в самом разъединителе существуют врожденные дефекты, необходимы улучшения в дизайне.

1. Характеристики разъединителей

Обычно на каждой стороне выключателя устанавливается один разъединитель, чтобы создать явно видимую точку разрыва, что повышает безопасность и облегчает обслуживание. Электроэнергия подается от верхней шины через шкаф управления к выходному питанию. Разъединитель, расположенный выше выключателя, в основном изолирует источник питания. Однако иногда электроэнергия может подаваться с нижней стороны, например, через обратный поток энергии от других цепей или конденсаторов, что требует установки второго разъединителя ниже выключателя.

Определенная подстанция 110 кВ использует высоковольтные разъединители типа GW16B/17B-252. Их технические характеристики приведены в таблице 1. Этот разъединитель является трехполюсным наружным высоковольтным устройством, предназначенным для безнагрузочных коммутационных операций на подстанциях 110 кВ, обеспечивая электрическую изоляцию между оборудованием, находящимся в ремонте, и подключенными цепями.

Ключевые особенности этого разъединителя включают компактную конструкцию, высокую устойчивость к окислению, стабильную работу и хорошую сейсмическую устойчивость. Его механическая контактная система использует простую одношарнирную гибкую конструкцию, а передающие элементы расположены внутри проводящей трубы, что защищает их от внешних воздействий. Внутри проводящей трубы установлены парные пружины равновесия и набор зажимных пружин: первые обеспечивают надежное механическое равновесие при операциях открытия и закрытия, а вторые обеспечивают достаточное контактное давление для надежного зажима.

Поскольку разъединители обычно устанавливаются на открытом воздухе, они подвержены внешним воздействиям, таким как ветер и сейсмическая активность. Для повышения надежности работы в корпус разъединителя интегрирован механизм блокировки, который обеспечивает стабильное и надежное закрытие. Оба разъединитель и его заземляющий выключатель используют проводящие трубы из алюминиевого сплава, а подвижные и неподвижные контакты покрыты серебром или золотом, что гарантирует износостойкость, механическую прочность и электрическую стабильность вращающихся соединений.

Заземляющий выключатель имеет одношарнирную качающуюся конструкцию. При закрытии подвижный контакт сначала вращается, а затем вертикально поднимается, чтобы соединиться с неподвижным контактом, предотвращая отскок или рикошет. Этот дизайн обеспечивает надежное закрытие и постоянную динамическую и тепловую стабильность при номинальном коротком замыкании.

2. Конструкция и принцип действия разъединителя

Процесс работы разъединителя состоит из двух основных действий: гибкого действия и зажимного действия.

2.1 Гибкое действие

Под управлением горизонтального вращательного механизма пара шестерен, установленных на вращающемся фарфоровом изоляторе, приводит в движение две системы четырехзвенных механизмов для выполнения плоского движения. Под этим приводом нижняя проводящая труба вращается вперед для закрытия (операция закрытия) или назад для открытия (операция открытия). Шарнирный приводной вал на верхней части приводного винта таким образом создает осевое смещение относительно нижней проводящей трубы.

Верхний конец этого шарнирного приводного вала соединен с зубчато-цепным механизмом. При движении вала он вращает цепь, которая, в свою очередь, приводит в движение шестерню. Это вызывает движение верхней проводящей трубы, закрепленной на валу шестерни, относительно нижней проводящей трубы, либо выпрямление (закрытие), либо изгибание (открытие).

Одновременно, когда шарнирный приводной вал проходит осевое перемещение, пружины равновесия внутри проводящей трубы непрерывно накапливают и выпускают энергию. Это эффективно компенсирует мощный тормозной момент, обеспечивая плавную и стабильную работу на протяжении всего цикла переключения.

2.2 Зажимное действие

Когда разъединитель переходит из открытого положения в закрытое и приближается к полному выравниванию (т.е. почти прямая конфигурация), шестерня взаимодействует с наклонной плоскостью в редукторе и продолжает скольжение по ней. В этот момент под действием реактивной силы возвратной пружины шарнирный приводной вал, связанный с зубчато-цепным механизмом, движется вперед.

Это движение вперед передается через подвижную контактную сборку, где толкатель преобразует линейное движение в зажимное действие контактных пальцев. После того, как неподвижный контактный стержень будет надежно зафиксирован, шестерня слегка поднимается вверх по наклонной плоскости, достигая полного механического закрытия.

На этом этапе зажимная пружина внутри проводящей трубы дополнительно сжимается и оказывает давление на толкатель, обеспечивая стабильное усилие, которое поддерживает постоянное и надежное контактное давление между контактными пальцами и неподвижным стержнем.

Во время операции открытия шестерня продолжает двигаться в сторону по наклонной плоскости, пока полностью не отсоединится. Возвратная пружина затем тянет толкатель, вызывая открытие контактных пальцев в форме "V", тем самым разрывая электрическое соединение.

3. Пример

3.1 Наблюдение и анализ неисправностей

В определенном году во время операции переключения на подстанции 110 кВ один высоковольтный разъединитель не смог открыться. Было немедленно проведено всестороннее обследование заземляющей системы, основной проводящей системы, механической блокировки, верхней/нижней проводящих труб и моторизованного привода. Исследование показало, что передаточная шестерня внутри моторного механизма была повреждена, а такие компоненты, как штифты и соединения, были разрушены. Операционный и технический персонал сообщил о дефекте, и были приняты корректирующие меры в соответствии с годовым планом технического обслуживания.

3.2 Меры по улучшению

(1) Усовершенствование вспомогательных компонентов
Штифты и соединения были заменены на высококачественную нержавеющую сталь, чтобы предотвратить коррозию при длительной эксплуатации. Были внедрены графитированные и композитные втулки, устойчивые к коррозии и имеющие низкие коэффициенты трения, для повышения эффективности передачи. Все открытые железные детали были оцинкованы методом горячего цинкования, что значительно улучшило антикоррозионные свойства. Полевой опыт подтверждает, что горячее цинкование хорошо подходит для применения на открытом воздухе.

(2) Улучшение моторизованного привода
Исходный механизм CJ7A был заменен на более новый модель CJ11. Фотография обновленного механизма CJ11 показана на рисунке 1.

(3) Современный дизайн вспомогательного выключателя
Вспомогательный выключатель является важным вторичным компонентом, который предоставляет сигналы состояния открытия/закрытия. Неисправность может привести к неверным сигналам и сбою в работе. Новый дизайн использует современный механизм микровыключателя, приводимый в действие камнем, что обеспечивает надежное переключение, плавное вращение и устойчивость к сбоям при переходах открытия/закрытия.

(4) Защита управления двигателем
После завершения операции открытия или закрытия питание двигателя сначала отключается вспомогательным выключателем. Если вспомогательный выключатель не работает, предельные выключатели на обеих сторонах открытия и закрытия отключают двигатель. Если эти также не работают, механические ограничители на обеих сторонах активируют тепловое реле, чтобы отключить питание. Эта трехступенчатая система защиты надежно останавливает двигатель после каждой операции, предотвращая неконтролируемое движение и возможные механические повреждения.

(5) Механическая передаточная система
Используется червячно-шестеренчатая связь. Червячная передача, соединительные элементы и другие редукторные компоненты точной обработки заключены в корпус из алюминиевого сплава. Такая конструкция обеспечивает плавную работу, низкий уровень шума и отсутствие ударных нагрузок.

(6) Вторичная система управления
Панель управления имеет рациональное и эстетически приятное расположение с дверцей на петлях, что облегчает проводку и обслуживание на месте, обеспечивая безопасную и надежную работу вторичной системы.

(7) Герметизация корпуса
Механизм корпуса использует воздушную подушку для герметизации двери. Дверь и верхняя крышка изготовлены из нержавеющей стали толщиной 2,5 мм, а основной корпус — из нержавеющей стали толщиной 2 мм, что обеспечивает отличную устойчивость к ветру, песку и коррозии.

4. Заключение

На основе многолетнего опыта эксплуатации и анализа неисправностей приводов выключателей на этой подстанции 110 кВ, оригинальный механизм был модернизирован до модели CJ11, разработанной группой Pinggao — это новая, самостоятельно разработанная червячного типа электрическая операционная система. Этот улучшенный дизайн преодолевает предыдущие недостатки как в инженерном, так и в производственном плане, предлагая высокую надежность работы, плавное движение, высокую эффективность передачи, отсутствие инерционных ударов, низкий уровень шума, высокую взаимозаменяемость и привлекательный внешний вид.

Кроме того, механизм CJ11 поддерживает как местное, так и дистанционное электрическое управление, а также ручное управление. Практические испытания при номинальной нагрузке показали его способность выполнять более 10 000 механических операций надежно.