Otklanjanje grešaka u slučaju neuspeha otvaranja visokonaponskog prekidača na 110 kV transformatornoj stanici

Prema relevantnim propisima, visokonaponski prekidači su dozvoljeni da vrše sledeće operacije:

• Prebacivanje (otvaranje/zatvaranje) normalno radnih naponskih transformatora (PT) i zaštitnih uređaja od struja;

• Prebacivanje neutralnog zemljažnog prekidača glavnog transformatora u normalnim radnim uslovima;

• Prebacivanje petlji sa malim tokom kako bi se balansirale cirkulacione struje.

Visokonaponski prekidač je električni element bez sposobnosti gasenja lukova. Stoga se može upotrebljavati samo kada je u otvorenom položaju. Rad prekidača pod opterećenjem—odnosno dok je povezan s zapaljenim prekidačem ili opremljenom energijom—može generisati intenzivne električne luke. U teškim slučajevima, to može dovesti do faza-faza kratak spoj, oštećenje opreme i čak opasnost za osobni sigurnost.

Kada je prekidač u otvorenom stanju, mora postojati vidljivo i pouzdano razdvajanje između pokretnih i nepokretnih kontakata, što zadovoljava potrebnu rastojanju izolacije. S druge strane, kada je zatvoren, mora pouzdano nositi običan radni tok i tok pri kratkom spoju. Primarna funkcija prekidača jeste da pruži pouzdano mesto izolacije između visokonaponskih živih delova i izvora struje ili bus-line, osiguravajući jasan prekid za bezbedno održavanje deenergetizovanih linija.

Visokonaponski prekidači mogu takođe biti korišćeni u koordinaciji sa prenosnim linijama postrojaja kako bi se vršile operacije preklapanja, time menjajući konfiguraciju rada postrojaja. Na primer, u postrojaju sa dvostrukom bus-linijom, radna bus-linija može biti prebačena na rezervnu bus-liniju—ili električni elementi na jednoj bus-liniji mogu biti prebačeni na drugu—koristeći prekidač za vezu bus-linija i visokonaponske prekidače na obe strane prekidača za vezu bus-linija. Međutim, zbog česte operacije preklapanja, mogu se pojaviti greške kao što je nesposobnost otvaranja ili zatvaranja prekidača. Ove greške moraju biti sistematski dijagnostikovane i analizirane. Ako postoje inhereentni defekti unutar samog prekidača, neophodne su poboljšanja dizajna.

1. Karakteristike prekidača

Obično, instaliran je jedan prekidač na svakoj strani prekidača kako bi se stvorila vidljiva tačka prekida—poboljšavajući sigurnost i olakšavajući održavanje. Struja se isporučuje sa gornje bus-linije kroz škaficu prekidača na izlaznu povratnicu. Prekidač iznad prekidača uglavnom izoluje izvor struje. Međutim, struja može ponekad biti isporučena sa donje strane—na primer, putem obrnutog toka struje sa drugih povratnika ili kondenzatora—što zahteva drugi prekidač ispod prekidača.

Određeni 110 kV postrojaj koristi visokonaponske prekidače tipa GW16B/17B-252. Tehničke specifikacije ovog prekidača date su u Tabeli 1. Ovaj prekidač je trofazni spoljašnji visokonaponski uređaj dizajniran za operacije preklapanja bez opterećenja u 110 kV postrojajima, pružajući električnu izolaciju između opreme pod održavanjem i živih povratnika.

Ključne karakteristike ovog prekidača uključuju kompaktnu strukturu, visoku otpornost na oksidaciju, stabilnu operaciju i snažnu seizмичку отпорност. Mеханички систем контакта koristi jednostavnu dizajniranu fleksibilnu štap sa jednim ramenom, pri čemu su prenosni elementi smješteni unutar vodljive cevi kako bi bili zaštićeni od vanjskih uticaja okruženja. Unutar vodljive cevi su instalirane para ravnotežnih prugica i set zatvarajućih prugica: prve osiguravaju pouzdanu mehaničku ravnotežu tijekom otvaranja i zatvaranja, dok druge pružaju dovoljno kontakt presjek da osigura sigurno zatvaranje.

Pošto se prekidači obično instaliraju na otvorenom, podliježu vanjskim uticajima poput vjetra i seizмичке активности. Za poboljšanje operativne pouzdanosti, u telo prekidača je integriran mehanizam zaključavanja kako bi se osiguralo stabilno i sigurno zatvaranje. I prekidač i njegov zemljišni prekidač koriste vodljive cevi od legure aluminija, s pokretnim i stacionarnim kontaktima pletenim srebrnim ili zlatnim materijalima kako bi se osigurala otpornost na terzije, mehanička čvrstoća i električna stabilnost na rotirajućim spojevima.

Zemljišni prekidač ima dizajn s jednim kretanjem. Tijekom zatvaranja, pokretni kontakt prvo rotira, a zatim se vertikalno kreće nagore kako bi se spojio sa stacionarnim kontaktom, sprečavajući skakanje ili povrat kontakta. Ovaj dizajn osigurava pouzdano zatvaranje i konzistentnu dinamičku i toplinsku stabilnost pod uslovima navedenog strujnog kruga.

2. Strukturni princip i način rada prekidača

Rad prekidača sastoji se od dva glavna akta: savijanja i zatvaranja.

2.1 Savijanje

Pod upravljanjem horizontalnog rotacijskog mehanizma, para zupčanika montiranih na rotirajućem porcelanskom izolatoru pokreće dva seta četverozapremnih mehanizama da vrše planarne kretanje. Pod ovim pokretom, donja vodljiva cev se rotira naprijed za zatvaranje (operacija zatvaranja) ili unazad za otvaranje (operacija otvaranja). Zaklopni pokretački štap na vrhu operativnog vijka stoga generiše aksijalnu razinu relativno u odnosu na donju vodljivu cev.

Gornji kraj ovog zaklopno-pokretačkog štapa je povezan s zupčanik-lančanom sklopom. Kako se štap kreće, on rotira lanac, koji na svoj red pokreće zupčanik. To uzrokuje da se gornja vodljiva cev - fiksna na valjak zupčanika - kreće u odnosu na donju vodljivu cev, buđenjem (zatvaranjem) ili savijanjem (otvaranjem).

Istovremeno, dok zaklopni pokretački štap proizvodi aksijalni pokret, ravnotežne pruge unutar vodljive cevi neprekidno čuvaju i oslobađaju energiju. To efektivno balansira težak kočni moment, osiguravajući gladak i stabilan rad tijekom cijelog ciklusa prebacivanja.

2.2 Zatvaranje

Dok se prekidač pomjera s otvorene pozicije prema zatvorenoj poziciji i približava potpunom poravnanju (npr., blizu ravne konfiguracije), zupčanik se spaja sa naglim slojem na kutijom zupčanika i nastavlja kliziti duž njega. U tom trenutku, pod reaktivnom silom povratne pruge, zaklopni pokretački štap - vezan za zupčanik-lanac - se kreće naprijed.

Ovaj napredni pokret se prenosi kroz pokretni kontakt sklop, gdje štap pretvara linearni pokret u zatvaranje kontaktnih prstiju. Kada se stacionarni kontakt štap sigurno uhvati, zupčanik se malo klizi nagore duž naglog sloja kako bi se postigao potpuni mehanički zatvor.

U ovom trenutku, zatvarajuća pruga unutar vodljive cevi se dalje kompresuje i djeluje na štap, osiguravajući stabilnu pogonsku silu koja održava konzistentni i pouzdan kontakt pritisak između kontaktnih prstiju i stacionarnog štapa.

Tijekom operacije otvaranja, zupčanik nastavlja se kreći vanjski duž naglog sloja dok se potpuno ne odspoji. Povratna pruga tada povlači štap, uzrokujući da se kontaktni prsti otvore u "V" oblik, time prekidajući električnu vezu.

3. Studija slučaja

3.1 Promatranje i analiza greške

U određenoj godini, tijekom operacije prebacivanja na 110 kV podstanici, jedan visokonaponski prekidač nije mogao da se otvori. Sprovedena je odmah kompletna inspekcija sistema zemljišta, glavnog vodljivog sistema, mehaničke interlokacije, gornje/donje vodljive cevi i motorizovanog operativnog mehanizma. Istraživanje je otkrilo da je unutrašnji prenosni zupčanik u kutiji motorizovanog mehanizma oštećen, a komponente poput štapova i spojeva su bile razbijene. Osoblje za održavanje i eksploataciju izveštavalo je o defektu, a ispravne mere su implementirane prema godišnjem održavajućem planu.

3.2 Ispravne mere

(1) Unapređene pomoćne komponente
Štapovi i spojevi su zamijenjeni visokokvalitetnim nerđajućim čelikom kako bi se sprečila korozija tijekom dugotrajne eksploatacije. Ugrađeni su grafitni impregnirani i kompozitni ložišta, otporna na koroziju i sa niskim koeficijentima trenja, kako bi se poboljšala efikasnost prenosa. Sve izložene željezne dijelove su galvanizirani u toplini, značajno poboljšavajući performanse protiv korozije. Poljska iskustva potvrđuju da je galvanizacija u toplini dobro primjenjiva za vanjske aplikacije.

(2) Unapređeni motorizovani operativni mehanizam
Izvorni CJ7A motorizovani mehanizam je zamijenjen novijim modelom CJ11. Fotografija unapređenog mehanizma CJ11 prikazana je na slici 1.

(3) Napredni dizajn pomoćnog prekidača
Pomoćni prekidač je ključna sekundarna komponenta koja pruža signale o statusu otvaranja/zatvaranja. Greška bi mogla rezultirati neispravnim signalima i nepravilnim radom. Novi dizajn koristi međunarodno napredan mehanizam mikro-prekidača pokrenutog kamom, osiguravajući pouzdano prebacivanje, gladko rotiranje i imunost na greške tijekom prelaza između stanja otvoren/zatvoren.

(4) Zaštita nadzora motora
Nakon završetka operacije otvaranja ili zatvaranja, snaga motora je prvo isključena pomoćnim prekidačem. Ako pomoćni prekidač ne radi, terminalni granični prekidači na stranama otvaranja i zatvaranja isključuju motor. Ako i oni ne rade, mehanički stoperi na obje strane aktiviraju termički relej kako bi isključili snagu. Ovaj sustav zaštite s tri nivoa pouzdano zaustavlja motor nakon svake operacije, sprečavajući nekontrolisan pokret i potencijalnu mehaničku oštećenost.

(5) Mеханички преносни систем
Kористи се система с вјеретено-зобеним спојем. Вјеретено, спојеви и други елементи за редукцију су прецизно обрађени и уграђени у алуминијумску кућишту. Ова конструkcија осигурава плав коњење, ниски ниво буке и одсуство удара.

(6) Секундарни контролни систем
Плоча за контролу има рационалну и естетски привабљавајућу распореду са врата на лопатици, што олакшава провлачење жица и одржавање на месту, док истовремено осигурава безбедно и надежно функционисање секундарног система.

(7) Затвореност оклопа
Механизам оклопа користи подушачна затворења на вратима. И врата и поклопац су израђени од нерђајућег челика деbljine 2,5 мм, док је главни тело израдjено од нерђајућег челика деbljине 2 мм, што пружа изузетну отпорност на ветар, пешћар и корозију.

4. Zaključak

На основу година искуства у раду и анализе грешака механизма мотора одвојача на овом 110 kV подстанцији, оригинални механизам је ажуриран на модел CJ11 развијен од стране Pinggao Group—ново дизајниран, независно развијен механизам са вјеретеном. Ова побољшана конструкција преодолјава претходне недостатке у инжењерству и производњи, пружајући високу надежност у раду, плав коњење, високу ефикасност преноса, одсуство инерталних удара, ниски ниво буке, јаку заменљивост и привабљавајући изглед.

Уз локално и даљинско електрично управљање, механизам CJ11 такође подржава ручно управљање. Практично тестирање под номиналним оптерећењем показало је да је способан да изведе над 10.000 механичких операција надежно.