Felhantering av fel vid öppning av högspänningsavkopplare på en 110 kV understation

Enligt relevanta bestämmelser är det tillåtet att utföra följande operationer med högspänningsbrytare:

• Övergång (öppning/stängning) av normalt fungerande spänningsomvandlare (PT) och överhastningsbegränsare;

• Övergång av huvudtransformatorns neutraljordningsbrytare under normala driftförhållanden;

• Övergång av småströmsloopar för att balansera cirkulerande strömmar.

En högspänningsbrytare är en elektrisk komponent utan kapacitet att släcka bågar. Därför får den endast användas när den är i öppen position. Att använda en brytare under belastning - dvs. när den associerade kretsstyraren är stängd eller utrustningen är eldad - kan generera intensiva elektriska bågar. I allvarliga fall kan detta leda till faser-till-faser kortslutningar, skada utrustning och till och med hota personnels säkerhet.

När brytaren är i öppen position måste det finnas en tydligt synlig och pålitlig separation mellan dess rörliga och fasta kontakter, vilket uppfyller kraven på isoleringsavstånd. Omvänt, när den är stängd, måste den på ett tillförlitligt sätt bära både normal lastström och kortslutningsström. Den primära funktionen hos en brytare är att ge en tillförlitlig isolationspunkt mellan högspänningslivdelar och energikällan eller busbar, vilket säkerställer en tydlig brytning för säker underhåll av deenergiserade linjer.

Högspänningsbrytare kan också användas i samarbete med understationsöverföringslinjer för att utföra övergångsoperationer, vilket ändrar understationens driftkonfiguration. Till exempel, i en understation med dubbel busbar-drift, kan den driftande busbaren överföras till reservbusbaren - eller elektriska komponenter på en busbar kan växlas till en annan - genom att använda busbindelningskretsstyraren och högspänningsbrytarna på båda sidor om busbindelningsbrytaren. På grund av de frekventa övergångsoperationerna kan dock fel uppstå, såsom oförmåga att öppna eller stänga brytaren. Dessa fel måste systematiskt diagnostiseras och analyseras. Om inbyggda defekter finns i brytaren själv, är designförbättringar nödvändiga.

1. Egenskaper hos Brytare

Vanligtvis installeras en brytare på varje sida av en kretsstyrare för att skapa en tydligt synlig brytpunkt - vilket ökar säkerheten och underlättar underhåll. Energi levereras från den övre busbaren genom en switchgear cabinet till utgående ledning. Brytaren upptream av kretsstyraren separerar huvudsakligen energikällan. Men ibland kan energi matas från nedströmsidan - till exempel via bakåtström från andra kretsar eller kondensatorer - vilket kräver en andra brytare nedströms av kretsstyraren.

En viss 110 kV-understation använder GW16B/17B-252 typ högspänningsbrytare. Deras tekniska specifikationer anges i tabell 1. Denna brytare är en trepolig utomhus högspänningsenhet utformad för belastningsfria övergångsoperationer i 110 kV-understationer, vilket ger elektrisk isolering mellan underhållsutrustning och eldade kretsar.

Denna kopplare har följande viktiga egenskaper: en kompakt struktur, hög oxidationsbeständighet, stabil drift och stark seismisk prestanda. Dess mekaniska kontaktssystem använder ett enkelt enarmat böjdesign, med överföringskomponenter inuti den ledda röret för att skydda dem från externa miljöinfluenser. Inuti det ledande röret är ett par balanseringssprängfjädrar och en uppsättning klamringsfjädrar installerade: de förra säkerställer tillförlitlig mekanisk balans under öppnings- och stängningsoperationer, medan de senare ger tillräckligt kontakttryck för säker klamring.

Eftersom kopplare vanligtvis installeras utomhus utsätts de för externa påverkan som vind och seismisk aktivitet. För att förbättra driftsäkerheten integreras en låsningmekanism i kopplarens kropp för att säkerställa stabil och säker stängning. Både kopplaren och dess jordningskopplare använder aluminiumlegeringens ledda rör, med silver- eller guldpläterade rörliga och fasta kontakter för att garantera nötståndsbärande, mekanisk robusthet och elektrisk stabilitet vid roterande anslutningar.

Jordningskopplaren har en enarmad svängstruktur. Vid stängning roterar den rörliga kontakten först och rör sig sedan vertikalt uppåt för att engagera den fasta kontakten, vilket förhindrar kontaktbouncing eller återstudsning. Denna design säkerställer tillförlitlig stängning och konsekvent dynamisk och termisk stabilitet under nominella kortslutningsströmssituationer.

2. Struktur och funktionsprincip för kopplaren

Driftprocessen för en kopplare består av två huvudsakliga åtgärder: böjning och klamring.

2.1 Böjning

Under ledning av en horisontell rotationsmekanism drivs ett par kuggar monterade på den roterande porcelänisolatorn två uppsättningar fyra-stegslänkar för planrörelse. Under denna drivning roterar det nedre ledda röret framåt för att stänga (stängningsåtgärd) eller bakåt för att öppna (öppningsåtgärd). Den fällda drivrödret vid toppen av driftskruven genererar axiell förskjutning relativt det nedre ledda röret.

Övre delen av detta fällda drivrödret är ansluten till en kuggkedja. När rödret rör sig roterar kedjan, vilket i sin tur driver kuggen. Detta gör att det övre ledda röret—fastsatt vid kuggaxeln—rörs relativt det nedre ledda röret, antingen rakt (stängning) eller böjd (öppning).

Samtidigt som det fällda drivrödret genomgår axiell rörelse lagrar och frigör balanseringsfjädrarna inuti det ledda röret kontinuerligt energi. Detta motverkar effektivt den tunga bromsande momentet, vilket säkerställer smidig och stabil drift under hela växlingscykeln.

2.2 Klamring

När kopplaren flyttas från öppen position mot stängd position och närmar sig full justering (dvs. nästan rak konfiguration), engagerar kuggen med en lutande plan på kuggboxen och fortsätter glida längs den. I detta läge, under reaktionstrycket från returfjädern, rör sig det fällda drivrödret—anknutet till kuggkedjan—framåt.

Denna framåtrörelse överförs genom den rörliga kontaktmonteringen, där en pushrod omvandlar linjär rörelse till en klamring av kontaktfingrarna. När den fasta kontaktstaven är säkert fasthållen glider kuggen något uppåt längs den lutande planet för att uppnå full mekanisk stängning.

I detta skede komprimeras klamringsfjädern inuti det ledda röret ytterligare och utövar kraft på pushroden, vilket säkerställer en stabil drivkraft som upprätthåller konsekvent och tillförlitligt kontakttryck mellan kontaktfingrarna och den fasta staven.

Vid öppningsåtgärden fortsätter kuggen att röra sig utåt längs den lutande planet tills den helt lossnar. Returfjädern drar sedan pushroden, vilket gör att kontaktfingrarna öppnas i form av ett "V", vilket bryter den elektriska anslutningen.

3. Fallstudie

3.1 Felobservation och analys

En viss år, under en växlingsåtgärd på en 110 kV understation, misslyckades en högspänningskopplare att öppna. En omfattande inspektion genomfördes omedelbart på jordsystemet, huvudledningsystemet, mekaniska interlock, övre/undre ledda rör och den motoriserade driftmekanismen. Undersökningen visade att överföringskuggen inuti motormekanismens låda var skadad, och komponenter som axelstiftnar och fören var brustna. Drift- och underhållspersonal rapporterade defekten, och korrektiva åtgärder genomfördes enligt årlig underhållsplan.

3.2 Förbättringsåtgärder

(1) Uppgraderade hjälpkomponenter
Axelstiftnar och fören ersattes med högkvalitativ rostfritt stål för att förhindra korrosion under långsiktig drift. Grafitimpregnerade och kompositbushingar—beständiga mot korrosion och med låga friktionskoefficienter—antogs för att förbättra överföringsverkningsgrad. Alla exponerade järnkomponenter galvaniserades med hetdipsgalvanisering, vilket betydligt förbättrade korrosionsbeständigheten. Fältupplevelser bekräftar att hetdipsgalvanisering är väl lämpad för utomhusapplikationer.

(2) Förbättrad motoriserad driftmekanism
Den ursprungliga CJ7A-motormekanismen ersattes med den nyare CJ11-modellen. Ett foto av den uppdaterade CJ11-mekanismen visas i figur 1.

(3) Avancerad hjälpkopplingsdesign
Hjälpkopplingen är en viktig sekundär komponent som ger signaler om öppen/stängd status. Om den misslyckas kan det leda till felaktiga signaler och driftfel. Den nya designen använder en internationellt avancerad kamdriven mikrokoppling, vilket säkerställer tillförlitlig växling, smidig rotation och immun mot fel under öppnings- och stängningsövergångar.

(4) Motorstyrt skydd
Efter slutförandet av en öppen eller stängd åtgärd avbryts motorens ström först av hjälpkopplingen. Om hjälpkopplingen misslyckas avbryter terminalgränsswitchar på både öppen och stängd sida motorn. Om dessa också misslyckas aktiveras mekaniska stoppare på båda sidor en termorelay för att avbryta strömmen. Detta tre-lagers skyddssystem stoppar pålitligt motorn efter varje operation, vilket förhindrar okontrollerad rörelse och potentiell mekanisk skada.

(5) Mekanisk transmissionsystem
Ett vevhjulsförbindelse-system används. Vevhjulet, förbindelserna och andra reduktionskomponenter är noggrant bearbetade och sigillade inuti en aluminiumlegeringshölje. Denna design säkerställer smidig drift, låg buller och inga stötar.

(6) Sekundärt kontrollsystem
Kontrollpanelen har en rationell och estetiskt tilltalande layout med en hinged dörrstruktur, vilket underlättar kablage och platsbunden underhållning samtidigt som det säkerställer säker och pålitlig sekundär systemdrift.

(7) Höljetätning
Mekanismens hölje använder luftkuddertätning på dörren. Både dörren och takplattan är tillverkade av rostfritt stål 2,5 mm tjockt, medan huvudkroppen använder 2 mm tjockt rostfritt stål, vilket ger utmärkt motståndskraft mot vind, sand och korrosion.

4. Sammanfattning

Baserat på års erfarenhet av drift och felanalys av kopplingsmotormekanismer vid detta 110 kV-omvandlingsstation, uppdaterades den ursprungliga mekanismen till modellen CJ11 utvecklad av Pinggao Group—en nystiliserad, oberoende utvecklad vevhjulsstyrd motoriserad betjäningsmekanism. Denna förbättrade design övervinner tidigare brister i både ingenjörsvetenskap och tillverkning, och erbjuder hög driftsäkerhet, smidig rörelse, hög transmissionseffektivitet, inga tröghetsstötar, låg buller, stark växlingsbarhet och ett attraktivt utseende.

Utöver lokal och fjärrelektrisk drift stöder CJ11-mekanismen även manuell drift. Praktiska tester under nominell belastningsnivå har visat att den kan utföra mer än 10 000 mekaniska driftar pålitligt.