Pagtugon sa Kamalian sa Pagsara ng High-Voltage Disconnector sa isang 110 kV Substation

Ayon sa mga pangkalahatang regulasyon, pinapayagan ang mga high-voltage disconnector na magsagawa ng mga sumusunod na operasyon:

• Paggalaw (pagbubukas/pagsasara) ng normal na nakaoperasyon na potential transformers (PTs) at surge arresters;

• Paggalaw ng neutral grounding disconnector ng isang main transformer sa normal na kondisyon ng operasyon;

• Paggalaw ng small-current loops upang balansehin ang circulating currents.

Ang high-voltage disconnector ay isang electrical component na walang kakayahang i-quench ang arc. Dahil dito, ito lamang maaaring gamitin kapag nasa bukas na posisyon. Ang paggalaw ng disconnector habang may load—o habang sarado ang associated circuit breaker o naka-energize ang equipment—maaaring magresulta sa matinding electric arcs. Sa mas malubhang kaso, maaari itong maging sanhi ng phase-to-phase short circuits, pagkasira ng equipment, at maging panganib sa seguridad ng mga tao.

Kapag nasa bukas na estado ang disconnector, dapat may malinaw at maasahang separation sa pagitan ng kanyang moving at stationary contacts, na sumasaklaw sa kinakailangang isolation distance. Kabaligtaran nito, kapag nasa saradong estado, ito ay dapat maasahan upang mabigay ang normal na load current at short-circuit current. Ang pangunahing tungkulin ng disconnector ay ibigay ang isang maasahang isolation point sa pagitan ng high-voltage live parts at ang power source o busbar, na nagbibigay ng malinaw na break para sa ligtas na maintenance ng de-energized lines.

Maaari ring gamitin ang high-voltage disconnectors sa pakikipagtulungan sa substation transmission lines upang magsagawa ng mga switching operations, na nagreresulta sa pagbabago ng operational configuration ng substation. Halimbawa, sa isang substation na may double-busbar operation, maaaring ilipat ang operating busbar sa standby busbar—o maaaring ilipat ang mga electrical components mula sa isang busbar sa isa pa—gamit ang bus-tie circuit breaker at ang high-voltage disconnectors sa parehong gilid ng bus-tie breaker. Gayunpaman, dahil sa madalas na switching operations, maaaring mangyari ang mga pagkakamali tulad ng hindi mabubuksan o magsasara ang disconnector. Ang mga pagkakamali na ito ay dapat sistemang masuri at analisin. Kung may inherent na kaputanan ang disconnector, kinakailangan ng mga pagbabago sa disenyo.

1. Katangian ng Disconnectors

Karaniwang mayroong isang disconnector sa bawat gilid ng circuit breaker upang lumikha ng isang malinaw na break point—na nagpapataas ng kaligtasan at nagpapadali sa maintenance. Inililipad ang power mula sa upper busbar sa pamamagitan ng switchgear cabinet patungo sa outgoing feeder. Ang disconnector sa upstream ng circuit breaker ay pangunahing nagiihiwalay ng power source. Gayunpaman, maaaring ilipat ang power mula sa downstream side—halimbawa, sa pamamagitan ng reverse power flow mula sa iba pang circuits o capacitors—na nagpapangangailangan ng isang pangalawang disconnector sa downstream ng circuit breaker.

Isang tiyak na 110 kV substation ay gumagamit ng GW16B/17B-252 type high-voltage disconnectors. Ang kanilang teknikal na specifications ay nakalista sa Table 1. Ang disconnector na ito ay isang three-pole outdoor high-voltage device na idinisenyo para sa no-load switching operations sa 110 kV substations, na nagbibigay ng electrical isolation sa pagitan ng equipment na nasa maintenance at energized circuits.

Ang mga pangunahing tampok ng disconnector na ito ay kasama ang kompak na estruktura, mataas na resistensya sa oksidasyon, matatag na operasyon, at malakas na pagtitiyak sa lindol. Ang mekanikal na sistema ng kontak nito ay gumagamit ng isang simpleng disenyo ng single-arm flexure, at ang mga komponente ng transmisyon ay nasa loob ng conductive tube upang maprotektahan sila mula sa panlabas na pagsasala ng kapaligiran. Naka-install sa loob ng conductive tube ang isang pares ng balancing springs at isang set ng clamping springs: ang una ay nagbibigay ng maasahang mekanikal na balanse sa pagbubukas at pagsasara, samantalang ang huli ay nagbibigay ng sapat na presyon ng kontak para sa matatag na pagkakabit.

Dahil kadalasang nakakalat ang mga disconnector sa labas, sila ay pinapabayaan sa mga panlabas na impluwensiya tulad ng hangin at aktibidad ng lindol. Upang palakasin ang operational reliability, isinasama ang isang latching mechanism sa katawan ng disconnector upang tiyakin ang matatag at ligtas na pagsasara. Ang parehong disconnector at ang kanyang grounding switch ay gumagamit ng aluminum alloy conductive tubes, at ang mga moving at stationary contacts ay silver- o gold-plated upang tiyakin ang resistance sa pagkasira, mekanikal na robustness, at electrical stability sa mga rotating joints.

Ang grounding switch ay may isang single-arm swing structure. Sa panahon ng pagsasara, unang umuikot ang movable contact bago ito gumalaw pababa ng vertical upang makipag-ugnayan sa stationary contact, na nagpapahintulot na maiwasan ang bouncing o rebound ng kontak. Ang disenyo na ito ay nagtitiyak ng maasahang pagsasara at consistent dynamic at thermal stability sa ilalim ng rated short-circuit current conditions.

2. Estruktura at Operating Principle ng Disconnector

Ang proseso ng operasyon ng isang disconnector ay binubuo ng dalawang pangunahing aksyon: bending action at clamping action.

2.1 Bending Action

Sa pamumuno ng isang horizontal rotary mechanism, ang isang pares ng gear na nakalagay sa rotating porcelain insulator ay nagpapatakbo ng dalawang set ng four-bar linkages upang magawa ang planar motion. Sa ilalim ng drive na ito, ang lower conductive tube ay umuikot pataas upang isara (close operation) o pababa upang buksan (open operation). Ang hinged actuating rod sa tuktok ng operating screw ay nagbibigay ng axial displacement relative sa lower conductive tube.

Ang tuktok ng hinged actuating rod na ito ay konektado sa isang gear-chain assembly. Habang gumagalaw ang rod, ito ay umuikot ang chain, na sa kanyang paggalaw ay nagpapatakbo ng gear. Ito ay nagdudulot ng galaw ng upper conductive tube—na nakalagay sa gear shaft—relative sa lower conductive tube, na maaaring i-straighten (closing) o i-bend (opening).

Kasabay nito, habang ang hinged actuating rod ay sumasailalim sa axial movement, ang balancing springs sa loob ng conductive tube ay patuloy na nagsasave at nagi-release ng enerhiya. Ito ay epektibong counterbalances ang mabigat na braking torque, na nagse-secure ng smooth at stable na operasyon sa buong switching cycle.

2.2 Clamping Action

Kapag ang disconnector ay lumilipat mula sa open position papunta sa closed position at lumapit sa full alignment (i.e., near-straight configuration), ang gear ay nag-e-engage sa isang inclined plane sa gearbox at patuloy na sumislide dito. Sa puntong ito, sa reactive force ng return spring, ang hinged actuating rod—na konektado sa gear-chain—ay gumagalaw pataas.

Ang forward motion na ito ay ipinapadala sa pamamagitan ng moving contact assembly, kung saan ang push rod ay nagco-convert ng linear movement sa clamping action ng contact fingers. Kapag ang stationary contact rod ay matatag na napuwersa, ang gear ay sumislide pa pataas sa inclined plane upang makamit ang full mechanical closure.

Sa stage na ito, ang clamping spring sa loob ng conductive tube ay mas lalo pang nacocompress at nagpapadala ng puwersa sa push rod, na nagse-secure ng stable driving force na nagpapanatili ng consistent at maasahang contact pressure sa pagitan ng contact fingers at stationary rod.

Sa panahon ng opening operation, ang gear ay patuloy na sumusunod pababa sa inclined plane hanggang sa ito ay ganap na nadi-disengage. Ang return spring ay humahatak ng push rod, na nagdudulot ng pagbubukas ng contact fingers sa “V” shape, na nagbabawas ng electrical connection.

3. Case Study

3.1 Fault Observation and Analysis

Sa isang taon, sa panahon ng switching operation sa 110 kV substation, ang isang high-voltage disconnector ay hindi nagbukas. Agad na isinagawa ang comprehensive inspection sa grounding system, main conductive system, mechanical interlock, upper/lower conductive tubes, at ang motorized operating mechanism. Ang imbestigasyon ay naglabas na ang transmission gear sa loob ng motor mechanism box ay nasira, at ang mga component tulad ng shaft pins at joints ay nabali. Inireport ng operation at maintenance personnel ang defect, at inimplement ang corrective measures batay sa annual maintenance schedule.

3.2 Improvement Measures

(1) Na-upgrade ang Auxiliary Components
Ang shaft pins at joints ay pinalitan ng high-quality stainless steel upang maprevent ang corrosion sa mahabang panahon ng operasyon. Ang graphite-impregnated at composite bushings—resistant sa corrosion at may mababang friction coefficients—ay inadopt upang palakasin ang transmission efficiency. Ang lahat ng exposed ferrous parts ay hot-dip galvanized, na siyang nagpapalakas ng anti-corrosion performance. Ang field experience ay nagpapatunay na ang hot-dip galvanizing ay well-suited para sa outdoor applications.

(2) Na-enhance ang Motorized Operating Mechanism
Ang orihinal na CJ7A motor mechanism ay pinalitan ng mas bagong CJ11 model. Ang larawan ng upgraded CJ11 mechanism ay ipinapakita sa Figure 1.

(3) Advanced Auxiliary Switch Design
Ang auxiliary switch ay isang critical secondary component na nagbibigay ng open/close status signals. Ang failure dito ay maaaring magresulta sa maling signaling at operational malfunction. Ang bagong disenyo ay gumagamit ng internationally advanced cam-driven micro-switch mechanism, na nagse-secure ng reliable switching, smooth rotation, at immunity sa failure sa panahon ng open/close transitions.

(4) Motor Control Protection
Pagkatapos ng pagkumpleto ng isang open o close operation, ang motor power ay unang natutugunan ng auxiliary switch. Kung ang auxiliary switch ay mabigo, ang terminal limit switches sa parehong open at close sides ay nagdi-disconnect ng motor. Kung ang mga ito ay mabigo din, ang mechanical stoppers sa parehong sides ay nag-aactivate ng thermal relay upang itugunan ang power. Ang three-tier protection system na ito ay nagse-secure ng reliable stopping ng motor pagkatapos ng bawat operasyon, na nagpiprevent ng uncontrolled motion at potential mechanical damage.

(5) Mekanikal na Sistema ng Paghahatid
Ang sistema ng paghahatid ay gumagamit ng worm-gear linkage. Ang worm gear, linkages, at iba pang mga komponente ng pagbabawas ay may mahusay na presisyon at naka-seal sa loob ng aluminum alloy housing. Ang disenyo na ito ay nagpapatunay ng malinaw na operasyon, mababang ingay, at walang impact shocks.

(6) Ikalawang Sistema ng Pagkontrol
Ang kontrol panel ay may maaring magandang layout at hinged door structure, na nagpapadali ng pagkonekta ng wire at on-site maintenance habang sinisigurado ang ligtas at matatag na operasyon ng ikalawang sistema.

(7) Sealing ng Enclosure
Ang mechanism enclosure ay gumagamit ng air-cushion sealing sa pinto. Ang pinto at tuktok ng cover ay gawa sa 2.5 mm thick na stainless steel, habang ang pangunahing katawan ay gumagamit ng 2 mm thick na stainless steel, na nagbibigay ng mahusay na resistensya laban sa hangin, buhangin, at corrosion.

4. Kasunduan

Batay sa mga taon ng karanasan sa operasyon at fault analysis ng disconnector motor mechanisms sa 110 kV substation, ang orihinal na mechanism ay na-upgrade sa CJ11 model na inihanda ng Pinggao Group—na isang bagong disenyo, independiyenteng pagbuo ng worm-gear-type motorized operating mechanism. Ang improved na disenyo na ito ay nakakalampasan ang dating mga kahinaan sa engineering at manufacturing, nag-aalok ng mataas na operational reliability, malinaw na motion, mataas na transmission efficiency, walang inertial impact, mababang ingay, malakas na interchangeability, at magandang anyo.

Sa karagdagan sa lokal at remote electric operation, ang CJ11 mechanism ay sumusuporta rin sa manual operation. Ang praktikal na pagsusulit sa ilalim ng rated load conditions ay nagpatunay ng kanyang kakayahan na magsagawa ng higit sa 10,000 mechanical operations nang matiwasay.