Обробка відмови відкриття високовольтного відключача на підстанції 110 кВ

Згідно з відповідними регламентами, високовольтні вимикачі дозволяються для виконання наступних операцій:

• Перемикання (відключення/закриття) нормально працюючих потенціометрів напруги (PTs) та грозозахисних пристроїв;

• Перемикання нейтрального заземлювального вимикача основного трансформатора при нормальному режимі роботи;

• Перемикання малих струмових контурів для балансування циркуляційних струмів.

Високовольтний вимикач є електричним компонентом без здатності гасити дугу. Тому його можна експлуатувати лише у відкритому положенні. Використання вимикача під навантаженням, тобто коли пов'язаний автоматичний вимикач закритий або обладнання заряджене, може спричинити інтенсивну електричну дугу. У складних випадках це може призвести до коротких замикань між фазами, пошкодити обладнання та навіть загрожувати безпеці особистого складу.

Коли вимикач знаходиться у відкритому стані, між його рухомими та нерухомими контактами має бути чітко видиме та надійне розділення, яке задовольняє необхідну відстань ізоляції. Навпаки, у закритому стані він має надійно переносити як нормальний струм навантаження, так і струм короткого замикання. Основна функція вимикача полягає в тому, щоб забезпечити надійну точку ізоляції між високовольтними живими частинами та джерелом живлення або шинопроводом, забезпечуючи чіткий розрив для безпечного обслуговування знепідсиленої лінії.

Високовольтні вимикачі також можуть використовуватися разом з передачними лініями підстанцій для виконання операцій перемикання, що змінює конфігурацію роботи підстанції. Наприклад, на підстанції з подвійним шинопроводом, робочий шинопровід можна перенести на резервний шинопровід або електричні компоненти на одному шинопроводі можна переключити на інший за допомогою автоматичного вимикача з'єднувального шинопроводу та високовольтних вимикачів по обох сторонах вимикача з'єднувального шинопроводу. Однак через часті операції перемикання можуть виникнути відмови, такі як неможливість відкриття або закриття вимикача. Ці аварії необхідно систематично діагностувати та аналізувати. Якщо сам вимикач має внутрішні дефекти, необхідні покращення конструкції.

1. Характеристики вимикачів

Зазвичай, по одному вимикачу встановлюється з кожного боку автоматичного вимикача, щоб створити чітко видиму точку розриву, що підвищує безпеку та сприяє обслуговуванню. Енергія підводиться з верхнього шинопроводу через шафи комутаційного обладнання до виходячої лінії. Вимикач перед автоматичним вимикачем головним чином ізолює джерело живлення. Однак енергія може час від часу підводитися з нижнього боку, наприклад, через обернений струм з інших ліній або конденсаторів, що вимагає другого вимикача після автоматичного вимикача.

Певна підстанція 110 кВ використовує високовольтні вимикачі типу GW16B/17B-252. Їх технічні характеристики наведені у таблиці 1. Цей вимикач є трьохполюсним зовнішнім високовольтним пристроєм, призначеним для операцій перемикання без навантаження на підстанціях 110 кВ, що забезпечує електричну ізоляцію між обладнанням, яке ремонтується, та зарядженими лініями.

Основні характеристики цього відключаючого пристрою включають компактну конструкцію, високу стійкість до окислення, стабільну роботу та сильну сейсмічну міцність. Його механічна контактна система використовує простий одноручний гнутковий дизайн, з передавальними деталями, розташованими всередині провідної труби, що захищає їх від зовнішніх екологічних завад. Усередині провідної труби встановлено пару балансувальних пружин і набір стискальних пружин: перші забезпечують надійний механічний баланс під час операцій відключення та закриття, а другі забезпечують достатній контактний тиск для надійного стискання.

Оскільки відключаючі пристрої зазвичай встановлюються на вулиці, вони піддаються зовнішнім впливам, таким як вітер та сейсмічна активність. Для підвищення надійності роботи в корпус відключаючого пристрою вбудовано запобіжний механізм, що забезпечує стабільне та надійне закриття. Обидва відключаючий пристрій та заземлювач використовують алюмінієві сплави для провідних труб, а рухомі та нерухомі контакти покриваються сріблою або золотом, щоб гарантувати стійкість до зношення, механічну міцність та електричну стабільність у обертових з'єднаннях.

Заземлювач має одноручну поворотну конструкцію. Під час закриття рухомий контакт спочатку обертається, а потім вертикально піднімається, щоб з'єднатися з нерухомим контактом, запобігаючи відскоку або відбиттю контакту. Цей дизайн забезпечує надійне закриття та постійну динамічну та термічну стабільність при номінальному короткозамкненні.

2. Конструкція та принцип роботи відключаючого пристрою

Процес роботи відключаючого пристрою складається з двох основних дій: гнуткової дії та стискальної дії.

2.1 Гнуткова дія

Під керуванням горизонтального обертального механізму пара шестерень, встановлених на обертовому фарфоровому ізоляторі, приводить у рух дві системи чотиривантажних зв'язків для виконання плоского руху. За цим приводом нижня провідна труба обертається вперед для закриття (операція закриття) або назад для відключення (операція відключення). Шарнірний привідний вал у верхній частині привідного винта таким чином генерує осьове переміщення відносно нижньої провідної труби.

Верхній кінець цього шарнірного привідного вала з'єднаний з зубчасто-ланцюговою системою. Коли вал рухається, він обертає ланцюг, який, у свою чергу, приводить у рух зубчате колесо. Це призводить до переміщення верхньої провідної труби, яка зафіксована на вісь зубчастого колеса, відносно нижньої провідної труби, або випрямляється (закриття), або гнеться (відключення).

Одночасно, коли шарнірний привідний вал зазнає осьового переміщення, балансувальні пружини всередині провідної труби постійно накопичують та віддають енергію. Це ефективно компенсує важкий гальмівний момент, забезпечуючи плавну та стабільну роботу протягом всього циклу переключення.

2.2 Стискальна дія

Коли відключаючий пристрій переходить з відкритого положення до закритого положення і наближається до повної вирівненості (тобто, майже прямолінійна конфігурація), зубчасте колесо входить в зачеплення з нахиленим поверхнею в коробці передач і продовжує рухатися вздовж нього. В цей момент, під реактивною силою повертаючої пружини, шарнірний привідний вал, з'єднаний з зубчасто-ланцюговою системою, рухається вперед.

Цей рух передається через рухомий контактний вузол, де тискова штанга перетворює лінійний рух на стискальну дію контактних пальців. Як тільки нерухомий контактний стержень надійно зхоплений, зубчасте колесо трохи піднімається вздовж нахиленої поверхні, щоб досягти повного механічного закриття.

На цьому етапі стискальна пружина всередині провідної труби ще більше стискається і наділяє силу на тискову штангу, забезпечуючи стабільну привідну силу, яка підтримує постійний та надійний контактний тиск між контактними пальцями та нерухомим стержнем.

Під час операції відключення зубчасте колесо продовжує рухатися на зовні вздовж нахиленої поверхні, поки повністю не відчепиться. Повертаюча пружина тоді тягне тискову штангу, що призводить до відкриття контактних пальців у формі "V", що призводить до розриву електричного з'єднання.

3. Випадок вивчення

3.1 Спостереження та аналіз вади

У певному році під час операції переключення на підстанції 110 кВ один високовольтажний відключаючий пристрій не зміг відкритися. Було негайно проведено комплексну перевірку заземлювальної системи, головної провідної системи, механічного взаємного блокування, верхньої/нижньої провідних труб та електродвигунного приводного механізму. Перевірка показала, що зубчасте колесо всередині коробки електродвигунного механізму було пошкоджене, а також були зламані такі компоненти, як шпонки та з'єднання. Персонал, що займається експлуатацією та обслуговуванням, повідомив про дефект, і відповідні корективні заходи були впроваджені відповідно до річного графіку технічного обслуговування.

3.2 Захід по вдосконаленню

(1) Оновлення допоміжних компонентів
Шпонки та з'єднання були замінені на високоякісну нержавіючу сталь, щоб запобігти корозії під час довготривалої експлуатації. Були впроваджені графітовані та композитні втулки, стійкі до корозії та з низьким коефіцієнтом тертя, для підвищення ефективності передачі. Всі зовнішні металеві частини були гартовані методом гальванізації, що значно підвищило антикорозійні властивості. Полівна досвід підтверджує, що гальванізація добре підходить для зовнішніх застосувань.

(2) Покращення електродвигунного приводного механізму
Попередній приводний механізм CJ7A був замінений на новіший моделі CJ11. Фотографія оновленого механізму CJ11 представлена на рисунку 1.

(3) Сучасний дизайн допоміжного вмикання
Допоміжне вмикання є важливим вторинним компонентом, який надає сигнали про стан відкриття/закриття. Відмова може призвести до невірного сигналізації та некоректної роботи. Новий дизайн використовує міжнародно виявлену каменево-приводну систему мікро-вмикання, що забезпечує надійне переключення, плавне обертання та стійкість до відмов під час операцій відкриття/закриття.

(4) Захист контролю електродвигуна
Після завершення операції відкриття або закриття електропостачання електродвигуна спочатку відключується допоміжним вмиканням. Якщо допоміжне вмикання відмовляє, кінцеві вмикання на обох сторонах відкриття та закриття відключають електродвигун. Якщо вони також відмовляють, механічні зупинники на обох сторонах активують тепловий реле, що відключає живлення. Ця трирівнева система захисту надійно зупиняє електродвигун після кожного операційного циклу, запобігаючи неконтрольованому русі та можливим механічним пошкодженням.

(5) Механічна передавальна система
Використовується система з черв'ячними передачами. Черв'ячна передача, зв'язки та інші редукторні компоненти виготовлені з високою точністю і упаковані в алюмінієву оболонку. Цей дизайн забезпечує плавну роботу, низький рівень шуму та відсутність ударних навантажень.

(6) Другорядна система керування
Панель керування має раціональне та естетично привабливе розташування з дверною конструкцією на петлях, що сприяє проводці та обслуговуванню на місці, забезпечуючи безпечну та надійну роботу другорядної системи.

(7) Герметизація корпусу
Корпус механізму використовує повітряну подушку для герметизації дверей. Як двері, так і верхня кришка виготовлені з нержавіючої сталі товщиною 2,5 мм, а основний корпус — з нержавіючої сталі товщиною 2 мм, що забезпечує відмінну стійкість до вітру, пилу та корозії.

4. Висновок

На основі багаторічного досвіду експлуатації та аналізу вад моторних механізмів відключувачів на цій ПП 110 кВ, оригінальний механізм було оновлено до моделі CJ11, розробленої групою Pinggao — нової конструкції, самостійно розробленого моторного механізму з черв'ячною передачею. Цей покращений дизайн подолав попередні недоліки як у інженерному, так і у виробничому плані, пропонуючи високу надійність роботи, плавність руху, високу ефективність передачі, відсутність інерційних ударів, низький рівень шуму, сильну взаємозамінність та привабливий зовнішній вигляд.

Крім місцевого та дистанційного електричного керування, механізм CJ11 також підтримує ручне керування. Практичні випробування при номінальному навантаженні продемонстрували його здатність надійно виконувати понад 10 000 механічних операцій.