Кратко обсъждане на ремонта и приложението на неподвижни контакти в 220 кВ открити високонапежни разединители
Разединителите са най-широко използван тип високонапредно свързващо оборудване. В електроенергийните системи високонапредните разединители са високонапредни електрически устройства, използвани в съчетание с високонапредни прекъсвачи за извършване на операции по свързване. Те играят ключова роля при нормална експлоатация на електроенергийната система, операции по свързване и поддръжка на трансформаторни станции. Благодарение на честото им използване и високите изисквания за надеждност, разединителите оказват значително влияние върху проектирането, строителството и безопасната експлоатация на трансформаторни станции и електроцентрали.
Принципът на действие и структурата на разединителите са относително прости. Основната им характеристика е липсата на способност за угасяване на дъга; те могат да отварят или затварят цепи само при безнагласен ток или при много нисък ток (обикновено < 2 A). Високонапредните разединители могат да бъдат класифицирани според околната среда на инсталацията като открити и вътрешни. Според структурата на изолационните опорни колони те могат да бъдат допълнително класифицирани като единоколонни, двуколонни или триколонни разединители.
Трансформаторната станция на 220 кВ в електроцентрала на алуминиево предприятие е напълно автоматизирана понижаваща трансформаторна станция, която е в експлоатация почти 19 години. Тя предимно доставя постоянен ток до 200 кА електролитни ванни и предоставя производствена, помагална и жилищна енергия на други вторични предприятия в компанията. Откритият 220 кВ разпределителен щит използва GW7-220 тип открити AC високонапредни разединители – триколонни, хоризонтално отварящи, трифазни, 50 Hz открити високонапредни електрически устройства.
От пускането в експлоатация през 1998 г., тези открити AC високонапредни разединители позволяват прехвърляне на шина при безнагласени условия и осигуряват електрическа изолация между деенергизирани устройства (като шини и прекъсвачи, които се поддържат) и живи високонапредни линии. След 19 години служба, било забелязано широко разгреване на контактите на разединителите (показания на инфрачервен термометър достигат до 150°C), което представлява сериозна опасност. Този проблем може да доведе до изгаряне на 220 кВ разединителите, което води до загуба на фаза, сваряване на контактите или късотоци от дъга, които потенциално могат да причинят пълна блокировка и парализа на цялата система на трансформаторната станция.
В отговор, бяха проведени събиране на данни и анализ на кореновите причини, които доведоха до установяване на основните причини за разгреване на контактите. Бяха приложени ефективни мерки за модернизация, които след това бяха насърчени за по-широко приложение.
Структура и принцип на действие на GW7-220 открити AC високонапредни разединители
Този разединител има триколонна, хоризонтално вращаща се структура, състояща се от основа, изолационни опорни колони, проводен систем, заземващ прекъсвач (освен ако не са незаземени версии) и приводен механизъм. Основата е сварена от L-образна стомана и стоманени плочи, с три монтиращи скоби: две фиксирани на краищата и една въртяща се в центъра. Във вътрешността на L-образната стомана обвивка се намират предаващи връзки и интерлокиращи плочи. Под основата са сварени монтиращи плочи за сигурно прикрепяване към фундамента. Основите са налични в три конфигурации: незаземени, едностранично заземени и двустранно заземени. За заземени версии, заземващите прекъсвачи са сварени на едната или двете краища на основата, съответно избрани в зависимост от нуждите на цепилото.
Проводната система е фиксирана върху изолационните колони и се състои от движещ се нож (проводен нож) и стационарни контакти. Ножът се състои от два медни цилиндъра, свързани чрез две медни блокчета към алюминиева обвивка, с цилиндричен контактен връх, сварен на края. Стационарните контакти имат пръстовиден, многоточков контакт. Всяка контактна пръста има независима пружина, която предоставя достатъчен път за влизане, за да се поддържа надежден контакт дори при силата на натягане на шината. Връщаща пружина наклонява стационарния контакт леко, за да се осигури гладко и координирано отваряне/затваряне.
Приводният механизъм включва както електрически, така и ръчни варианти. Електрическият механизъм използва асинхронен двигател, който привежда в движение механично намалително устройство, за да завърти главния вал с 180°. Силата се предава чрез свързващи стоманени тръби към разединителя, и връзките въртят централната изолационна колона с 71°, което причинява движещите се контакти на двете краища на проводния стержен да влязат или излязат от стационарните контакти, завършвайки операциите за затваряне или отваряне. Механични позиции на смъртен център във връзките осигуряват самозаключване в крайните точки на пътя. Ръчната операция е налична за пускане в експлоатация или в случай на отказ на електрическия механизъм.
Анализ на причините за разгреване на контактите в открити високонапредни разединители
Откритият 220 кВ разпределителен щит на алуминиевото предприятие разполага с 24 комплекта GW7-220 разединители, обслужващи две 220 кВ входящи линии, правоугълни устройства №1–№4 и преобразуватели на мощност №1 и №2, общо 144 стационарни контакта. По време на рутинните проверки, разгреването беше оценено чрез наблюдение на топлинна маревна картина, изменение на цвета или измерване на температурата над 70°C в точките на контакти. Статистиката показва, че от януари до декември 2014 г. имаше 13 непланови спирана поради разгреване на контактите на разединителите – средно 1,08 случая на месец.
Повторните тестове и анализ на динамиката на контактите разкриха следните основни причини:
Всеки стационарен контакт се състои от шест независими пръстовидни контакти с точков контакт, което води до недостатъчна общо контактна площ и неравномерно разпределение на тока между пръстовете – конструктивен недостатък.
Много движещи се контактни компоненти позволяват токът да протича през контактни пружини, което води до размягване, загуба на еластичност, намалена контактна сила и засилване на контактното съпротивление, което усилва разгреването.
Суровите открити условия (слънце, дъжд) в комбинация с подобряем избор на материали (стандартна стомана за контактни пружини и булавки) доведоха до сериозна корозия, стареене, умора на пружините, влошени механични свойства, недостатъчна контактна сила и извънредно високо контактно съпротивление.
Ерозията от дъга е причинила образуване на дупки и сериозна оксидация на контактните повърхности, което допълнително увеличава съпротивлението.
Модернизация и профилактични мерки за стационарните контакти
Интерконектирайте оригинално независимите пръстовидни контакти чрез гъвкави медни ленти, за да се увеличи ефективната контактна площ между движещите се и стационарните контакти.
Заменете и обновете напрежението на пружините и шпиловете, за да подобрите силата на пружините и да затегнете контакта.
Покрийте със сребърно покритие както движещите, така и неподвижните контактни повърхности.
Приложете твърд смазкител към контактните повърхности, за да намалите триенето и да предотвратите окисление.
Реализирайте инфрачервено мониториране на температурата, особено в точките на контактно свързване, и създайте база данни за температура.
Осъществявайте регулярно поддръжка, проверки и почистване на разединители.
Проверка и резултати от приложение
Мониторингът след модернизацията показва:
При еднаква околна температура (17°C) и условия на работа, температурата на контактите спадна от ~23°C (небихави) до ~19°C (модернизирани).
Визуалните проверки по време на поддръжка показаха значително по-малко места с повреди от дъга на модернизираните контакти в сравнение с небихавите.
На момент написване 5 единици разединители (30 неподвижни контакта) са модернизирани. Това техническо решение се изпълнява последователно във всички GW7-220 разединители в 220 kV открития периметър на компаниата.
Заключение
Чрез систематичен анализ на широко разпространеното прекомерно затопляне на контактите в GW7-220 открити AC високонапрегнати разединители, бяха успешно разработени и реализирани целенасочени модификации на неподвижните контакти. Тази инициатива значително подобри безопасността на доставката на електроенергия и оперативната стабилност, като същевременно предостави ценен опит за бъдеща експлоатация, поддръжка и обслужване на GW7-220 разединители.
