بحث مختصر درباره به‌روزرسانی و کاربرد تماس‌های ثابت در دیسکنکتورهای بالیناب با ولتاژ بالا ۲۲۰ کیلوولت خارج از ساختمان

دیسکانکتور پرکاربردترین نوع تجهیزات کلیدزنی فشار قوی می‌باشد. در سیستم‌های برق، دیسکانکتورهای فشار قوی دستگاه‌های الکتریکی با فشار قوی هستند که در هماهنگی با شیرآلات فشار قوی برای انجام عملیات کلیدزنی استفاده می‌شوند. آنها نقش مهمی در عملیات معمولی سیستم برق، عملیات کلیدزنی و نگهداری زیرстанسیون‌ها ایفا می‌کنند. به دلیل عملکرد مکرر و نیاز به قابلیت اطمینان بالا، دیسکانکتورها تأثیر قابل توجهی بر طراحی، ساخت و عملکرد ایمن زیرستانسیون‌ها و نیروگاه‌ها دارند.

اصول عملکرد و ساختار دیسکانکتورها نسبتاً ساده است. مشخصه اصلی آنها عدم قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی است؛ آنها فقط می‌توانند مدار را تحت جریان بدون بار یا جریان بسیار کم (معمولاً < ۲ آمپر) باز یا ببندند. دیسکانکتورهای فشار قوی می‌توانند بر اساس محیط نصب به دو نوع خارجی و داخلی تقسیم‌بندی شوند. بر اساس ساختار ستون‌های حامل عایق، می‌توان آنها را به دیسکانکتورهای تک‌ستونی، دو‌ستونی یا سه‌ستونی دسته‌بندی کرد.

زیرستانسیون ۲۲۰ کیلوولت در یک نیروگاه آلومینیومی یک زیرستانسیون کاملاً خودکار است که تقریباً ۱۹ سال است در حال عملیات است. این زیرستانسیون عمده‌اً توان مستقیم به سلول‌های الکترولیتی ۲۰۰ کیلوآمپری و توان تولیدی، کمکی و مسکونی به سایر واحد‌های ثانویه درون شرکت را تأمین می‌کند. محوطه کلیدزنی خارجی ۲۲۰ کیلوولت از دیسکانکتورهای فشار قوی جریان متناوب خارجی GW7-220 استفاده می‌کند—تجهیزات الکتریکی فشار قوی خارجی سه‌ستونی، بازشوی افقی، سه‌فازی، ۵۰ هرتز.

از زمان راه‌اندازی در سال ۱۹۹۸، این دیسکانکتورهای فشار قوی جریان متناوب خارجی قادر به انتقال خطوط تحت شرایط بدون بار بوده‌اند و جداسازی الکتریکی بین تجهیزات خاموش (مانند لاین‌های اصلی و شیرآلات تحت نگهداری) و خطوط فشار قوی زنده را فراهم کرده‌اند. پس از ۱۹ سال خدمت، گرم شدن گسترده نقاط تماس دیسکانکتورها مشاهده شده است (خواندن دماسنج فروسرخ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد)، که خطر جدی ایمنی ایجاد کرده است. این مشکل می‌تواند منجر به سوزاندن دیسکانکتورهای ۲۲۰ کیلوولت، از دست دادن فاز، جوشکاری نقاط تماس یا کوتاه شدن قوس الکتریکی شود—که می‌تواند باعث قطع کامل برق و خرابی کل سیستم زیرستانسیون شود.

در پاسخ، جمع‌آوری داده‌ها و تحلیل علت اصلی انجام شد که منجر به شناسایی علل اصلی گرم شدن نقاط تماس شد. تدابیر بازسازی مؤثر انجام شد و سپس برای کاربرد گسترده‌تر ترویج یافت.

ساختار و اصول عملکرد دیسکانکتور فشار قوی خارجی جریان متناوب GW7-220

این دیسکانکتور دارای ساختار سه‌ستونی با چرخش افقی است که شامل پایه، ستون‌های حامل عایق، سیستم هادی، شیر زمین (به جز نسخه‌های غیرزمینی) و مکانیسم گردان است. پایه از فولاد U شکل و صفحات فولادی لحیم شده و سه براکت نصب دارد: دو تا در انتهای‌ها ثابت و یکی در وسط چرخشی. در داخل پوشش فولاد U شکل، مجموعه‌های انتقال و صفحات انعقاد وجود دارد. صفحات نصب زیر پایه لحیم شده‌اند تا اتصال محکم به پایه ایجاد شود. پایه‌ها در سه کنفیگوراسیون موجود هستند: غیرزمینی، تک‌زمینی و دو‌زمینی. برای نسخه‌های زمینی، براکت‌های شیر زمین به یک یا هر دو انتهای پایه لحیم شده‌اند و شیرهای زمین بر اساس نیاز مدار نصب می‌شوند.

مجموعه هادی روی ستون‌های عایقی ثابت شده و شامل شیار متحرک (ناقل هادی) و نقاط تماس ثابت است. شیار متحرک از دو لوله مسی تشکیل شده که از طریق دو بلوک مسی به پوشش آلومینیومی متصل شده‌اند و یک سر تماس استوانه‌ای لحیم شده است. نقاط تماس ثابت دارای طراحی چند نقطه‌ای با انگشت‌های تماس هستند. هر انگشت تماس دارای فنر تنش مستقل است که مسیر ورود کافی برای حفظ تماس قابل اعتماد حتی در شرایط نیروی کشش لاین اصلی فراهم می‌کند. یک فنر بازگشتی انگشت تماس ثابت را کمی می‌چرخاند تا اطمینان حاصل شود که عملیات باز و بسته شدن به صورت هموار و هماهنگ انجام شود.

مکانیسم گردان شامل گزینه‌های الکتریکی و دستی است. مکانیسم الکتریکی از یک موتور نامتقارن برای گرداندن یک گیربکس مکانیکی برای چرخاندن محور اصلی به اندازه ۱۸۰ درجه استفاده می‌کند. نیرو از طریق لوله‌های فولادی اتصال به دیسکانکتور منتقل می‌شود و مجموعه‌های انتقال ستون عایقی مرکزی را به اندازه ۷۱ درجه می‌چرخانند، که باعث می‌شود نقاط تماس متحرک در دو انتها از نقاط تماس ثابت وارد یا خارج شوند و عملیات بسته شدن یا باز شدن را کامل کنند. موقعیت‌های مرگ مکانیکی در مجموعه‌های انتقال اطمینان از قفل شدن در نقاط انتهایی مسیر را فراهم می‌کنند. عملیات دستی برای راه‌اندازی یا در صورت خرابی مکانیسم الکتریکی در دسترس است.

تحلیل علل گرم شدن نقاط تماس در دیسکانکتورهای فشار قوی خارجی

محوطه کلیدزنی خارجی ۲۲۰ کیلوولت شرکت آلومینیومی ۲۴ مجموعه دیسکانکتور GW7-220 دارد که دو خط ورودی ۲۲۰ کیلوولت، واحد‌های مستقیم‌ساز #۱-#۴ و ترانسفورماتورهای توان #۱ و #۲ را تأمین می‌کند، مجموعاً ۱۴۴ نقطه تماس ثابت. در بازرسی‌های معمولی، گرم شدن با مشاهده حرارت‌نمایی، تغییر رنگ یا اندازه‌گیری دما بیش از ۷۰ درجه سانتیگراد در نقاط تماس ارزیابی می‌شود. آمار نشان می‌دهد که از ژانویه تا دسامبر ۲۰۱۴، ۱۳ بار خاموشی غیر برنامه‌ای به دلیل گرم شدن نقاط تماس دیسکانکتورها رخ داده است—میانگین ۱.۰۸ حادثه در ماه.

آزمایش‌ها و تحلیل‌های مکرر دینامیک نقاط تماس علل اصلی زیر را شناسایی کرد:

• هر نقطه تماس ثابت از شش انگشت تماس مستقل با هندسه تماس نقطه‌ای تشکیل شده که موجب کمبود مساحت تماس کل و توزیع نامساوی جریان در بین انگشت‌ها می‌شود—یک نقص ساختاری.

• مؤلفه‌های تماس متحرک چندگانه اجازه می‌دهند تا جریان از طریق فنرهای تماس جریان یابد، که باعث خوابیدگی، از دست دادن الاستیسیته، کاهش فشار تماس و وخامت مقاومت تماس می‌شود و گرم شدن را تشدید می‌کند.

• شرایط سخت خارجی (آفتاب، باران) به اضافه انتخاب مواد نامناسب (فولاد استاندارد برای فنرهای تنش و پین‌های تماس) منجر به فرسودگی شدید، خستگی، کاهش خصوصیات مکانیکی، کمبود نیروی تماس و مقاومت حلقه اضافی شده است.

• فرسایش قوس الکتریکی موجب حفره‌سازی و اکسیداسیون شدید روی سطوح تماس شده و مقاومت را افزایش داده است.

بازسازی و تدابیر پیشگیرانه برای نقاط تماس ثابت

• ارتباط دادن انگشت‌های تماس مستقل اصلی با استفاده از ریبان‌های مسی انعطاف‌پذیر برای افزایش مساحت تماس مؤثر بین نقاط تماس متحرک و ثابت.

• فنرهای فشار و پین‌ها را جایگزین و به‌روز کنید تا نیروی فنر افزایش یابد و محکمیت تماس بهبود یابد.

• سطح تماس حرکتی و ثابت را با پوشش نقره‌ای پوشانید.

• مواد ماده‌ای جامد را بر روی سطوح تماس اعمال کنید تا اصطکاک کاهش یابد و اکسید شدن جلوگیری شود.

• نظارت دما با استفاده از اندازه‌گیری دما با مادون قرمز، به خصوص در نقاط اتصال تماس، را اجرا کنید و یک پایگاه داده دما بسازید.

• نگهداری، بازرسی و تمیز کاری منظم جداکننده‌ها را انجام دهید.

تأیید و نتایج کاربرد

نظارت پس از به‌روزرسانی نشان می‌دهد:

• در دمای محیط یکسان (۱۷ درجه سانتیگراد) و شرایط عملکردی یکسان، دمای تماس از حدود ۲۳ درجه سانتیگراد (بدون تغییر) به حدود ۱۹ درجه سانتیگراد (به‌روزرسانی شده) کاهش یافت.

• بازرسی‌های بصری در طول نگهداری نشان داد که تعداد نقاط آسیب‌دیده از جرقه در تماس‌های به‌روزرسانی شده به طور قابل توجهی کمتر از تماس‌های بدون تغییر است.

تا زمان نوشتن این متن، ۵ واحد جداکننده (۳۰ تماس ثابت) به‌روزرسانی شده‌اند. این راه‌حل فنی به تدریج در تمام جداکننده‌های GW7-220 در دایره‌گرد ۲۲۰ کیلوولت شرکت اجرا می‌شود.

نتیجه‌گیری

با تحلیل سیستماتیک گرم شدن گسترده تماس در جداکننده‌های AC بالادریافت GW7-220 بیرون از ساختمان، تغییرات هدفمند در تماس‌های ثابت با موفقیت توسعه یافته و اجرا شده‌اند. این مبادرت به طور قابل توجهی ایمنی تأمین برق و پایداری عملکرد را افزایش داده و همچنین تجربه‌ای ارزشمند برای عملیات، نگهداری و خدمات آینده جداکننده‌های GW7-220 فراهم کرده است.