Lyhyt keskustelu 220 kV ulkokäyttöisten korkeajännite-erottimien paikallisten yhteyksien uudistamisesta ja soveltamisesta

Erottelu on yleisin tyyppi korkean jännitteen kytkentälaitteista. Sähköverkoissa korkean jännitteen erottelut ovat sähkölaitteita, jotka käytetään yhteistyössä korkean jännitteen sulkuilla suorittamaan kytkentäoperaatioita. Ne ovat olennaisia normaalin sähköverkon toiminnassa, kytkentäoperaatioissa ja alijäämölaitosten huollossa. Niiden useaan otteeseen toistuva käyttö ja korkea luotettavuustaso vaikuttavat merkittävästi alijäämölaitosten ja voimaloiden suunnitteluun, rakentamiseen ja turvalliseen toimintaan.

Erottelujen toimintaperiaate ja rakenne ovat suhteellisen yksinkertaisia. Niiden pääpiirre on se, että niillä ei ole kaarilisäyksenkykyä; ne voivat avata tai sulkea piirejä vain nollajännite- tai hyvin pienillä virralla (yleensä < 2 A). Korkean jännitteen erottelut voidaan luokitella asennusympäristön mukaan ulkokäyttöisiin ja sisäkäyttöisiin tyyppeihin. Niiden erottelupylväiden rakenne perusteella ne voidaan edelleen luokitella yhdeksipylväiseksi, kaksipylväiseksi tai kolmipylväiseksi erotteleiksi.

Alumiinialan yrityksen voimalon 220 kV alijäämölaitos on täysin automatisoitu alijäämölaitos, joka on ollut käytössä noin 19 vuotta. Se toimittaa pääasiassa 200 kA:n elektrolyysilaiteille DV-sähköä ja tuottaa sekundaariyritysten tuotanto-, apu- ja asuinalueiden sähköntarpeen. Ulkokäyttöinen 220 kV kytkentäalue käyttää GW7-220-malleja ulkokäyttöisiä vaihtovirta-erotteluja—kolmipylväisiä, vaakasuuntaan avaavia, kolmifasedeitä, 50 Hz:n ulkokäyttöisiä korkean jännitteen sähkölaitteita.

Koska näiden ulkokäyttöisten vaihtovirta-erotteluiden käyttöönotto vuonna 1998, ne ovat mahdollistaneet busbarin siirtämisen nollajännite-olosuhteissa ja tarjonnut sähköisen eristyksen kytkettyiltä laitteilta (kuten busbareista ja huollettavilta sulkuilta) ja levottomalta korkean jännitteen verkolta. 19 vuoden palvelukauden jälkeen on havaittu laajamittaista erotteluyhteyksien kuumenemista (lämpömittarin lukemat saavat jopa 150°C), mikä aiheuttaa vakavan turvallisuusriskin. Tämä ongelma voi johtaa 220 kV erotteluiden polttautumiseen, mikä voi aiheuttaa vaiheen kadotuksen, yhteyksien kiinteistymisen tai kaarileikkauslyhytyksen—mikä taas voi johtaa kokonaan sähkövirran katkeamiseen ja alijäämölaitoksen koko järjestelmän lamautumiseen.

Vastauksena tähän kerättiin dataa ja tehtiin syynsäilyanalyysi, mikä johti yhteyksien kuumenemisen pääasiallisten syiden tunnistamiseen. Tehokkaita uudelleenvarustamistoimenpiteitä toteutettiin ja ne levitettiin laajempaan soveltamiseen.

GW7-220 ulkokäyttöisen vaihtovirta-erottelun rakenne ja toimintaperiaate

Tämä erottelu on kolmipylväinen, vaakasuuntaan kiertävä rakenne, joka koostuu pohjasta, erottelupylväistä, johtojärjestelmästä, maapainikesta (paitsi epämaapainikeversioissa) ja ajurista. Pohja on hitaistettu kanavanmuotoisesta terästä ja teräslevyistä, ja sillä on kolme asennuspistettä: kaksi kiinteä kiinnitettyä päissä ja yksi keskellä kierrätettävä. Kanavanmuotoisen puskuriin on sijoitettu välittelylinkit ja lukituslevyt. Pohjan alla on hitaistettu asennuslevyt varmalle perustukselle. Pohjia on kolme versiota: epämaapainike, yksimaapainike ja kaksimaapainike. Maapainikeversioissa maapainiken liitännät on hitaistettu yhden tai molempien pohjan päiden reunoihin, ja maapainike on asennettu vastaavasti, valitsemalla sen piirin tarpeiden mukaan.

Johtojärjestelmä on kiinnitetty erottelupylväiden huippuun ja se koostuu liikkuvasta veitseltä (johtavasta portaatsesta) ja kiinteästä yhteydestä. Portaatsesta koostuu kahdesta kuparisputkesta, jotka on yhdistetty kahdella kuparilohdolla alumiinikansiin, ja sen päässä on hitaistettu sylinterimäinen yhteysohja. Kiinteä yhteys on sormenmuotoinen, monipisteinen yhteys. Jokaisella sormella on oma jännityskeha, mikä takaa riittävän upotussiirron ylläpitääkseen luotettavan yhteyden jopa busbarin jännitysjoukkueen vallitessa. Palautuskeha kallistaa kiinteän yhteyden hieman, varmistaakseen sileän ja yhteensovitetun avaamisen/sulkeutumisen toiminnan.

Ajurissa on sekä sähköinen että manuaalinen vaihtoehto. Sähköinen ajuri käyttää epäsynkronisoitua moottoria, joka kuljettaa mekaanista vähennysvaihetta kiertämään pääakselia 180°. Voima siirtyy yhdistävien teräsputkien kautta erotteluun, ja linkit kiertävät keskimmäistä erottelupylvää 71°, mikä aiheuttaa liikkuvien yhteyksien, johtorangan molemmissa päässä, upotuksen tai poistumisen kiinteästä yhteydestä, suorittaen sulkeutumisen tai avaamisen operaation. Mekaaniset kuolemat linkitissä tarjoavat itselukituksen matkan päätepisteissä. Manuaalinen toiminto on saatavilla komissionoinnin tai sähköisen ajurin vika-aikana.

Analyysi ulkokäyttöisten korkean jännitteen erotteluiden yhteyksien kuumenemisen syistä

Alumiinialan yrityksen 220 kV ulkokäyttöisessä kytkentäalueessa on 24 GW7-220-erotinryhmää, jotka palvelevat kahdelle 220 kV sisäänpääsylinjalle, suodattimiryhmille #1–#4 ja voimansiirtojen #1 ja #2, yhteensä 144 kiinteää yhteyttä. Säännöllisissä tarkastuksissa yhteyksien kuumenemista arvioitiin havainnoiden lämpökiiltoa, väriä muuttumista tai lämpömittareiden lukemat ylittävän 70°C yhteydessä. Tilastot osoittavat, että tammikuusta lokakuuhun 2014 oli 13 epäsuunniteltua sähkökatkoa erottelyyhteyksien kuumenemisen vuoksi—keskimäärin 1,08 tapahtumaa kuukaudessa.

Toistuva testaus ja analyysi yhteyksien dynamiikasta paljasti seuraavat perussyyn:

• Jokainen kiinteä yhteys koostuu kuudesta itsenäisestä sormeyhteydestä pisteyhteyden geometriassa, mikä johtaa riittämättömään kokonaisyhteysovereen ja epätasaiseen virran jakautumiseen sormien välillä—rakenteellinen puute.

• Useat liikkuvat yhteykomponentit sallivat virran kulkea yhteyksien kehoissa, mikä aiheuttaa annealoitumisen, jäykistymisen, yhteyksien paineen vähenemisen ja yhteyden vastuksen pahenemisen, mikä pahentaa kuumenemista.

• Ankarat ulkokäyttöolosuhteet (aurinko, sade) yhdistettynä alatiimiin (normaali teräs yhteyksien kehoille ja sormepinneille) aiheuttivat vakavan ruostumisen, ikääntymisen, kehon väistyämisen, heikentyneet mekaaniset ominaisuudet, riittämättömän yhteyden paineen ja liian suuren silmukan vastuksen.

• Kaari erosio on aiheuttanut kuoppia ja vakavaa oksidointia yhteyksien pinnalla, mikä lisää vielä vastusta.

Kiinteiden yhteyksien uudelleenvarustaminen ja ennaltaehkäisytoimenpiteet

• Yhdistä alkuperäiset itsenäiset sormeyhteydet joustavilla kuparivoimistoin hankkien lisää tehokasta yhteysoverea liikkuvan ja kiinteän yhteyden välille.

• Vaihda ja päivitä jännityskeleet ja -näppäimet parantaaksesi keulan voimaa ja parantaaksesi yhteyksien tiheyttä.

• Kuivia sekä liikkuvia että paikallaan olevia yhteysoheikoja.

• Tee solideja vahvoja huulivalikoita yhteysoheikoille vähentääksesi kitkua ja estääksesi ruskettumista.

• Toteuta lämpötilavalvonta infrapunasäteilyä käyttäen, erityisesti yhteyden liitoskohtissa, ja perustele lämpötilatietokanta.

• Suorita säännöllistä huoltoa, tarkastusta ja puhdistusta erottimille.

Varmennus ja sovellus tulokset

Päivityksen jälkeinen valvonta osoitti:

• Samanlaisissa lämpötilaolosuhteissa (17°C) ja toimintaehdoissa yhteyden lämpötila laski noin 23°C (muutettuna) noin 19°C (uudistettuna).

• Huoltotarkastuksissa havaittiin huomattavasti vähemmän kaarien aiheuttamia vaurioituneita kohtia uudistetuilla yhteyksillä verrattuna muuttamattomiin yhteyksiin.

Kirjoitusajankohtana 5 erottimia (30 paikallaan olevaa yhteysoheikkoa) on uudistettu. Tämä tekninen ratkaisu otetaan käyttöön kaikkiin yrityksen 220 kV ulkoisessa kytkentäasemassa oleviin GW7-220 erottimiin.

Yhteenveto

Järjestelmällisen analyysin avulla laajalle levinnyt yhteysoheikkojen ylipitoinen lämpeneminen GW7-220 ulkoisissa AC korkeajänniteerottimissa johti menestyksekkääseen uudistukseen paikallaan olevissa yhteyksissä. Tämä aloite on merkittävästi parantanut sähköntoimituksen turvallisuutta ja toiminnan vakautta, samalla tarjoten arvokasta kokemusta tuleville operointi-, huolto- ja palvelutoimille GW7-220 erottimissa.