דיון קצר על שיפוץ ושימוש במגעים סטטיים במתגים חיצוניים של מתח גבוה 220 ק"ו

המתנתק הוא סוג החשמל בגובה נתחם הנפוץ ביותר. במערכות חשמל, מתנתקים בגובה נתחם הם מכשירי חשמל בגובה נתחם המשמשים בשיתוף פעולה עם מתנתקים בגובה נתחם כדי לבצע פעולות התנתקות. הם משחקים תפקיד קריטי במהלך פעילות רגילה של מערכת החשמל, פעולות התנתקות ותחזוקת תחנות כוח. בשל פעילותם המתמדת ודרישות האמינות הגבוהות שלהם, המתנתקים משפיעים באופן משמעותי על העיצוב, הבנייה והפעילות הבטוחה של תחנות כוח ומפעלי חשמל.

עקרון הפעולה והמבנה של המתנתקים פשוטים יחסית. מאפיינם העיקרי הוא חוסר יכולת לכיבוי קשת; הם יכולים לפתוח או לסגור מעגלים רק בתנאי זרם ללא עומס או זרם מאוד נמוך (בדרך כלל < 2 אמפר). ניתן לחלק את המתנתקים בגובה נתחם לפי סביבת התקנה למתנתקים חיצוניים ובינוניים. בהתאם למבנה עמודי התמיכה המבודדים שלהם, ניתן לחלק אותם למתנתקים בעמוד יחיד, בעמודים כפולים או בעמודים משולשים.

תחנת הכוח בגובה 220 kV במפעל אלומיניום היא תחנת כוח מופחתת אוטומטית שעובדת כבר כמעט 19 שנים. היא מספקת בעיקר חשמל ישר לצלחות אלקטרוליזה של 200 kA ומספקת חשמל לייצור, עזרי ומגורים למפעלים משניים אחרים בחברה. בסיס החלפת הגבהים החיצוני בגובה 220 kV משתמש במתנתקים חיצוניים מגובה נתחם מסוג GW7-220—מתנתקים בעמודים שלושה, פותחים אופקית, שלושה פאזה, 50 Hz.

מאז הצבתם בשנת 1998, המתנתקים החיצוניים הללו אפשרו העברת צלחות ללא עומס וספקו מילוי חשמלי בין ציוד שאיננו מוכנס לחשמל (כמו צלחות ומתנתקים תחת תחזוקה) וקווי חשמל בגובה נתחם פעילים. לאחר 19 שנות שירות, נצפו חימום רחב של מגע המתנתקים (מדדי טמפרטורה אינפרא אדומים הגיעו עד 150°C), מה שהווצר סיכון בטיחותי חמור. בעיה זו יכולה להוביל להכחדת המתנתקים בגובה 220 kV, לתמותה של פאזה, לשיכוך מגע או לקצר קשת—מה שיכול לגרום לנפילת חשמל מלאה והשבתה של כל מערכת התחנה.

בתגובה, נערכו איסוף נתונים וניתוח גורמים ראשונים, מה שהוביל לזהות את הגורמים העיקריים לחימום המגע. הוכנסו אמצעי שיפוץ יעילים ונפרסו לשימוש רחב יותר.

מבנה ועקרון פעולה של המתנתק החיצוני מגובה נתחם GW7-220

מתנתק זה כולל מבנה בעמודים שלושה, סובב אופקית, המורכב מבסיס, עמודי תמיכה מבודדים, מערכת מולכת, מתנתק אדמה (למעט גרסאות לא מוצבות על אדמה) ומנוע הפעלה. הבסיס מחובר מפסי ברזל ופלדות, עם שלושה בסיסי התקנה: שניים קבועים בקצוות ואחד סובב באמצע. בתוך השטח הפנימי של פסי הברזל נמצאים מקשרים וטבלאות אינטרלוקינג. לוחות התקנה מחוברים מתחת לבסיס להתקנה יציבה. הבסיסים זמינים בשלושה תרגילים: לא מוצבים על אדמה, מוצבים על אדמה אחת ועל שתי אדמות. עבור גרסאות מוצבות על אדמה, בסיסי המתנתק האדמה מחוברים לאחת או לשתי הקצוות של הבסיס, עם מתנתקי אדמה מותקנים בהתאם, שנבחרים בהתאם לדרישות המעגל.

המערכת המולכת מוצבת מעל עמודי התמיכה המבודדים וכוללת מלהק נייד (סכין מולכת) וקשרים קבועים. הסכין מורכב משני צינורות נחושת המחוברים באמצעות שני בלוקים נחושת לעטיפה אלומיניום, עם קצה מגע גלילית מחוברת לסופה. הקשרים הקבועים כוללים עיצוב מגע רב-נקודות. לכל אצבע מגע יש מתיחה עצמאית, המספקת מסלול כניסה מספיק כדי לשמור על קשר אמין גם תחת כוחות מתיחה של צלחת. קפיץ החזרה מטיח את הקשר הקבוע מעט כדי להבטיח פתיחה/סגירה חלקה ומשותפת.

מנוע ההפעלה כולל אפשרויות חשמליות וידניות. המנוע החשמלי משתמש במנוע א-סינכרוני המניע גיר דקן מכני לסיבוב הציר הראשי ב-180°. הכוח מועבר באמצעות צינורות פלדה מקשרים למתנתק, ומקשרים מסובבים את עמוד התמיכה המבודד המרכזי ב-71°, מה שגורם למגע הנע בשני קצות המוט המולכת להיכנס או לצאת מהקשרים הקבועים, ומסיים את פעולת הסגירה או הפתיחה. מצבים מתים מכניים במקשרים מספקים נעילה עצמית בנקודות הסיום של המסלול. פעולה ידנית זמינה להצבה במקרה של כשל במנוע חשמלי.

ניתוח גורמי חימום המגע במתנתקים חיצוניים בגובה נתחם

בבסיס החלפת הגבהים החיצוני בגובה 220 kV במפעל האלומיניום יש 24 סטים של מתנתקים מדגם GW7-220 המגישים לשני קווי כניסה בגובה 220 kV, יחידות יישור #1-#4 ומשתני כוח #1 ו-#2, סך הכל 144 קשרים קבועים. במהלך בדיקות רגילות, נבדק חימום על ידי צפיה באפקט חום, שינוי צבע או מדידת טמפרטורה העולה על 70°C בנקודות הקשר. הנתונים מראים כי מהחודש בינואר ועד דצמבר 2014 היו 13 שבתות לא מתוכננות עקב חימום מגע במתנתקים—ממוצע של 1.08 אירועים לחודש.

בדיקות חוזרות וניתוח של דינמיקת הקשר חשפו את הגורמים הבאים:

• כל קשר קבוע מורכב משישה אצבעות קשר עצמאיות עם גיאומטריית מגע נקודתי, מה שגורם לאזור מגע כולל חסר והתפלגות זרם לא אחידה בין האצבעות—פגם מבני.

• רכיבי קשר נעים מרובים מאפשרים לזרם לזרום דרך קפיצי קשר, מה שגורם להחלקה, איבוד אלסטיות, ירידת לחץ הקשר ורעה בהתנגדות הקשר, מה שמגביר את החימום.

• תנאים קשים חיצוניים (שמש, גשם) בשילוב עם בחירת חומרים לא אופטימלית (פלדה תקנית לקפיצי מתיחה וקינים קשר) גרמו לקרוסה חמורה, הזדקנות, עייפות קפיצים, ירידה במאפיינים מכניים, לחץ קשר חסר והתנגדות לולאה גבוהה מדי.

• האрозיה של קשת גרמה לדקירות ותחמוצת קשה על פני הקשרים, מה שגרם לעלייה נוספת בהתנגדות.

שיפוץ ואמצעי מניעה לקשרים קבועים

• חבר את האצבעות הקבועות העצמאיות באמצעות רצועות נחושת גמישות כדי להגדיל את שטח הקשר האפקטיבי בין הקשרים הנעים והקבועים.

• החליפו ועדכנו קפיצים ומוטות לחץ כדי להגביר את כוח הקפיץ ולשפר את צימוד המגע.

• הטמיעו שכבת כסף על פני השטח של המגע הנע והננייה.

• הטמיעו משחה מוצקה לפני השטח של המגע כדי להפחית חיכוך למנוע אוקסידציה.

• הטמיעו פיקוח טמפרטורה באינפרא-אדום, במיוחד בנקודות חיבור המגע, ויצרו בסיס נתונים לטמפרטורה.

• בצעו תחזוקה, בדיקה ונקיון סדירים של מכוני ניתוק.

אימות והתוצאות של היישום

מעקב לאחר הרetrofit מראה:

• בהתאם לתנאי סביבה זהים (17°C) ובתנאי פעולה, טמפרטורת המגע ירדה מ-~23°C (לא معدل) ל-~19°C (מudar).

• בדיקות חזותיות במהלך תחזוקה חשפו מספר נמוך באופן משמעותי של נקודות פגיעה מהקשת במגע המodar בהשוואה למגע לא מודר.

נכון לכתיבת הטקסט, 5 יחידות מכוני ניתוק (30 מגעים נייחים) עברו retrofit. הפתרון הטכני הזה מתבצע באופן הדרגתי בכל מכוני ההפרדה GW7-220 במחסן החוץ של 220 kV בחברת IEE-Business.

מסקנה

באמצעות ניתוח מערכתי של התפוצה הרחבה של חימום מגע במכוני ההפרדה החיצוניים של AC בלחץ גבוה GW7-220, הצלחנו לפתח ולהטמיע שינויים ממוקדים במגע הנייח. יוזמה זו העלתה משמעותית את בטיחות האספקה והיציבות הפעילה, והציעה ניסיון ערך לעתיד עבור הפעלה, תחזוקה ושירות של מכוני ההפרדה GW7-220.