Kratka rasprava o nadogradnji i primjeni stacionarnih kontakata u vanjskim visokonaponskim prekidačima od 220 kV

Odsjedivač je najčešće korišteni tip opreme za prekid visokih napona. U elektroenergetskim sustavima, odsjedivači visokog napona su električne uređaje visokog napona koje se koriste u koordinaciji s prekidačima visokog napona za izvršavanje preključivanja. Oni igraju ključnu ulogu tijekom normalnog rada elektroenergetskog sustava, operacija preključivanja i održavanja pretvoraca. Zbog česte upotrebe i visokih zahtjeva za pouzdanosti, odsjedivači značajno utječu na dizajn, konstrukciju i sigurno funkcioniranje pretvoraca i elektrana.

Princip rada i struktura odsjedivača su relativno jednostavni. Njihova glavna karakteristika je nedostatak sposobnosti gašenja lukova; mogu otvarati ili zatvarati krugove samo pod praznim strujama ili vrlo niskim strujama (obično < 2 A). Odsjedivači visokog napona mogu se klasificirati prema okruženju instalacije kao vanjski i unutarnji tipovi. Prema strukturi njihovih izolatornih nosača, mogu se dalje klasificirati kao jednoslopni, dvoslopni ili troslupni odsjedivači.

Pretvorac od 220 kV u elektrani aluminijumske tvrtke jest potpuno automatizirani pretvorac smanjenog napona koji je u funkciji gotovo 19 godina. Glavni zadatak je osigurati DC snabdevanje 200 kA elektrolitnim celijama te proizvodnju, pomoćne i stambene snabdevanje drugim sekundarnim objektima unutar tvrtke. Vanjsko postrojje od 220 kV koristi GW7-220 tip vanjskih AC odsjedivača visokog napona - troslupne, horizontalno otvarajuće, tri-fazne, 50 Hz vanjske električne uređaje visokog napona.

Od komisioniranja 1998. godine, ti vanjski AC odsjedivači visokog napona omogućili su preključivanje busa pod praznim uvjetima i pružali električnu izolaciju između deenergizirane opreme (poput busova i prekidača pod održavanjem) i živih linija visokog napona. Nakon 19 godina službe, opaženo je široko rasprostranjenje pregrejanja kontakata odsjedivača (čimbenik termometra dosegao do 150°C), što predstavlja ozbiljan sigurnosni rizik. Taj problem može dovesti do ispaljenja odsjedivača od 220 kV, što bi rezultiralo gubitkom faze, spajanjem kontakata ili lukastražnjim kratkim spojevima - potencijalno uzrokujući potpunu isključenu i paralizu cijelog sustava pretvoraca.

U odgovoru, provedena je prikupljanja podataka i analiza glavnih uzroka, što je dovelo do identifikacije primarnih uzroka pregrejanja kontakata. Efektivne mjere nadogradnje bile su implementirane i zatim promovirane za šire korištenje.

Struktura i princip rada GW7-220 vanjskog AC odsjedivača visokog napona

Taj odsjedivač ima troslupnu, horizontalno rotirajuću strukturu, sastavljenu od baze, izolatornih nosača, vodljivog sustava, zemlinskog prekidača (osim za verzije bez zemlinskog prekidača) i pogonskog mehanizma. Baza je savaren od kanala i čelika, s tri montažna stuba: dva fiksna na krajevima i jedan rotirajući u sredini. Unutar kućišta od kanala nalaze se prenosni lančici i interlock platne. Montažne platne su savarene ispod baze za sigurno pričvršćivanje temelja. Baze su dostupne u tri konfiguracije: bez zemlinskog prekidača, sa jednim zemlinskim prekidačem i sa dva zemlinska prekidača. Za verzije sa zemlinskim prekidačem, stubi za zemlinski prekidač su savareni na jednom ili oba kraja baze, s zemlinskim prekidačem montiranim prema potrebi, odabrano prema zahtjevima kruga.

Vodljivi sklop je fiksiran na vrhu izolatornih stupova i sastoji se od pokretnog klipa (vodljivog klipa) i fiksiranih kontakata. Klip sastoji se od dvije bakrene cevi povezanih putem dvije bakrene blokade s aluminijumskom kapuljicom, s cilindričnim kontaktom savarenim na kraju. Fiksirani kontakti imaju više tačaka dodira. Svaki kontakt prst ima nezavisnu oprugu podvlačenja, što pruža dovoljno putovanje ubacenja kako bi se održao pouzdan kontakt čak i pod silom napetosti busa. Povratna opruga nagiba fiksirani kontakt malo kako bi se osiguralo gladko i koordinirano otvaranje/zatvaranje.

Pogonski mehanizam uključuje i električne i ručne opcije. Električni mehanizam koristi asinkroni motor koji pogoni mehanički redukcijski zupčanik za rotaciju glavnog valja za 180°. Snaga se prenosi putem spojnih čelikovih cevi na odsjedivač, a lančići rotiraju centralni izolatorni stup za 71°, uzrokujući da se pokretni kontakti na oba kraja vodljivog štapa ubace u ili povuku iz fiksiranih kontakata, završavajući operacije zatvaranja ili otvaranja. Mekanički mrtvi centri u lančicu pružaju samozaključavanje na kraju puta. Ručno upravljanje je dostupno za komisioniranje ili u slučaju greške električnog mehanizma.

Analiza uzroka pregrejanja kontakata vanjskih odsjedivača visokog napona

Vanjsko postrojje od 220 kV aluminijumske tvrtke ima 24 seta GW7-220 odsjedivača koji služe dvema dolaznim linijama od 220 kV, rektifikacijskim jedinicama #1–#4 i transformatorima snage #1 i #2, ukupno 144 fiksirana kontakta. Tijekom redovnih pregleda, pregrejanje se procjenjuje gledanjem toplinskog treptanja, promjene boje ili mjerenja temperature veće od 70°C na tačkama kontakta. Statistika pokazuje da je od siječnja do prosinca 2014. godine bilo 13 neplaniranih isključivanja zbog pregrejanja kontakata odsjedivača - prosječno 1,08 incidenta mjesečno.

Ponovljeno testiranje i analiza dinamike kontakata otkrila su sljedeće glavne uzroke:

• Svaki fiksirani kontakt sastoji se od šest neovisnih prstvenih kontakata s geometrijom tačkastog kontakta, što rezultira nedovoljnom ukupnom površinom kontakta i neuniformnim raspodjelom struje po prstima - strukturne manjkave.

• Više pokretnih dijelova kontakta dopušta strujanje kroz opruge kontakta, što dovodi do otopljivanja, gubitka elastičnosti, smanjenja tlaka kontakta i pogoršanja otpora kontakta, što intenzivira zagrijavanje.

• Teški vanjski uvjeti (sunce, kiša) kombinirani s podoptimalnim odabirom materijala (standardni čelični za opruge napetosti i pinove kontakta) doveli su do ozbiljnog korozije, starenja, umora opruge, smanjenih mehaničkih svojstava, nedostatka sile kontakta i previsokog otpora petlje.

• Erozija luka uzrokovala je jame i ozbiljnu oksidaciju površine kontakta, što još više povećava otpor.

Nadogradnja i preventivne mjere za fiksirane kontakte

• Spojite originalno neovisne prstvene kontakte fleksibilnim bakrenim trakama kako biste povećali efektivnu površinu kontakta između pokretnih i fiksiranih kontakata.

• Zamijenite i nadogradite opruge i pinove kako biste povećali snagu opruge i poboljšali kontakt.

• Primijenite srebrno prelivenje na površine pokretnih i stacionarnih kontakata.

• Primijenite čvrsto mazivo na površine kontakata kako biste smanjili trenje i spriječili oksidaciju.

• Implementirajte nadgledanje temperature infracrvenom kamerom, posebno na točkama spojeva kontakata, i uspostavite bazu podataka o temperaturi.

• Redovito održavajte, inspekcirajte i čistite odvojače.

Verifikacija i rezultati primjene

Nadzor nakon revizije pokazuje:

• Pod identičnim uvjetima temperature okoliša (17°C) i radnih uvjeta, temperature kontakata su se snizile s ~23°C (nerevidirani) na ~19°C (revidirani).

• Vizualne inspekcije tijekom održavanja otkrile su značajno manji broj mjesta oštećena lukom na revidiranim kontaktima u usporedbi s nerevidiranim.

Do ovog trenutka, 5 jedinica odvojača (30 stacionarnih kontakata) je revidirano. Ova tehnička rješenja se postupno provodi na svim GW7-220 odvojačima u vanjskom prekidničkom uređaju kompanije od 220 kV.

Zaključak

Kroz sustavnu analizu široko rasprostranjenog pregrejavanja kontakata u vanjskim visokonaponskim AC odvojačima GW7-220, uspješno su razvijene i implementirane ciljane modifikacije stacionarnih kontakata. Ova inicijativa značajno je unaprijedila sigurnost opskrbe strujom i operativnu stabilnost, pružajući vrijedno iskustvo za buduće funkcioniranje, održavanje i servis GW7-220 odvojača.