Rövid beszélgetés a statikus kapcsolópontok frissítéséről és alkalmazásáról 220 kV-os külső magasfeszültségi kapcsolókon

A kapcsoló az egyik leggyakrabban használt fémáramkör-váltó berendezés. A villamos rendszerekben a magasfeszültségi kapcsolók magasfeszültségi elektromos eszközök, amelyeket magasfeszültségi árnyékolókkal koordinálva alkalmaznak váltási műveletek végzésére. Fontos szerepet játszanak a normális villamos rendszer működése, a váltási műveletek és az áramelosztó karbantartása során. A gyakori működésük és a magas megbízhatósági követelmények miatt jelentős hatással vannak az áramelosztók és erőművek tervezésére, építésére és biztonságos működtetésére.

A kapcsolók működési elve és szerkezete relatíve egyszerű. Fő jellemzőjük, hogy nincs ívkioltó képességük; csak üres áramkör vagy nagyon alacsony áram (általában < 2 A) mellett tudnak nyitni vagy zárni. A magasfeszültségi kapcsolókat a telepítési környezetük alapján különböztethetjük meg külső és belső típusok között. Az izoláló támogató oszlopok szerkezetét tekintve tovább oszthatjuk egyoszlopos, kétoszlopos vagy háromoszlopos kapcsolókra.

Egy alumíniumvállalat erőművének 220 kV-os áramelosztója teljesen automatizált, lefelé lépő áramelosztó, amely már majdnem 19 éve működik. Főleg DC áramot szolgáltat 200 kA-elektrolizis-kamráknak, valamint termelési, segéd- és lakossági energiaellátást más, a vállalatban található másodlagos üzemeknek. A külső 220 kV-os kapcsolóház GW7-220 típusú külső AC magasfeszültségi kapcsolókat használ—háromoszlopos, vízszintesen nyitott, háromfázisú, 50 Hz-es külső magasfeszültségi elektromos berendezések.

Mivel 1998-ban hozták felhasználatba, ezek a külső AC magasfeszültségi kapcsolók lehetővé tették a buszos átvitelüket üres állapotban, és elektromos elkülönítést biztosítottak a deenergizált felszereltségek (például a karbantartás alatt álló buszok és árnyékolók) és a live magasfeszültségi vonalak között. 19 év használat után széles körben tapasztalták a kapcsolókapcsolatok túlmelegedését (infravörös hőmérő mutatók akár 150°C-ig), ami komoly biztonsági veszélyt jelent. Ez a probléma a 220 kV-os kapcsolók kiégését, fázisvesztést, kapcsolatok összevarázsolódását vagy ívmentes rövidzártatást okozhatja—ami teljes energiamegszakadást és az egész áramelosztó rendszer meggátolhatatlanná válását is eredményezheti.

Reagálva erre, adatgyűjtést és gyökér ok elemzést végeztek, amelynek eredményeként azonosították a kapcsolatok túlmelegedésének fő oka. Hatékony újrafeldolgozási intézkedéseket hajtottak végre, amelyeket aztán szélesebb alkalmazásra is előmozdították.

A GW7-220 külső AC magasfeszültségi kapcsoló szerkezete és működési elve

Ez a kapcsoló háromoszlopos, vízszintesen forgó szerkezetű, amely alap, izoláló támogató oszlopok, vezető rendszer, földkapcsoló (kivéve a nem-földelve verziókat) és vezérlő mechanizmust tartalmaz. Az alap csatorna acél és acélapakkal van hegyezve, három montázszerkezettel: kettő fix a végén, egy pedig középen forgatható. A csatorna acélházban található az átadó láncok és a csoporthuzalak. Alap alatt hegyezve találhatók a támaszpontok, hogy biztonságosan rögzíthető legyen a talajhoz. Az alap három konfigurációban érhető el: nem-földelve, egyoldalon földelve és mindkét oldalon földelve. A földelve verziók esetén a földkapcsoló tartók hegyezve vannak az alap egyik vagy mindkét végére, ahol a földkapcsolók megfelelően a környezethez igazodva helyezkednek el.

A vezető rendszer rögzítve van az izoláló oszlopok tetején, és egy mozgó lappal (vezető kapu) és állományos kapcsolatokkal rendelkezik. A kapu két rézből áll, amelyek két réz blokkon keresztül csatlakoznak egy alumínium fedőhöz, amelynek a végén hengeres kapcsolati vég van hegyezve. Az állományos kapcsolatok ujjtipusú, több pontú kapcsolatot biztosítanak. Minden ujjegérnek saját feszülőrétege van, ami elegendő behelyezési útut biztosít, hogy a busz feszültségi erői ellenére is megbízható kapcsolatot biztosítsa. Egy visszaforgóréteg enyhén dönti el az állományos kapcsolatot, hogy sima és koherens nyitási/zárás műveleteket biztosítson.

A vezérlő mechanizmus mind elektrikus, mind kézi opciót kínál. Az elektrikus mechanizmus aszinkron motort használ, amely mechanikai csökkentőgéppel 180°-kal forgatja a fő tengelyt. A hajtóerő acél csöveken keresztül továbbítódik a kapcsolóhoz, és a csoporthuzalak 71°-kal forgatják a középső izoláló oszlopot, ami a vezető rúd végén lévő mozgó kapcsolatok beilleszkedését vagy kiléptetését okozza, így befejezi a zárás vagy nyitás műveletét. A csoporthuzalak mechanikus halálfokú pozíciói önmagukban zárat biztosítanak a végpontoknál. Kézi műveletet is lehet elvégezni beüzemelés során vagy az elektrikus mechanizmus hibája esetén.

Az áramkapcsolók külső magasfeszültségi kapcsolatainak túlmelegedésének okainak elemzése

Az alumíniumvállalat 220 kV-os külső kapcsolóháza 24 GW7-220 típusú kapcsolót tartalmaz, amely két 220 kV-be jövő vonallal, #1–#4 rectifier egységekkel és #1 és #2 erőmű-tranzsformátorral szolgál, összesen 144 állományos kapcsolattal. Rendszeres ellenőrzések során a túlmelegedést hőpillanatok, színváltozások vagy a kapcsolatokon mért hőmérséklet, ami 70°C-nél magasabb. A statisztikák szerint 2014. január és december között 13 előre nem tervezett leállás történt a kapcsolókapcsolatok túlmelegedése miatt—átlagosan 1,08 eset havonta.

A kapcsolatdinamika ismétlődő tesztelése és elemzése a következő gyökér okokat derítette fel:

• Minden állományos kapcsolat hat független ujjkapcsolatból áll, amelyek pontkapcsolatú geometriával rendelkeznek, ami kevés teljes kapcsolóterületet és egyenletesen elosztott áramot eredményez a ujjak között—strukturális hiányosság.

• Több mozgó kapcsolatkomponens lehetővé teszi, hogy az áram a kapcsolórégeken átmenjen, ami annealing, rugalmasság elvesztését, csökkentett kapcsolóerőt és romlott kapcsolási ellenállást eredményez, ami tovább súlyosbítja a melegedést.

• A kemény külső körülmények (napfény, eső) és a nem optimális anyagválasztás (normál acél a feszülőrégek és a kapcsolócsiszolók esetén) súlyos korroziót, öregedést, feszülőrégek fáradtságát, romlott mechanikai tulajdonságokat, kevésbé elegendő kapcsolóerőt és túlzott hurokellenállást eredményezett.

• Az ív-eroszió lyukakat és súlyos oxidációt okozott a kapcsolatfelületeken, ami tovább növelte az ellenállást.

Az állományos kapcsolatok frissítése és megelőző intézkedései

• A korábban független ujjkapcsolatok összekapcsolása rugalmas réz sávokkal, hogy növelje a mozgó és állományos kapcsolatok közötti hatásos kapcsolóterületet.

• Cserélje le és frissítse a nyomállókrómokat és -csillagokat, hogy növelje a króm erejét és javítsa a kapcsolódás szorosodását.

• Alkalmazza az ezüstbefestést mind a mozgó, mind a rögzített kapcsolófelületekre.

• Alkalmazza a szilárd szigetelőanyagot a kapcsolófelületekre, hogy csökkentse a súrlódást és megakadályozza az oxidációt.

• Végezzen infravörös hőmérséklet-monitoringet, különösen a kapcsolódási pontoknál, és állítson be egy hőmérséklet-adatbázist.

• Végzzen rendszeres karbantartást, ellenőrzést és tisztítást a leválasztókon.

Ellenőrzés és alkalmazási eredmények

A modernizálás utáni monitorozás a következőket mutatta:

• Azonos környezeti hőmérséklet (17°C) és működési feltételek mellett a kapcsolófelületek hőmérséklete ~23°C-ról (módosítatlan) ~19°C-re (modernizált) esett.

• A karbantartás során végzett látványos ellenőrzések során jelentősen kevesebb ív-sérülési helyet találtak a modernizált kapcsolófelületeken, mint a módosítatlanokon.

Eddig 5 leválasztó egységet (30 rögzített kapcsolófelület) modernizáltak. Ez a technikai megoldás fokozatosan bevezetésre kerül az összes GW7-220 leválasztóra a cég 220 kV külső váltókörben.

Következtetés

A GW7-220 külső AC nagyfeszültségi leválasztókban szerte terjedt kapcsolófelületek túlmelegedésének rendszerezett elemzése révén sikeresen kifejlesztették és végrehajtották a célszerű módosításokat a rögzített kapcsolófelületeken. Ez a kezdeményezés jelentősen javította az áramellátás biztonságát és a működési stabilitást, valamint értékes tapasztalatokat nyújt a jövőbeli működtetés, karbantartás és szervizelés számára a GW7-220 leválasztóknál.