Perbincangan Ringkas tentang Pembaharuan dan Aplikasi Kontak Stasioner dalam Pemutus Tenaga Tinggi Luaran 220 kV

Peralat pemutus adalah jenis peralatan beralih tegangan tinggi yang paling banyak digunakan. Dalam sistem tenaga, pemutus tegangan tinggi adalah peralatan elektrik tegangan tinggi yang digunakan bersama dengan pemutus sirkuit tegangan tinggi untuk melakukan operasi beralih. Mereka memainkan peranan penting semasa operasi normal sistem tenaga, operasi beralih, dan penyelenggaraan stesen. Karena operasinya yang sering dan keperluan kebolehpercayaan yang tinggi, pemutus secara signifikan mempengaruhi reka bentuk, pembinaan, dan operasi selamat stesen transformator dan loji penjanaan.

Prinsip kerja dan struktur pemutus relatif mudah. Ciri utamanya adalah tidak mempunyai keupayaan memadam busur; mereka hanya boleh membuka atau menutup litar di bawah arus beban kosong atau arus sangat rendah (biasanya < 2 A). Pemutus tegangan tinggi boleh diklasifikasikan berdasarkan persekitaran pemasangan menjadi jenis luar dan dalam. Berdasarkan struktur tiang sokongan isolasi mereka, mereka boleh dikelaskan lebih lanjut sebagai pemutus satu-tiang, dua-tiang, atau tiga-tiang.

Stesen transformator 220 kV di sebuah loji penjanaan syarikat aluminium adalah stesen transformator turun sepenuh otomatis yang telah beroperasi selama hampir 19 tahun. Ia terutamanya menyediakan tenaga DC kepada sel elektrolisis 200 kA dan memberikan tenaga pengeluaran, bantu, dan tempat tinggal kepada tanaman sekunder lain dalam syarikat. Kawasan switchyard 220 kV luar menggunakan pemutus AC luar GW7-220—peralatan elektrik luar tegangan tinggi bertegangan tiga-fasa, berbukaan mendatar, tiga-tiang, 50 Hz.

Sejak komisen pada tahun 1998, pemutus AC luar ini telah membolehkan pindah bas di bawah kondisi beban kosong dan memberikan pengasingan elektrik antara peralatan yang tidak berdaya (seperti busbar dan pemutus sirkuit yang sedang diselenggara) dan litar tegangan tinggi hidup. Selepas 19 tahun perkhidmatan, pemanasan meluas pada kontak pemutus telah diperhatikan (bacaan termometer inframerah mencapai hingga 150°C), yang mengancam keselamatan. Isu ini boleh menyebabkan pembakaran pemutus 220 kV, menyebabkan kehilangan fasa, penyambungan kontak, atau pendek sementara—potensial untuk menyebabkan kegagalan total dan lumpuhnya seluruh sistem stesen transformator.

Sebagai tindak balas, pengumpulan data dan analisis punca utama dilakukan, yang membawa kepada identifikasi sebab utama pemanasan kontak. Tindakan retrofit yang efektif telah dilaksanakan dan kemudian dipromosikan untuk aplikasi yang lebih luas.

Struktur dan Prinsip Kerja Pemutus AC Luar GW7-220

Pemutus ini mempunyai struktur tiga-tiang, berputar mendatar, terdiri daripada tapak, tiang sokongan isolasi, sistem konduksi, pemutus tanah (kecuali versi non-grounded), dan mekanisme penggerak. Tapak terbuat dari saluran baja dan pelat baja, dengan tiga tumpuan: dua tetap di kedua ujung dan satu berputar di tengah. Di dalam perumahan saluran baja terdapat tautan transmisi dan plat interlock. Pelat pasangan di las di bawah tapak untuk penempelan asas yang kukuh. Tapak tersedia dalam tiga konfigurasi: non-grounded, single-grounded, dan double-grounded. Untuk versi grounded, tumpuan pemutus tanah dilas pada salah satu atau kedua-dua ujung tapak, dengan pemutus tanah dipasang sesuai, dipilih berdasarkan keperluan litar.

Rangkaian konduksi diperbaiki di atas tiang isolasi dan terdiri daripada pisau bergerak (pisau gerbang konduksi) dan kontak statis. Pisau gerbang terdiri daripada dua tiub tembaga yang dihubungkan melalui dua blok tembaga ke tutup aluminium, dengan ujung kontak silinder dilas di ujung. Kontak statis mempunyai reka bentuk jari-jari, multi-point contact. Setiap jari kontak mempunyai spring tegangan sendiri, memberikan perjalanan masuk yang cukup untuk mengekalkan kontak yang boleh dipercayai walaupun di bawah daya tarikan busbar. Spring kembali miringkan kontak statis sedikit untuk memastikan bukaan/tutupan yang lancar dan koordinat.

Mekanisme operasi termasuk pilihan elektrik dan manual. Mekanisme elektrik menggunakan motor asinkron menggerakkan gear reduksi mekanikal untuk memutar poros utama sebesar 180°. Daya ditransmisikan melalui tiub baja penghubung ke pemutus, dan tautan memutar tiang isolasi tengah sebesar 71°, menyebabkan kontak bergerak di kedua ujung batang konduksi dimasukkan atau ditarik dari kontak statis, menyelesaikan operasi penutupan atau pembukaan. Posisi dead-center mekanikal dalam tautan memberikan penguncian sendiri pada titik akhir perjalanan. Operasi manual tersedia untuk komisen atau jika mekanisme elektrik gagal.

Analisis Sebab Pemanasan Kontak pada Pemutus AC Luar Tegangan Tinggi

Kawasan switchyard 220 kV luar syarikat aluminium mempunyai 24 set pemutus GW7-220 yang melayani dua litar masuk 220 kV, unit rectifier #1–#4, dan transformer kuasa #1 dan #2, dengan jumlah 144 kontak statis. Semasa inspeksi rutin, pemanasan dinilai dengan mengamati kilauan panas, perubahan warna, atau pengukuran suhu melebihi 70°C pada titik kontak. Statistik menunjukkan bahawa dari Januari hingga Disember 2014, terdapat 13 gangguan tidak terancang disebabkan oleh pemanasan kontak pemutus—purata 1.08 insiden per bulan.

Ujian dan analisis berulang kali terhadap dinamika kontak mengungkapkan sebab-sebab utama berikut:

• Setiap kontak statis terdiri daripada enam jari kontak independen dengan geometri kontak titik, menyebabkan area kontak total yang tidak mencukupi dan distribusi arus yang tidak merata di antara jari-jari—suatu cacat struktural.

• Komponen kontak bergerak yang berbilang membolehkan arus mengalir melalui spring kontak, menyebabkan annealing, hilang elastisiti, tekanan kontak berkurang, dan ketahanan kontak yang semakin buruk, yang memperburuk pemanasan.

• Kondisi luar yang keras (sinar matahari, hujan) ditambah dengan pemilihan bahan yang kurang optimal (baja standard untuk spring tegangan dan pin kontak) menyebabkan korosi yang parah, penuaan, keletihan spring, sifat mekanikal yang menurun, daya kontak yang tidak mencukupi, dan ketahanan lilitan yang berlebihan.

• Erosi busur telah menyebabkan lubang dan oksidasi yang parah pada permukaan kontak, yang semakin meningkatkan ketahanan.

Retrofit dan Tindakan Pencegahan untuk Kontak Statis

• Hubungkan jari kontak yang asalnya independen menggunakan talian tembaga fleksibel untuk meningkatkan area kontak efektif antara kontak bergerak dan statis.

• Gantikan dan naik taraf spring tegangan dan pin untuk meningkatkan daya spring dan ketatnya hubungan.

• Lapisi permukaan kontak bergerak dan tetap dengan perak.

• Terapkan pelincir pepejal pada permukaan kontak untuk mengurangkan geseran dan mencegah oksidasi.

• Laksanakan pemantauan suhu inframerah, terutamanya di titik-titik sambungan kontak, dan wujudkan pangkalan data suhu.

• Lakukan penyelenggaraan, pemeriksaan, dan pembersihan disconnector secara berkala.

Pengesahan dan Keputusan Aplikasi

Pemantauan selepas peningkatan menunjukkan:

• Dalam suhu sekeliling yang sama (17°C) dan keadaan operasi, suhu kontak menurun dari ~23°C (tanpa modifikasi) kepada ~19°C (dengan modifikasi).

• Pemeriksaan visual semasa penyelenggaraan menunjukkan bahawa jumlah bintik kerosakan lengkung pada kontak yang dimodifikasi jauh lebih sedikit berbanding kontak yang tidak dimodifikasi.

Sehingga penulisan ini, 5 unit disconnector (30 kontak tetap) telah dimodifikasi. Penyelesaian teknikal ini sedang diterapkan secara bertahap kepada semua disconnector GW7-220 di switchyard luaran 220 kV syarikat.

Kesimpulan

Melalui analisis sistematik terhadap pemanasan kontak yang meluas dalam disconnector AC voltan tinggi luaran GW7-220, modifikasi yang ditargetkan pada kontak tetap telah dibangunkan dan dilaksanakan dengan berjaya. Inisiatif ini telah meningkatkan keselamatan bekalan elektrik dan kestabilan operasi secara signifikan, serta memberikan pengalaman berharga untuk operasi, penyelenggaraan, dan perkhidmatan disconnector GW7-220 masa depan.