Kratek pregled nadgradnje in uporabe stacionarnih kontaktov v 220 kV zunanjih visokonapetostnih ločilnic

Odjemalec je najpogostejši tip visokonapetostnega preklopnika. V električnih sistemih so visokonapetostni odjamelci visokonapetostna električna oprema, ki se uporablja v sodelovanju z visokonapetostnimi prekinitvami za izvajanje preklopov. Igrajo ključno vlogo med normalnim delovanjem električnega sistema, preklopnimi operacijami in vzdrževanjem postaj. Zaradi pogoste uporabe in visokih zahtev glede zanesljivosti odjamelci veliko vplivajo na načrtovanje, gradnjo in varno delovanje pretvorilnih postaj in elektrarn.

Načelo delovanja in struktura odjamelcev sta relativno preprosta. Glavna značilnost je pomanjkanje zmogljivosti za ugasanje loka; lahko odprejo ali zaprejo krake le pri brezobramskem toku ali zelo nizkem toku (običajno < 2 A). Visokonapetostne odjamelce lahko razvrstimo glede na okolje namestitve v zunanje in notranje tipe. Glede na strukturo izolacijskih podpornih stolpov jih lahko dodatno razdelimo na enostolpične, dvostolpične ali tristolpične odjamelce.

220 kV pretvorilna postaja v elektrarni hrombarne proizvodnje je popolnoma avtomatska sniževalna postaja, ki je v delovanju že skoraj 19 let. Primarno oskrbuje DC strmo 200 kA elektrolitnim celicam in zagotavlja proizvodnjsko, pomožno in stanovanjsko strmo drugim sekundarnim postajam znotraj podjetja. Zunanji 220 kV preklopniki uporabljajo GW7-220 tipe zunanje AC visokonapetostne odjamelce – tristolpične, horizontalno odpirane, trifazne, 50 Hz zunanje visokonapetostne električne naprave.

Od komisije leta 1998 so ti zunanji AC visokonapetostni odjamelci omogočali prenos busa v brezobramskih pogoji in pružali električno izolacijo med odstranjeno opremo (na primer busovi in prekinitve v vzdrževanju) in žive visokonapetostne črte. Po 19 letih službe je bilo opaženo široko porazdeljeno seganje kontaktnih točk odjamelcev (meritve s infrardečim termometrom dosegljivih do 150°C), kar predstavlja resno varnostno tveganje. Ta težava bi lahko vodila do izgoranja 220 kV odjamelcev, kar bi povzročilo izgubo faze, zavarovanje kontaktov ali arkirno kratko vez – potencialno do popolne temeljnice in paralize celotnega sistema pretvorilne postaje.

V odgovor so bile izvedene zbirke podatkov in analiza glavnih vzrokov, s čimer so bili identificirani primarni vzroki seganja kontaktnih točk. Učinkovite ukrepe za ponovno opremo so bili implementirani in nato spodbujeni za širšo uporabo.

Struktura in načelo delovanja zunanje AC visokonapetostnega odjamelca GW7-220

Ta odjamalec ima tristolpično, horizontalno vrtečo strukturo, sestavljeno iz baze, izolacijskih podpornih stolpov, vodilnega sistema, zazemljalnega preklopnika (razen za nezazemljene verzije) in pogonskega mehanizma. Baza je savarjena iz kanalnih profilov in okenj, z tremi montažnimi nosilci: dva fiksna na koncih in eden vmes rotirajoč. Znotraj kanalnega okvirja so prenosni vezi in interlock platne. Montažne plošče so savarjene pod bazo za trdno pripenjanje na temelj. Baze so na voljo v treh konfiguracijah: nezazemljene, enojno zazemljene in dvojno zazemljene. Za zazemljene verzije so zazemljalni nosilci savarjeni na enem ali obema koncu baze, z zazemljalnimi preklopniki, izbranimi glede na zahteve kraka.

Vodilni sklop je fiksiran na vrhu izolacijskih stolpov in sestavljen iz premičnega blada (vodilnega noža) in fiksne kontaktne točke. Nož sestavlja dve bakrene cevi, povezani preko dveh bakrenih blokov z aluminijastim pokrovom, s valjkasto kontaktne točko savarjeno na koncu. Fiksne kontaktne točke imajo petiprizorne, večtočkovne kontaktne dizajne. Vsak kontaktni prst ima samostojni tesnilski vijak, ki zagotavlja dovolj vhoda za ohranjanje zanesljivega kontakta, tudi pod silo napetosti busa. Vrnitev vijaka nagni fiksne kontaktne točke, da se zagotovi gladko in koordinirano odpiranje/zapiranje.

Pogonski mehanizem vključuje možnosti za električno in ročno upravljanje. Električni mehanizem uporablja asinhron motor, ki pogaja mehanski reducirni pogon, da vrte glavni vrat 180°. Sila se prenese preko povezujočih jeklenih cevi na odjamalca, in vezi vrte centralni izolacijski stolp 71°, s čimer se premični kontakti na obeh koncih vodilnega traku vmetnujo ali umaknejo iz fiksnih kontaktov, s čimer se dokončajo operacije zapiranja ali odpiranja. Mehanske smrtni položaji v vezih zagotavljajo samozaklep na končnih točkah poti. Ročno upravljanje je na voljo za komisijo ali v primeru odpadla električnega mehanizma.

Analiza vzrokov seganja kontaktov v zunanjih visokonapetostnih odjamelcih

Zunanji 220 kV preklopniki v elektrarni hrombarne proizvodnje imajo 24 sete GW7-220 odjamelce, ki služijo dva 220 kV vhodna kraka, rektifikacijske enote #1–#4 in močne transformatorje #1 in #2, skupaj 144 fiksne kontaktne točke. Med rednimi pregledi je seganje ocenjeno z opazovanjem toplotnega miriga, odtiranja barve ali meritvami temperature, ki presežejo 70°C na kontaktih. Statistika kaže, da je od januarja do decembra 2014 bilo 13 nepredvidenih izpadov zaradi seganja kontaktov odjamelcev – povprečno 1,08 incidentov na mesec.

Ponovljeno testiranje in analiza dinamike kontaktov je razkrila naslednje glavne vzročne dejavnike:

• Vsak fiksen kontakt sestavlja šest samostojnih prstnih kontaktov s točkovnim geometrijskim oblikom, kar povzroča nedostatek skupne kontaktne površine in neravnomerno porazdelitev toka med prsti – strukturni defekt.

• Več premičnih kontaktnih komponent omogoča, da tok teče skozi kontaktne vijake, kar povzroča ohitljavo, izgubo elastičnosti, zmanjšanje kontaktnega tlaka in poslabšanje upornosti kontakta, kar poslabša seganje.

• Suho in deževno vremenske razmere kombinirane z neprimernim izbirom materiala (standardno jeklo za tesnilske vijake in kontaktne pine) so povzročile resno korozijo, staranje, utrujenost vijakov, zmanjšanje mehanskih lastnosti, nedostatek kontaktnega tlaka in preveliko upornost zanke.

• Lokerna erozija je povzročila jame in resno oksidacijo na površini kontaktov, kar je dodatno povečalo upornost.

Ponovna oprema in preventivne mere za fiksne kontakte

• Izvirno samostojne prstne kontakte povežite z giblji bakrenimi trakovi, da povečate učinkovito kontaktne površine med premičnimi in fiksnimi kontakti.

• Zamenjajte in nadgradite napinjalne spirale in številke za izboljšanje sile spirale in izboljšanje strogosti stika.

• Na gibljive in nepremične stikovne površine nanesite srebrno plastično pokrito.

• Na stikovne površine nanesite trd smolni smeček za zmanjšanje trenja in preprečevanje oksidacije.

• Uvedite nadzor temperature s področjem infrardečega zračenja, zlasti na točkah stikovnih povezav, in ustanovite bazo podatkov o temperaturi.

• Izvajajte redno vzdrževanje, pregled in čiščenje odsekovalnikov.

Preverjanje in rezultati uporabe

Nadzor po modernizaciji kaže:

• Pri enakih okoljskih temperaturah (17°C) in delovnih pogojih so temperature stikov padle s ~23°C (nemodificirani) na ~19°C (modernizirani).

• Vizualni pregledi med vzdrževanjem so razkrili znatno manj mest z oškodovanji zaradi loka na moderniziranih stikih v primerjavi s nemodificiranimi.

Do zdaj je bilo moderniziranih 5 enot odsekovalnikov (30 nepremičnih stikov). Ta tehnična rešitev se postopoma uvaja na vseh GW7-220 odsekovalnikih v zunanji 220 kV preklopni postaji podjetja.

Zaključek

S sistematično analizo široko razširjenega preseganja temperature stikov v zunanji AC visokonapetostnih odsekovalnikih GW7-220 so bile uspešno razvijene in izvedene ciljne spremembe nepremičnih stikov. To pobudo je znatno izboljšala varnost oskrbe s strujom in operativna stabilnost, hkrati pa prinaša dragocene izkušnje za prihodnjo delovnost, vzdrževanje in servisiranje odsekovalnikov GW7-220.