Kratka rasprava o revitalizaciji i primeni stacionarnih kontakata u odvojačima visokog napona vanjskog postavljanja od 220 kV

Odsekač je najčešće korišćen tip opreme za prekid visokih napona. U elektroenergetskim sistemima, odsekači visokog napona su električni uređaji visokog napona koji se koriste u kombinaciji s prekidačima visokog napona za izvršenje preključivanja. Oni igraju ključnu ulogu tokom normalne operacije elektroenergetske mreže, preključivanja i održavanja transformatornih stanica. Zbog česte upotrebe i visokih zahteva za pouzdanosti, odsekači značajno utiču na dizajn, konstrukciju i bezbednu operaciju transformatornih stanica i elektrana.

Princip rada i struktura odsekača su relativno jednostavni. Njihova glavna karakteristika je nedostatak sposobnosti gasenja luka; oni mogu samo otvoriti ili zatvoriti krugove pod praznim strujnim pritiskom ili pod veoma niskim strujnim pritiskom (obično < 2 A). Odsekači visokog napona mogu biti klasifikovani po okruženju instalacije kao vanjski i unutarnji. Na osnovu strukture njihovih izolacionih nosača, mogu biti dalje kategorisani kao jednosupenski, dvosupenski ili tro-supenski odsekači.

220 kV transformatorska stanica u elektrani aluminijumskog preduzeća je potpuno automatizovana step-down transformatorska stacija koja je u funkciji gotovo 19 godina. Glavni je cilj snabdevanje DC strujom 200 kA elektrolizičnih bazena, kao i pružanje proizvodne, pomoćne i stanovanjske struje drugim sekundarnim objektima u preduzeću. Vanjsko 220 kV preklučno polje koristi GW7-220 tip vanjskih AC odsekača visokog napona - tro-supenski, horizontalno otvarajući, tri-fazni, 50 Hz vanjski električni uređaj visokog napona.

Od komisionisanja 1998. godine, ovi vanjski AC odsekači visokog napona omogućili su preključivanje bus-a pod uslovima beznaponskog režima i pružali su električnu izolaciju između deaktivirane opreme (poput bus-a i prekidača pod održavanjem) i živih linija visokog napona. Nakon 19 godina korišćenja, primetno je bilo široko rasprostranjeno zagrevanje kontakata odsekača (merenja infracrvenim termometrom došli su do 150°C), što predstavlja ozbiljan sigurnosni rizik. Ova situacija bi mogla dovesti do ispaljenja 220 kV odsekača, što bi rezultovalo gubitkom faze, zalepljivanjem kontakata ili kratkim spojevima od lukova - potencijalno dovodeći do potpunog padanja napona i paralize celog sistema transformatorske stanice.

U odgovoru na to, obavljena su prikupljanja podataka i analiza uzroka, što je dovelo do identifikacije glavnih uzroka zagrevanja kontakata. Efektivne mere nadogradnje su implementirane i zatim promovisane za šire korišćenje.

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

Ovaj odsekač ima tro-supensku, horizontalno rotirajuću strukturu, sastavljenu od baze, izolacionih nosača, provodnog sistema, prekidača na zemlju (osim nezemljenih verzija) i mehanizma pogona. Baza je savarena Извините за прекид. Ево наставка:

Baza je savarenja od kanala i čelika, sa tri montažna stuba: dva fiksna na krajevima i jedan rotirajući u sredini. Unutar kućišta od kanala nalaze se prenosne veze i interlokacijske ploče. Montažne ploče su savarene ispod baze za siguran pričvršćivanje na temelj. Baze su dostupne u tri konfiguracije: nezemljeni, jednozemljeni i dvozemljeni. Za zemljene verzije, stubovi za prekidač na zemlju su savareni na jednom ili oba kraja baze, sa prekidačima na zemlju montiranim prema potrebi za krugom.

Provodni sklop je fiksiran na vrhu izolacionih stubova i sastoji se od pokretnog klina (provodnog noža) i fiksiranih kontakata. Klin sastoji se od dve bakrene cevi povezanih preko dve bakrene ploče sa aluminijumskom poklopnom kapom, sa cilindričnim kontaktom savarenim na kraju. Fiksirani kontakti imaju prstasti, višetocki kontakt. Svaki kontakt prst ima nezavisnu naprugu, obezbeđujući dovoljno putovanje za ubacivanje kako bi se održao pouzdan kontakt čak i pod silom naprezanja bus-a. Povratna opruga nagibuje fiksirani kontakt kako bi se osiguralo gladko i koordinisano otvaranje/zatvaranje.

Mehanizam rada uključuje i električne i ručne opcije. Električni mehanizam koristi asinhroni motor koji pokreće mehaničku redukciju da bi rotirao glavni ležaj za 180°. Snaga se prenosi preko spojnog čelika do odsekača, a veze rotiraju centralni izolacioni stub za 71°, čime pokretni kontakti na oba kraja provodnog štapa ubacuju ili izvlače iz fiksiranih kontakata, završavajući operacije zatvaranja ili otvaranja. Mekhanički smrtni centri u vezama obezbeđuju samozaključavanje na krajevima puta. Ručni rad je dostupan za komisionisanje ili u slučaju greške električnog mehanizma.

Analiza uzroka zagrevanja kontakata u vanjskim odsekačima visokog napona

Vanjsko 220 kV preklučno polje aluminijumskog preduzeća ima 24 seta GW7-220 odsekača koji služe dva 220 kV dolazna linija, rektifikacionim jedinicama #1–#4 i transformatorima snage #1 i #2, ukupno 144 fiksiranih kontakta. Tijekom redovnih pregleda, zagrevanje se procjenjuje posmatranjem topline, promjenom boje ili merenjima temperature koje prelaze 70°C na tačkama kontakta. Statistika pokazuje da je od januara do decembra 2014. godine bilo 13 neplaniranih isključivanja zbog zagrevanja kontakata odsekača — prosečno 1,08 incidenta mjesečno.

Ponovljena testiranja i analiza dinamike kontakata otkrile su sljedeće glavne uzroke:

• Svaki fiksirani kontakt sastoji se od šest nezavisnih prstastih kontakata s točkovnim geometrijama, što rezultira nedovoljnom ukupnom površinom kontakta i neuniformnim raspodelom struje kroz prste — strukturna greška.

• Više pokretnih komponenata kontakta dozvoljava proticaj struje kroz navijalice kontakta, što dovodi do annealinga, gubitka elastičnosti, smanjenja pritiska kontakta i pogoršanja otpora kontakta, što podstiče zagrevanje.

• Teški vanjski uslovi (sunce, kiša) kombinirani sa podoptimalnim izborom materijala (standardni čelik za navijalice i šipke kontakta) doveli su do teške korozije, starenja, umora navijalica, smanjenja mehaničkih svojstava, nedovoljnog pritiska kontakta i prekomernog otpora petlje.

• Erozija lukova dovela je do jazbina i teške oksidacije površina kontakta, što još više povećava otpor.

Nadogradnja i preventivne mere za fiksirane kontakte

• Povezivanje originalno nezavisnih prstastih kontakata koristeći fleksibilne bakrene trake kako bi se povećala efektivna površina kontakta između pokretnih i fiksiranih kontakata.

• Zamenite i nadogradite rastegnuće i pinove kako biste povećali snagu pruga i poboljšali kontakt.

• Nanesite srebrno prelivenje na površine podmičnih i stacionarnih kontakata.

• Nanesite čvrsto smečivo na površine kontakata kako biste smanjili trenje i sprečili oksidaciju.

• Implementirajte infracrveno merenje temperature, posebno na tačkama spojeva kontakata, i uspostavite bazu podataka o temperaturi.

• Obavljajte redovne održavanje, inspekcije i čišćenje odvojnika.

Provera i rezultati primene

Monitioring nakon nadogradnje pokazuje:

• Pod istim okružnim temperaturama (17°C) i radnim uslovima, temperature kontakata su se snizile sa ~23°C (nenadograđeno) na ~19°C (nadograđeno).

• Vizualne inspekcije tokom održavanja su otkrile značajno manje mesta oštećena lukom na nadograđenim kontaktima u odnosu na nenadograđene.

Do sada je nadograđeno 5 jedinica odvojnika (30 stacionarnih kontakata). Ova tehnička rešenja se postepeno implementiraju na sve GW7-220 odvojnike u kompanijinoj vanjskoj transformatornoj stanici od 220 kV.

Zaključak

Kroz sistematsku analizu široko rasprostranjenog pregrejanja kontakata u vanjskim visokonaponskim odvojnicima AC tipa GW7-220, uspešno su razvijene i implementirane ciljane modifikacije stacionarnih kontakata. Ovaj projekat značajno je unapredio sigurnost snabdevanja strujom i operativnu stabilnost, pružajući cenni iskustveni podaci za buduće funkcionisanje, održavanje i servis GW7-220 odvojnika.