การอภิปรายสั้น ๆ เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงและใช้งานตัวต่อแบบคงที่ในตัวตัดวงจรแรงดันสูงกลางแจ้ง 220 kV

สวิตช์แยกวงจรเป็นอุปกรณ์ควบคุมวงจรแรงสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด ในระบบไฟฟ้า สวิตช์แยกวงจรแรงสูงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงที่ใช้งานร่วมกับสวิตช์ตัดวงจรแรงสูงเพื่อทำการสลับวงจร พวกเขามีบทบาทสำคัญในการดำเนินงานปกติของระบบไฟฟ้า การทำงานสลับวงจร และการบำรุงรักษาสถานีไฟฟ้า เนื่องจากมีการทำงานบ่อยและต้องการความเชื่อถือได้สูง สวิตช์แยกวงจรจึงมีผลต่อการออกแบบ การสร้าง และการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของสถานีไฟฟ้าและโรงไฟฟ้าอย่างมาก

หลักการการทำงานและโครงสร้างของสวิตช์แยกวงจรค่อนข้างง่าย ลักษณะเด่นคือไม่มีความสามารถในการดับอาร์คไฟฟ้า สามารถเปิดหรือปิดวงจรภายใต้กระแสไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดหรือกระแสน้อยมาก (โดยทั่วไป < 2 A) สวิตช์แยกวงจรแรงสูงสามารถแบ่งตามสภาพแวดล้อมการติดตั้งเป็นประเภทกลางแจ้งและภายในอาคาร ตามโครงสร้างของเสาฉนวนรองรับสามารถแบ่งออกเป็นสวิตช์แยกวงจรแบบเสาเดียว สองเสา หรือสามเสา

สถานีไฟฟ้าแรงสูง 220 kV ที่โรงงานอลูมิเนียมเป็นสถานีไฟฟ้าลดแรงดันที่ทำงานอัตโนมัติเต็มรูปแบบที่มีการดำเนินงานมาเกือบ 19 ปี มันให้พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงแก่เซลล์อิเล็กโทรไลซิส 200 kA และให้พลังงานสำหรับการผลิต การช่วยเหลือ และการอยู่อาศัยแก่พื้นที่รองในบริษัท อาร์เรย์สวิตช์แรงสูงกลางแจ้ง GW7-220 ที่ใช้ในสนามสวิตช์แรงสูง 220 kV กลางแจ้งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงกลางแจ้ง 50 Hz สามเฟส เปิดแนวราบ สามเสา

ตั้งแต่เริ่มใช้งานในปี 1998 สวิตช์แยกวงจร AC กลางแจ้งเหล่านี้ได้ทำให้การโอนสายแม่เหล็กภายใต้ภาวะไม่มีโหลดเป็นไปได้ และให้การแยกทางไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์ที่ไม่มีกระแสไฟฟ้า (เช่น สายแม่เหล็กและสวิตช์ตัดวงจรที่กำลังบำรุงรักษา) และสายไฟฟ้าแรงสูงที่มีกระแสไฟฟ้า หลังจากการให้บริการ 19 ปี พบว่ามีการร้อนสูงของจุดต่อสวิตช์แยกวงจรอย่างกว้างขวาง (การวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดสูงถึง 150°C) ซึ่งเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยอย่างมาก ปัญหานี้อาจทำให้สวิตช์แยกวงจร 220 kV ไหม้ ทำให้เกิดการขาดเฟส การเชื่อมต่อแน่นหรือการอาร์คไฟฟ้าสั้น ซึ่งอาจนำไปสู่การขาดแคลนไฟฟ้าและการหยุดทำงานของระบบสถานีไฟฟ้าทั้งหมด

เพื่อตอบสนองต่อเหตุการณ์นี้ ได้มีการรวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์สาเหตุหลัก นำไปสู่การระบุสาเหตุสำคัญของการร้อนสูงของจุดต่อ และได้ดำเนินการปรับปรุงที่มีประสิทธิภาพ และได้นำเสนอให้ใช้ในวงกว้าง

โครงสร้างและหลักการการทำงานของสวิตช์แยกวงจร AC กลางแจ้ง GW7-220

สวิตช์แยกวงจรนี้มีโครงสร้างสามเสา หมุนแนวราบ ประกอบด้วยฐาน เสาฉนวนรองรับ ระบบนำไฟฟ้า สวิตช์กราวด์ (ยกเว้นรุ่นไม่มีกราวด์) และกลไกขับเคลื่อน ฐานถูกเชื่อมจากเหล็กแผ่นและเหล็กแผ่นรูปทรง U ด้วยขาตั้งสามขา: สองขาตั้งอยู่ที่ปลายและหนึ่งขาหมุนได้ที่กลาง ในโครงสร้างเหล็กแผ่นรูปทรง U มีลูกโซ่ส่งกำลังและแผ่นป้องกัน การเชื่อมแผ่นฐานไว้ใต้ฐานเพื่อการยึดเกาะฐานที่มั่นคง ฐานมีสามรูปแบบ: ไม่มีกราวด์ กราวด์เดี่ยว และกราวด์คู่ สำหรับรุ่นที่มีกราวด์ ขาตั้งสวิตช์กราวด์ถูกเชื่อมที่ปลายใดปลายหนึ่งหรือทั้งสองปลายของฐาน พร้อมกับสวิตช์กราวด์ที่ติดตั้งตามความต้องการของวงจร

ระบบนำไฟฟ้าถูกติดตั้งบนยอดของเสาฉนวนรองรับและประกอบด้วยใบมีดเคลื่อนไหว (ใบมีดนำไฟฟ้า) และตัวต่อคงที่ ใบมีดประกอบด้วยท่อทองแดงสองเส้นเชื่อมต่อด้วยบล็อกทองแดงสองชิ้นกับฝาครอบอะลูมิเนียม พร้อมด้วยปลายติดต่อทรงกระบอกที่เชื่อมที่ปลาย ตัวต่อคงที่มีการออกแบบติดต่อหลายจุดแบบปลายนิ้ว แต่ละปลายนิ้วมีสปริงแรงดันอิสระ มอบระยะการแทรกที่เพียงพอเพื่อรักษาการติดต่อที่เชื่อถือได้แม้ภายใต้แรงดันของสายแม่เหล็ก สปริงคืนรูปทำให้ตัวต่อคงที่เอียงเล็กน้อยเพื่อให้การเปิด/ปิดราบรื่นและสอดคล้อง

กลไกขับเคลื่อนมีทั้งแบบไฟฟ้าและแบบแมนนวล กลไกไฟฟ้าใช้มอเตอร์อะซิงโครนัสขับเคลื่อนเกียร์ทดรอบกลไกเพื่อหมุนเพลาหลัก 180° แรงถูกส่งผ่านท่อเหล็กเชื่อมต่อไปยังสวิตช์แยกวงจร และลูกโซ่หมุนเสาฉนวนกลาง 71° ทำให้ตัวต่อเคลื่อนที่ที่ปลายของแกนนำไฟฟ้าแทรกเข้าหรือถอนออกจากตัวต่อคงที่ ทำให้การปิดหรือเปิดเสร็จสมบูรณ์ ตำแหน่งตายของลูกโซ่ให้การล็อกเองที่จุดสุดท้ายของการเคลื่อนที่ การทำงานแบบแมนนวลมีให้สำหรับการทดสอบหรือในกรณีที่กลไกไฟฟ้าชำรุด

การวิเคราะห์สาเหตุของการร้อนสูงของจุดต่อสวิตช์แยกวงจรกลางแจ้ง

สนามสวิตช์แรงสูง 220 kV ของบริษัทอลูมิเนียมมีสวิตช์แยกวงจร GW7-220 จำนวน 24 ชุด ที่ให้บริการสองสายเข้า 220 kV หน่วยเรคติฟายเออร์หมายเลข 1–4 และหม้อแปลงไฟฟ้าหมายเลข 1 และ 2 รวมแล้วมีตัวต่อคงที่ 144 จุด ในระหว่างการตรวจสอบประจำ ได้ประเมินการร้อนสูงโดยสังเกตการสะท้อนความร้อน การเปลี่ยนสี หรือการวัดอุณหภูมิที่จุดต่อสูงกว่า 70°C สถิติแสดงว่าระหว่างเดือนมกราคมถึงธันวาคม 2014 มีการหยุดทำงานไม่คาดคิด 13 ครั้ง เนื่องจากการร้อนสูงของจุดต่อสวิตช์แยกวงจร คิดเป็นเฉลี่ย 1.08 ครั้งต่อเดือน

การทดสอบและวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของจุดต่อซ้ำๆ ได้เผยให้เห็นสาเหตุหลักดังนี้:

• ตัวต่อคงที่แต่ละตัวประกอบด้วยปลายนิ้วติดต่ออิสระ 6 ชิ้นที่มีรูปทรงติดต่อจุดเดียว ทำให้มีพื้นที่ติดต่อทั้งหมดไม่เพียงพอและการกระจายกระแสไม่สม่ำเสมอที่ปลายนิ้ว ซึ่งเป็นข้อบกพร่องทางโครงสร้าง

• องค์ประกอบติดต่อเคลื่อนที่หลายชิ้นทำให้กระแสไหลผ่านสปริงติดต่อ ทำให้เกิดการอ่อนตัว ขาดความยืดหยุ่น แรงกดติดต่อลดลง และการต้านทานติดต่อแย่ลง ซึ่งทำให้ความร้อนเพิ่มขึ้น

• สภาพอากาศกลางแจ้งที่รุนแรง (แสงแดด ฝน) ร่วมกับการเลือกวัสดุที่ไม่เหมาะสม (เหล็กมาตรฐานสำหรับสปริงแรงดันและหมุดติดต่อ) ทำให้เกิดการกัดกร่อน ความเสื่อมสภาพ ความเมื่อยล้าของสปริง คุณสมบัติทางกลทรุดโทรม แรงติดต่อไม่เพียงพอ และการต้านทานวงจรสูงเกินไป

• การกัดกร่อนจากการอาร์คไฟฟ้าทำให้เกิดการหลุมและออกไซด์บนพื้นผิวติดต่อ ทำให้การต้านทานเพิ่มขึ้น

มาตรการปรับปรุงและป้องกันสำหรับตัวต่อคงที่

• เชื่อมโยงปลายนิ้วติดต่อที่แยกกันด้วยแถบทองแดงยืดหยุ่นเพื่อเพิ่มพื้นที่ติดต่อที่มีประสิทธิภาพระหว่างตัวต่อเคลื่อนที่และตัวต่อคงที่

• เปลี่ยนและอัปเกรดสปริงแรงดึงและหมุดเพื่อเพิ่มแรงของสปริงและปรับปรุงความแน่นของจุดต่อ

• เคลือบเงินทั้งผิวสัมผัสที่เคลื่อนที่และคงที่

• ทาสารหล่อลื่นแข็งบนผิวสัมผัสด้วยวัตถุประสงค์ในการลดการเสียดสีและการออกซิเดชัน

• ดำเนินการตรวจสอบอุณหภูมิด้วยอินฟราเรด โดยเฉพาะที่จุดต่อ และสร้างฐานข้อมูลอุณหภูมิ

• ดำเนินการบำรุงรักษา ตรวจสอบ และทำความสะอาดสวิตช์แยกวงจรเป็นประจำ

การตรวจสอบและผลจากการใช้งาน

การตรวจสอบภายหลังการปรับปรุงแสดงให้เห็นว่า:

• ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิเท่ากัน (17°C) และสภาพการทำงานที่เหมือนกัน อุณหภูมิที่จุดต่อลดลงจากประมาณ 23°C (ไม่ได้ปรับปรุง) เป็นประมาณ 19°C (ได้รับการปรับปรุง)

• การตรวจสอบทางสายตาระหว่างการบำรุงรักษาระบุว่า มีจุดที่เกิดความเสียหายจากอาร์คไฟน้อยกว่าอย่างมากในจุดต่อที่ได้รับการปรับปรุงเมื่อเทียบกับจุดต่อที่ไม่ได้รับการปรับปรุง

ณ ขณะนี้ ได้มีการปรับปรุงสวิตช์แยกวงจร 5 หน่วย (30 จุดต่อคงที่) แล้ว ทางเทคนิคนี้กำลังถูกนำไปใช้กับสวิตช์แยกวงจร GW7-220 ทั้งหมดในสถานีสวิตช์กลางแจ้ง 220 kV ของบริษัท

สรุป

จากการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบเกี่ยวกับปัญหาการเกิดความร้อนสูงที่จุดต่อในสวิตช์แยกวงจร AC แรงดันสูงแบบกลางแจ้งรุ่น GW7-220 การปรับปรุงที่กำหนดเป้าหมายสำหรับจุดต่อคงที่ได้รับการพัฒนาและนำมาใช้สำเร็จ การดำเนินการนี้ช่วยเพิ่มความปลอดภัยในการจ่ายไฟและความเสถียรในการทำงาน นอกจากนี้ยังมอบประสบการณ์ที่มีค่าสำหรับการดำเนินงาน การบำรุงรักษา และการบริการสวิตช์แยกวงจร GW7-220 ในอนาคต