220 kV Açık Hava Yüksek Gerilim Kesici Anahtarlarındaki Sabit Kontaktların Yeniden Yapılandırılması ve Uygulaması Üzerine Kısa Bir Tartışma

Ayırıcı, yüksek gerilim anahtarlama ekipmanlarının en yaygın kullanılan türüdür. Elektrik sistemlerinde, yüksek gerilimli ayırıcılar, yüksek gerilimli devre kesicilerle birlikte kullanılarak anahtarlamayı gerçekleştirir. Normal elektrik sistem işletimi, anahtarlama işlemleri ve trafiği bakımında kritik bir rol oynarlar. Sık kullanımı ve yüksek güvenilirlik gereklilikleri nedeniyle, ayırıcılar, trafiği ve elektrik santrallerinin tasarım, inşaat ve güvenli işletiminde önemli bir etkiye sahiptir.

Ayırıcıların çalışma prensibi ve yapısı nispeten basittir. Ana özelliği, parçacık söndürme yeteneğine sahip olmamasıdır; sadece yük akım yok veya çok düşük (genellikle < 2 A) akım koşullarında devreleri açabilir veya kapatabilir. Yüksek gerilimli ayırıcılar, yükleme ortamına göre açık hava ve kapalı tiplere ayrılabilir. yalıtım destek sütunlarının yapısına göre ise tek sütunlu, çift sütunlu veya üç sütunlu ayırıcılar olarak sınıflandırılabilir.

Bir alüminyum şirketinin elektrik santralindeki 220 kV trafiği, yaklaşık 19 yıl boyunca faaliyet gösteren tamamen otomatik bir adım düşürücü trafiğidir. Bu, çoğunlukla 200 kA elektroliz hücrelerine DC gücü sağlar ve ayrıca şirketin diğer ikincil tesislerine üretim, yardımcı ve konut enerjisini sağlar. Açık hava 220 kV anahtarlama alanı, GW7-220 tipi açık hava AC yüksek gerilimli ayırıcıları kullanır—üç sütunlu, yatay açılı, üç fazlı, 50 Hz açık hava yüksek gerilimli elektrik ekipmanları.

1998 yılında faaliyete geçtikten bu yana, bu açık hava AC yüksek gerilimli ayırıcılar, boş yük koşullarında hat transferini sağladı ve bakımdaki ekipmanlar (örneğin, hatlar ve devre kesiciler) ile canlı yüksek gerilim hatları arasında elektriksel izolasyon sağladı. 19 yıllık hizmet süresi sonunda, ayırıcı kontaklarının genel bir şekilde aşırı ısınması gözlemlendi (infrakırmızı termometre okumaları 150°C'ye kadar ulaştı), bu da ciddi bir güvenlik riski oluşturdu. Bu sorun, 220 kV ayırıcıların yanmasına, faz kaybına, kontakların erimesine veya kıvılcım kısa devrelere yol açabilir—bu durum tüm trafiği sistemin karanlığa ve felce sürükleyebilir.

Buna karşılık, veri toplama ve kök neden analizi yapıldı, kontakların aşırı ısınmasının başlıca nedenleri belirlendi. Etkili yeniden düzenleme önlemleri uygulandı ve daha geniş bir uygulama için teşvik edildi.

GW7-220 Açık Hava AC Yüksek Gerilimli Ayırıcının Yapısı ve Çalışma Prensibi

Bu ayırıcı, üç sütunlu, yatay dönen bir yapıya sahiptir ve taban, yalıtım destek sütunları, iletken sistem, yerleştirici anahtarı (yerleştirilmeyen versiyonlar hariç) ve sürücü mekanizmadan oluşur. Taban, kanal çeliği ve çelik plaklardan kaynaklanmıştır, üç montaj braketine sahiptir: iki tanesi uçlarda sabit, bir tanesi ortada dönebilir. Kanal çeliği kabının içinde, transmisyon bağlantıları ve kilitleme levhaları bulunmaktadır. Tabanın altına dayanıklı temel eklemek için montaj plakaları kaynaklanmıştır. Tabanlar, yerleştirilmeyen, tek yerleştirilmiş ve çift yerleştirilmiş olmak üzere üç yapılandırmada mevcuttur. Yerleştirilmiş versiyonlar için, yerleştirici anahtarı braketleri tabanın bir veya her iki ucuna kaynaklanır, devre gereksinimlerine bağlı olarak uygun yerleştirici anahtarlar monte edilir.

İletken montaj, yalıtım sütunlarının tepesinde sabitlenmiştir ve hareketli bıçağı (iletken kapı bıçağı) ve sabit kontakları içerir. Kapı bıçağı, iki adet bakır tüpün iki bakır blok aracılığıyla bir alüminyum kapağa bağlanmasıyla oluşturulmuştur, ucu bir silindirik kontak ucu ile kaynaklanmıştır. Sabit kontaklar, parmak tipi, çok noktalı temas tasarımıdır. Her parmak kontak, bağımsız bir gerilme yayına sahiptir, bu da otobüs gerginliği güçleri altında bile güvenilir bir temas sağlamak için yeterli bir girme seyahat sağlar. Bir dönüş yay, sabit kontakların hafifçe eğilmesini sağlar, böylece düzgün ve koordineli açma/kapanma hareketleri sağlanır.

Sürücü mekanizması, hem elektrikli hem de manuel seçenekleri içerir. Elektrikli mekanizma, asenkron bir motora dayanarak, mekanik indirgeme dişlisini kullanarak ana şaftı 180° döndürür. Kuvvet, bağlayıcı çelik tüpler aracılığıyla ayırıcıya iletilir ve bağlantılar, merkezi yalıtım sütununu 71° döndürerek, iletken çubuğun her iki ucundaki hareketli kontakların sabit kontaklara girip çıkmalarını sağlar, kapanma veya açma işlemlerini tamamlar. Bağlantıların mekanik ölü noktaları, seyahat uç noktalarında kendiliğinden kilitleme sağlar. Komisyonda veya elektrikli mekanizmanın başarısız olduğu durumlarda manuel işlem mümkündür.

Açık Hava Yüksek Gerilimli Ayırıcıların Kontak Aşırı Isınmasının Nedenlerinin Analizi

Alüminyum şirketinin 220 kV açık hava anahtarlama alanında, iki 220 kV gelen hat, #1–#4 dikdörtgen üniteleri ve #1 ve #2 güç dönüştürücülerine hizmet veren 24 set GW7-220 ayırıcı bulunmakta, toplamda 144 sabit kontak vardır. Düzenli incelemelerde, kontak noktalarındaki ısı parıltısı, renk değişikliği veya sıcaklık ölçümünün 70°C'yi aşması gözlemlenerek aşırı ısınma değerlendirilmiştir. İstatistiklere göre, Ocak'tan Aralık 2014'e kadar, ayırıcı kontak aşırı ısınmasına bağlı olarak 13 planlanmayan kesinti yaşanmıştır—ortalamada ay başına 1.08 olay.

Kontak dinamiğinin tekrarlanan testleri ve analizleri aşağıdaki temel nedenleri ortaya çıkarmıştır:

• Her sabit kontak, nokta temas geometrisi olan altı bağımsız parmak kontaktan oluşur, bu da toplam temas alanının yetersiz olmasına ve parmaklar arasındaki akım dağılımının eşitsiz olmasına neden olur—bir yapısal kusur.

• Birden fazla hareketli kontakt parçası, akımın temas yayları üzerinden akmasına neden olur, bu da yumuşama, elastikiyet kaybı, azalan temas baskısı ve artan temas direncine yol açar, bu da ısınmayı artırır.

• Sert açık hava koşulları (güneş, yağmur) ve optimal olmayan malzeme seçimi (gerilme yayları ve temas pinleri için standart çelik) ciddi bir korozyon, yaşlanma, yay yorgunluğu, mekanik özelliklerin azalmasına, yetersiz temas kuvvetine ve aşırı döngü direncine yol açmıştır.

• Kavis erozyonu, temas yüzeylerinde oyuk oluşmasına ve ciddi bir oksidasyona neden olmuştur, bu da direnci artırır.

Sabit Kontaktler İçin Yeniden Düzenleme ve Önleyici Önlemler

• Orijinal olarak bağımsız parmak kontakları, esnek bakır bantlar kullanılarak birleştirilerek, hareketli ve sabit kontaklar arasındaki etkin temas alanını artırılır.

• Gergi yaylarını ve pimleri değiştirerek ve yükselterek yay kuvvetini artırmak ve temas sıkılığını iyileştirmek.

• Hareketli ve sabit temas yüzeylerine gümüş kaplama uygulamak.

• Temas yüzeylerine katı yağlayıcı uygulayarak sürtünmeyi azaltmak ve oksidasyonu önlemek.

• Özellikle temas bağlantı noktalarında kızılötesi sıcaklık izlemesini uygulamak ve bir sıcaklık veritabanı oluşturmak.

• Ayırıcıların düzenli bakım, incelemesi ve temizliğinin yapılması.

Doğrulama ve Uygulama Sonuçları

Yeniden donatmadan sonraki izleme sonuçları şunları göstermektedir:

• Aynı çevre sıcaklığı (17°C) ve çalışma koşullarında, temas sıcaklıkları yaklaşık 23°C (değiştirilmemiş) ile yaklaşık 19°C (yeniden donatılmış) arasında düştü.

• Bakım sırasında yapılan görsel incelemeler, yeniden donatılmış temaslarda, değiştirilmemiş olanlara kıyasla, çok daha az ark hasarı noktasını ortaya çıkardı.

Bu yazıya kadar, 5 ayırıcı ünitesi (30 sabit temas) yeniden donatılmıştır. Bu teknik çözüm, şirketin 220 kV açık hava anahtarlama alanında bulunan tüm GW7-220 ayırıcılarına aşamalı olarak uygulanmaktadır.

Sonuç

GW7-220 açık hava AC yüksek gerilim ayırıcılarındaki yaygın temas aşırı ısınmasını sistematik analiz ederek, sabit temaslara yönelik hedefli değişiklikler başarıyla geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bu girişim, güç sağlımlığı güvenliği ve işletimsel istikrarı önemli ölçüde artırmış, ayrıca GW7-220 ayırıcılarının gelecekteki işletimi, bakımı ve servisine değerli deneyimler sağlamıştır.