Изследване на приложението на дистанционна онлайн система за елиминиране на дефекти в контактите на високонапрегнатите разединители

Високонапреговите изолатори, също известни като изолаторни ключове или ножови ключове, имат прост принцип на действие и удобна експлойтация. Като широко използвано високонапрегово свързващо устройство, те оказват значително влияние върху оперативната безопасност на трансформаторните станции, изисквайки стриктна надеждност при практически приложения. Системата за дистанционно онлайн елиминиране на дефекти на контакти на високонапреговите изолатори предлага предимства като лесна експлойтация, ниски експлоатационни разходи и висока стабилност, което я прави подходяща за онлайн елиминиране на дефекти в електроенергийната индустрия.

1.Обзор на високонапреговите изолатори
Високонапреговите изолатори най-често се използват в електрическите системи на трансформаторни станции и електроцентрали и представляват ключов компонент на високонапреговото свързващо устройство. Те трябва да се използват в комбинация с високонапрегови прекъсвачи.

Дистанционната онлайн система за елиминиране на дефекти на контакти на изолатори чрез лазер включва оръдие за почистване, воден чилер, оптичен кабел и лазерен източник. Използва се напълно твърдоагрегатен полу-непрекъснат (QCW) лазер, който осигурява високомощен, високоэффективен и непрекъснат лазерен изход. Тази система използва високопроизводителни полупроводникови модули с рефлективни чипове, за да се справи с потенциални опасности. Мощността на лазерния изход трябва да бъде ≥1,000 Вт, а ефективността на фиброзното съчетаване трябва да надвишава 96%. Допълнителни характеристики включват нулеви разходи за поддръжка, компактен размер и пригодност за интеграция.

Избрани са оптични влакна за пренос на енергия поради техния самозащитен капацитет при пренос на енергия, с дължини, обикновено в интервал от 10 до 15 метра. Точни единици за водно охлаждане на лазера и оптичния път позволяват точен контрол на температурата и своевременна корекция на околната температура.

Основната функция на високонапреговите изолатори е да предоставят безопасна електрическа изолация по време на поддръжка на високонапреговото оборудване и установки. Те не са предназначени за прекъсване на нагрузъчен ток, аварийен ток или ток на коротко съединение и трябва да се използват само за свързване на малки капацитивни или индуктивни токове. Следователно, те нямат способности за угасяване на дъга.

Според местонахождението на монтаж, високонапреговите изолатори се класифицират като вътрешни или външни типове. По броя на изолиращите опорни колони те се категоризират като еднопостови, двупостови или трипостови. Напреговите класификации трябва да се избират в съответствие с конкретните изисквания на оборудването.

Тези изолатори предоставят видима изолационна разцепка, за да се осигури безопасна изолация на високонапреговите източници по време на поддръжка, гарантирайки безопасността на персонала. Макар да могат да свързват малки токове, те нямат специализирани устройства за угасяване на дъга и следователно не могат да прекъсват нагрузъчен или ток на коротко съединение.

2.Дистанционна онлайн система за елиминиране на дефекти на контакти на изолатори чрез лазер
Лазерите предлагат висока направленост и яркост, позволявайки бързо концентриране на енергия в ограничено пространство. Лазерното почистване в основата си включва взаимодействие между лазерното облъчване и замърсителите, произвеждайки химически и физически ефекти.

Изследванията показват, че повърхностните замърсители се придържат чрез капилярни сили, електростатично привличане, ковалентни връзки и силите на ван дер Ваалс — последните три са особено трудни за преодоляване. Лазерното почистване нарушава тези връзки без да повреди основната повърхност.

Съществуват три основни механизма за лазерно почистване:
(1) Раздробяване и спадане: микроскопичните частици на замърсителят абсорбират лазерна енергия, бързо се разширяват, преодоляват повърхностните сили за прилепване и се разцепват от повърхността. Ултракраткият лазерен импулс генерира експлозивни шокови вълни, които ускоряват отделението на частиците.
(2) Евапорация: поради различните химически състави на основата и замърсителите, техните скорости на абсорбция на лазера се различават. При подходящ избор на тип и ширина на лазерния импулс, ~95% от лазерната енергия се отразява от основата, защитавайки я. Замърсителите абсорбират ~90% от енергията, причинявайки моментално повишаване на температурата и евапорация, което ги премахва без повреда на основата.
(3) Вибрационно изхвърляне: краткосрочните лазери индуцират ултразвукови вибрации чрез бързо термично разширяване. Резултантните шокови вълни разцепват и изхвърлят частиците.

Дистанционната онлайн система за елиминиране на дефекти концентрира висока енергия в точно пространствено и временско прозорец. В фокусната точка, йонизацията причинява микро-експлозии, които моментално премахват замърсителите. Високонаправенния лазерен лъч може да бъде формиран в регулируеми, нееднакви размери на пятна. Интензитетът на лазерната енергия се контролира точно, за да се осигури моментално разделение на замърсителите от основата без повреда.

3.Чести дефекти на високонапреговите изолатори по време на експлойтация
Дефекти често възникват по време на експлойтация — например, натрупване на прах поради лош контакт, или формиране на комплексни филми на контактните повърхности, увеличаващи контактното съпротивление. Анализът показва, че лош дизайн, низкокачествени компоненти и неправилна инсталация или ъгъл на регулиране всички допринасят за дефектите.

3.1 Корозия на компонентите
Дълго време на експозиция към дъжд, вятър и влажност причинява корозия на компонентите на изолаторите. Някои части използват цинкови покрития, но електрохимичните реакции по време на експлойтация могат да доведат до сериозно заръждане. Лошите производствени процеси допълнително компрометират качеството и производителността, ускорявайки корозията. Сериозното заръждане намалява механичната скорост на пренос и може да доведе до оперативен срив.

3.2 Непълно отваряне/затваряне и прекомерно затопляне
Неправилните операции за отваряне или затваряне често довеждат до дефекти. Ако контактите не се включат напълно, докато веригата остава под напрежение, се наблюдава резистивно затопляне, което може да доведе до изгаряне или аварийни случаи — засягащи икономическата производителност и надеждността на електроенергията.

Сериозното затопляне на контактните точки (поради постоянен ток дори при повреда) увеличава контактното съпротивление, създавайки порочен кръг: по-високо съпротивление → по-висока температура → още по-високо съпротивление → повреда на контактите.

3.3 Лоша герметизация на оперативната система, водеща до повреда на контактите
Повечето високонапрегови изолатори работят на открито и са уязвими към околната среда. Оперативната система служи като източник на мощност; ако е корозирана, тя намалява функционалността.

За да се намали това, механизми за управление се инсталират в запечатени кутии. Обачно, лошо запечатване позволява проникването на дъждовна вода - особено по време на влажни сезони - което води до корозия вътре. Това компрометира изолацията на контролните компоненти, водейки до откази. Увеличаващото се контактно съпротивление повишава температурата, а по-голям ток (например >75% от номиналния ток) засилва прекомерното загряване и износването на контакти.

3.4 Прекъсване на фарфорови изолатори
Фарфоровите изолатори са ключови конструктивни елементи. Прекъсванията могат да доведат до срив на проводящата верига и деактивиране на разединителя. Причините включват:
– Под.standardni производствени процеси, които не осигуряват качеството на фарфора;
– Прекомерна механична сила при обработката от непрофесионално персонал.

4.Стратегии за системи за онлайн устранение на дефекти на разстояние
Тъй като повечето дефекти произтичат от недостатъчен опит или дефектен дизайн, целеви корективни мерки са необходими.

4.1 Справяне с корозията на компонентите
Осигурете строг контрол на качеството по време на закупуване и строителство. Провеждайте регулярно поддръжка и проверки. В области с висока влажност, съкратете интервалите между проверките в зависимост от околните условия. Серióзно корозиралите единици трябва да бъдат заменени незабавно.

4.2 Решаване на непълно затваряне и прекомерно загряване
Лошият контакт при затваряне често резултира от недостатъчна пусковна настройка или некоректни структурни корекции. Ангажирайте квалифицирани техници за настаняване на местоположението, за да се гарантира правилната ориентация и приемливо контурно съпротивление.

Изберете материалите за контакт според проводимостта и механичната им сила. Използвайте болтове с антикорозийна защита. Подгответе внимателно контактните повърхности преди да коригирате дълбината на вмъкване. Заменете старите пружини за зажимане, които са изгубили напрежението си, и махнете повърхностните замърсители, за да се предотврати натрупването на съпротивление и изискване на дъга.

4.3 Подобряване на запечатването на механизми за управление
Подобрете запечатването чрез инсталиране на прокладки на кутиите на механизми. Осигурете кутиите с датчици за влажност и осушители. Активирайте осушаването веднага след откриване на повишена влажност, за да се предотврати вътрешната корозия и провал на изолацията.

4.4 Предотвратяване на прекъсване на фарфорови изолатори
Наложете строги качествени проверки по време на закупуване на фарфор. Обработвайте изолаторите строго според оперативните протоколи, за да се избегне прекомерна сила. По време на рутинните патрули, проверявайте за пукнатини или прекъсвания и заменяйте дефектните единици незабавно.

5.Кейс студия: Имплементация на система за онлайн устранение на дефекти
Муниципална хидроелектрическа централа - критична за контрол на наводнения, генериране на енергия, екологична защита и регионален икономически развой - служи като пример за прилагане на системата за дистанционно онлайн устранение на дефекти на високонапрастни разединители в подстанцията.

Основни практики включват:
– Избиране на разединители с напрежение над 126 kV, избягване на дизайни с едноръчна складна конструкция или непроверени пружинни контактни структури; предпочитайте модели с верифицирани тестове за температурно увеличение.
– За единици ≥252 kV, извършете пълна сборка, размерни корекции и маркировка преди изпращане от фабриката.
– За единици ≥72.5 kV, проведете тестове за натиск на контактните пръсти и предоставете сертификати за съответствие.
– По време на предадене, проверете платинирането на движещите и неподвижните контакти: дебелина >20 μm, твърдост >120 HV.
– След инсталацията, измерете съпротивлението на проводящата верига и сравнете с проектните и фабрични стойности; комисионирайте само ако са в допустимите граници.
– По време на експлоатация, използвайте инфрачервен термографски анализ, за да мониторирате проводящите съединения - особено при висока нагрузка или температура - и въздействайте незабавно, ако се установят аномалии.
– По време на изпитвания при спиране, придържайте строго към циклите на поддръжка. Тествайте производителността на пружините и контактните вериги, заменяйте несъответстващите части. Повторно потвърдете контактния натиск след поддръжка.
– Поддържайте наличен запас от запасни части и лазерни средства за почистване, за да позволите бързо онлайн устранение на дефекти.

6.Заключение
В заключение, дистанционната онлайн лазерна система за устранение на дефекти ефективно премахва ръжда и замърсители от контактите на разединителя, предотвратявайки прекомерното загряване и изгаряне, намалявайки износването на оборудването и подобрявайки стабилността на електроенергийната система. Високонапреженните разединители имат огромен потенциал в съвременната електроенергийна инфраструктура - минимизирайки потреблението на материали, докато осигуряват надеждна и стабилна работа на мрежата.