Výzkum aplikace vzdáleného online systému pro odstranění vad u styků vysokého napětí

Vysokonapěťové odpojovače, také známé jako izolační čepy nebo nožové přepínače, mají jednoduchý princip fungování a snadnou obsluhu. Jako běžně používaná vysokonapěťová přepínací zařízení mají významný dopad na operační bezpečnost transformačních stanic, což vyžaduje přísnou spolehlivost v praktickém použití. Dálkový online systém pro odstraňování vad kontaktů vysokonapěťových odpojovačů nabízí výhody, jako je snadná obsluha, nízké provozní náklady a vysoká stabilita, což ho činí vhodným pro online odstraňování vad v energetickém sektoru.

1.Přehled vysokonapěťových odpojovačů
Vysokonapěťové odpojovače jsou nejčastěji používány v elektrických systémech transformačních stanic a elektráren a tvoří klíčovou součást vysokonapěťového přepínacího zařízení. Musí být používány ve spojení s vysokonapěťovými vypínači.

Dálkový online laserový systém pro odstraňování vad kontaktů odpojovačů se skládá z čisticí pistole, chladicí jednotky, optického vlákna a laserového zdroje. Používá se plně pevného stavu kvazineprerušovaného (QCW) lasera, který poskytuje vysokou výkon a efektivitu a kontinuální výstup laseru. Tento systém využívá vysokovýkonné polovodičové boční pumpovací moduly s reflektivními čipy k řešení potenciálních rizik. Výkon výstupu lasera musí být ≥1 000 W a účinnost svazkového spojení musí přesahovat 96 %. Další vlastnosti zahrnují nulové náklady na údržbu, kompaktní rozměry a vhodnost pro integraci.

Pro přenos energie jsou vybírána optická vlákna s vlastní ochrannou schopností během přenosu energie, jejich délka obvykle činí 10 až 15 metrů. Přesné chladicí jednotky pro laser a optickou cestu umožňují přesné ovládání teploty a včasnou úpravu okolní teploty.

Hlavní funkce vysokonapěťových odpojovačů spočívá v poskytování bezpečné elektrické izolace během údržby vysokonapěťového zařízení a instalací. Nejsou navrženy k přerušování proudů zátěže, poruchového proudu nebo krátkozávodního proudu a mohou být použity pouze pro přepínání malých kapacitních nebo indukčních proudů. Proto nemají schopnost uhasení oblouku.

Na základě místa instalace jsou vysokonapěťové odpojovače klasifikovány jako vnitřní nebo venkovní typy. Podle počtu izolačních podpěrných sloupů jsou rozděleny na jednosloumové, dvojsloumové nebo trojsloumové. Napěťové hodnoty musí být vybrány podle specifických požadavků zařízení.

Tyto odpojovače poskytují viditelnou izolační mezeru pro bezpečné izolování vysokonapěťových zdrojů během údržby, což zajišťuje bezpečí osob. Ačkoli jsou schopny přepínat malé proudy, nemají vysoce specializované zařízení pro uhasení oblouku a proto nemohou přerušovat proudy zátěže nebo krátkozávodní proudy.

2.Dálkový online laserový systém pro odstraňování vad kontaktů odpojovačů
Lastery nabízejí vysokou směrovost a jas, což umožňuje rychlé soustředění energie do omezeného prostoru. Laserové čištění základně spočívá v interakci mezi laserovým zářením a kontaminanty, což vede k chemickým a fyzikálním účinkům.

Výzkum ukazuje, že povrchové kontaminanty přilnavosti dosahují prostřednictvím kapilárních sil, elektrostatické přitažlivosti, kovalentní vazby a van der Waalsových sil – poslední tři jsou zejména obtížné k překonání. Laserové čištění ruší tyto vazebné síly bez poškození podkladu.

Existují tři hlavní mechanismy laserového čištění:
(1) Fragmentace a odlučování: mikroskopické částice kontaminantů absorbují laserovou energii, rychle se rozpínají, překonávají síly povrchové přilnavosti a odpojují se od povrchu. Ultrakrátký laserový impulz generuje explozivní šokové vlny, které urychlují odpojení částic.
(2) Evaporace: v důsledku odlišných chemických složení mezi podkladem a kontaminanty se jejich absorpční rychlosti liší. S vhodnou volbou typu a šířky pulsu laseru se ~95 % laserové energie odrazí od podkladu, chráněno jej. Kontaminanty absorbují ~90 % energie, což vede k okamžitému zvýšení teploty a vaporizaci, která je odstraní bez poškození podkladu.
(3) Vibrace a odhození: krátké pulzy laseru indukují ultrazvukové vibrace prostřednictvím rychlé tepelné expanze. Výsledné šokové vlny fragmentují a odhození částic.

Dálkový online systém pro odstraňování vad koncentruje vysokou energii v přesném prostorovém a časovém okně. V ohnisku ionizace způsobuje mikroexploze, které okamžitě odstraní kontaminanty. Vysokosměrový laserový paprsek lze tvarovat do upravitelných, nerovnoměrných velikostí skvrny. Intenzita laserové energie je přesně řízena, aby zajistila okamžité oddělení kontaminantů od podkladu bez poškození.

3.Běžné vady vysokonapěťových odpojovačů během provozu
Během provozu se často objevují vady – například akumulace prachu způsobená špatným kontaktem, nebo vytváření složitých filmů na povrchu kontaktů, což zvyšuje kontaktní odpor. Analýza odhalila, že špatná konstrukce, nedostatečné komponenty a nesprávná instalace nebo nastavení vše přispívá k výskytu vad.

3.1 Koroze komponent
Dlouhodobé expozici dešti, větru a vlhkosti dochází k korozi komponent odpojovačů. Některé části používají galvanické povlaky, ale elektrochemické reakce během provozu mohou vést k vážnému zrezivění. Chudé výrobní procesy dále oslabují kvalitu a výkon, což urychluje korozi. Vážné zrezivění snižuje mechanickou přenosovou rychlost a může způsobit selhání provozu.

3.2 Nedokonalé otevírání/zavírání a přetopení
Nesprávné otevírání nebo zavírání často vedou k vadám. Pokud se kontakty neúplně zapojí, zatímco obvod zůstává pod napětím, dochází k tepelnému zahřívání, což může vést k přetopení nebo bezpečnostním incidentům – což ovlivňuje ekonomické výkony a spolehlivost dodávky energie.

Vážné přetopení na místech kontaktu (v důsledku trvalého proudu i při poškození) zvyšuje kontaktní odpor, což vede k neblahému kruhu: vyšší odpor → vyšší teplota → další zvýšení odporu → poškození kontaktu.

3.3 Špatné utěsnění pohonných mechanismů vedoucí k poškození kontaktů
Většina vysokonapěťových odpojovačů funguje venku a je zranitelná vůči vnějším faktorům. Pohonný mechanismus slouží jako zdroj energie; pokud je zkorodovaný, narušuje funkčnost.

Aby se tomu předešlo, jsou během instalace provozní mechanismy umístěny v uzavřených skříních. Nicméně, špatné utěsnění umožňuje proniknutí dešťové vody – zejména během deštivých období – což způsobuje korozi uvnitř. To narušuje izolaci ovládacích komponent, což vede k poruchám. Zvýšený odpor kontaktu zvyšuje teplotu, s vyšším proudem (např. >75 % nominálního proudu) zhoršujícím přetopení a degradaci kontaktu.

3.4 Rozbití porcelánového izolátoru
Porcelánové izolátory jsou klíčové konstrukční komponenty. Pukliny mohou způsobit zhroucení vodiče a znefunkčnění oddělovače. Příčiny zahrnují:
– Nedostatečné výrobní procesy, které nezajišťují kvalitu porcelánu;
– Příliš velká mechanická síla při manipulaci neprofesionálními pracovníky.

4.Strategie pro systémy vzdáleného online odstraňování vad
Vzhledem k tomu, že většina vad vzniká z nedostatku zkušeností operátorů nebo chybného návrhu, jsou cílená opravná opatření nezbytná.

4.1 Řešení koroze komponentů
Zajistěte přísnou kontrolu kvality během nákupu a stavby. Provádějte pravidelnou údržbu a kontroly. V oblastech s vysokou vlhkostí zkráťte intervaly mezi kontrolami v závislosti na podmínkách prostředí. Silně okorodělé jednotky musí být rychle nahrazeny.

4.2 Řešení nedokončeného zavírání a přetopení
Špatný kontakt během zavírání často vzniká z nedostatečného spuštění nebo nekompatibilních strukturálních úprav. Proveďte na místě údržbu s kvalifikovanými techniky, abyste zajistili správné zarovnání a přijatelný odpor smyčky.

Vyberte materiály kontaktů na základě vodivosti a mechanické pevnosti. Použijte protikorozní šrouby. Důkladně vyčistěte povrchy kontaktů před úpravou hloubky vložení. Nahraďte zestaralé stlačovací pružiny, které ztratily napětí, a odstraňte povrchové kontaminanty, aby se zabránilo zvýšení odporu a obloukování.

4.3 Zlepšení utěsnění provozních mechanismů
Zlepšete utěsnění instalací těsnicích pásků na skříních mechanismů. Vybavte skříně senzory vlhkosti a odvlhčovači. Okamžitě aktivujte odvlhčování po detekci zvýšené vlhkosti, abyste zabránili vnitřní korozí a selhání izolace.

4.4 Předcházení rozbití porcelánového izolátoru
Upřesněte přísné kvalitativní kontroly během nákupu porcelánu. Manipulujte s izolátory striktně podle operačních protokolů, abyste zabránili příliš velké síle. Během pravidelných hlídek kontrolujte trhliny nebo pukliny a hned nahraďte vadné jednotky.

5.Případová studie: Implementace systému online odstraňování vad
Městská vodní elektrárna, která je klíčová pro ochranu před povodněmi, výrobu elektřiny, ekologickou ochranu a regionální ekonomický rozvoj, slouží jako případová studie pro použití vzdáleného online systému odstraňování vad na vysokoproudových oddělovačích v elektrárnách.

Klíčové postupy zahrnují:
– Výběr oddělovačů s hodnotou nad 126 kV, vyhýbat se jednoručkovým skládacím konstrukcím nebo neprokázaným pružinovým kontaktům; preferovat modely s ověřenými zprávami o zkouškách teplotního nárůstu.
– Pro jednotky ≥252 kV provést kompletní montáž, úpravy rozměrů a označení před vysláním z továrny.
– Pro jednotky ≥72,5 kV provést testy tlaku prstů kontaktů a poskytnout certifikáty shody.
– Během předání ověřit stříbrnou vrstvu na pohyblivých i stacionárních kontaktech: tloušťka >20 μm, tvrdost >120 HV.
– Po instalaci změřit odpor vodičové smyčky a porovnat s návrhem a továrními hodnotami; do provozu uvést pouze, pokud je v toleranci.
– Během provozu použít infracervenou termografii k monitorování vodičových spojů – zejména za vysokého zatížení nebo vysoké teploty – a okamžitě zasáhnout, pokud jsou detekovány anomálie.
– Během výpadků přísně dodržovat cykly údržby. Testovat výkon pružin a kontaktových obvodů, nahrazovat nekompatibilní části. Po údržbě znovu ověřit tlak kontaktu.
– Udržovat zásoby náhradních dílů a laserových čisticích nástrojů, aby bylo možné rychlé online odstranění vad.

6.Závěr
Na závěr lze říci, že vzdálený online laserový systém odstraňování vad efektivně odstraňuje kůru a kontaminanty z kontaktů oddělovače, prevence přetopení a shoření, snižuje opotřebení zařízení a zvyšuje stabilitu elektrického systému. Vysokoproudové oddělovače mají obrovský potenciál v moderní energetické infrastruktuře – minimalizují spotřebu materiálů a zajišťují spolehlivý a stabilní provoz sítě.