Investigación sobre a aplicación dun sistema de eliminación de defectos remoto en liña para contactos de interruptores de alta tensión

Os interruptores de alta tensión, tamén coñecidos como interruptores separadores ou interruptores de cuchilla, caracterízanse por un principio de funcionamento simple e unha operación conveniente. Como equipo de conmutación de alta tensión comúnmente utilizado, teñen un impacto significativo na seguridade operativa das subestacións, exixindo unha fiabilidade estrita nas aplicacións prácticas. O sistema de eliminación remota en liña de defectos nos contactos dos interruptores de alta tensión ofrece vantaxes como facilidade de operación, baixos custos de operación e alta estabilidade, o que o fai adecuado para a eliminación en liña de defectos na industria eléctrica.

1.Visión xeral dos interruptores de alta tensión
Os interruptores de alta tensión son os máis frecuentemente utilizados nos sistemas eléctricos de subestacións e centrais eléctricas e constitúen un compoñente clave do equipo de conmutación de alta tensión. Deben usarse en combinación con interruptores de circuito de alta tensión.

O sistema de eliminación remota en liña de defectos nos contactos dos interruptores baseado en láser comprende unha pistola de limpeza, un refrigerador de auga, unha fibra óptica e unha fonte de láser. Emprega un láser de estado sólido totalmente quase continuo (QCW) para proporcionar unha saída de láser de alta potencia, alta eficiencia e continua. Este sistema utiliza módulos de bombeo lateral de semiconductores de alto rendemento con chips reflectantes para abordar posibles perigos. A potencia de saída do láser debe ser ≥1.000 W, e a eficiencia de acoplamento da fibra debe superar o 96%. Ademais, inclúe características como custos de manutención cero, tamaño compacto e aptidão para integración.

As fibras ópticas transmisoras de enerxía son seleccionadas pola súa capacidade de autoprotección durante a transmisión de enerxía, cunhas lonxitudes que xeralmente van dende os 10 ata os 15 metros. As unidades de refrigeración de auga precisas para o láser e a via óptica permiten un control de temperatura preciso e axustes oportunos da temperatura ambiente.

A función principal dos interruptores de alta tensión é proporcionar unha isolación eléctrica segura durante a mantemento de equipos e instalacións de alta tensión. Non están deseñados para interromper a corrente de carga, a corrente de fallo ou a corrente de curto-circuito, e deben usarse só para conmutar correntes capacitivas ou inductivas pequenas. En consecuencia, carecen de capacidades de extinción de arco.

Segundo a localización de instalación, os interruptores de alta tensión clasifícanse como tipos interiores ou exteriores. Por número de columnas de soporte aislante, categorízanse como de un poste, dous postes ou tres postes. As clasificacións de voltaxe deben ser seleccionadas segundo os requisitos específicos do equipo.

Estes interruptores proporcionan un intervalo de isolación visible para aislar de forma segura as fontes de alta tensión durante o mantemento, asegurando a seguridade do persoal. Aínda que son capaces de conmutar correntes pequenas, carecen de dispositivos de extinción de arco dedicados e, polo tanto, non poden interromper a corrente de carga ou de curto-circuito.

2.Sistema de eliminación remota en liña de defectos nos contactos dos interruptores baseado en láser
Os lásers ofrecen unha gran direccionalidade e brillo, permitindo a concentración rápida de enerxía nun espazo confinado. A limpeza con láser implica fundamentalmente a interacción entre a radiación láser e os contaminantes, producindo efectos químicos e físicos.

As investigacións amosan que os contaminantes superficiais adhérense a través de forzas capilares, atracción electrostática, enlaces covalentes e forzas de van der Waals—estas últimas tres son particularmente difíciles de superar. A limpeza con láser interrumpe estas forzas de ligadura sen danificar o substrato subxacente.

Existen tres mecanismos principais de limpeza con láser:
(1) Fragmentación e desprendemento: Partículas microscópicas de contaminantes absorben a enerxía do láser, expandíndose rapidamente, superando as forzas de adhesión superficial e fraccionándose a partir da superficie. O pulso láser ultracorto xera ondas de choque explosivas que aceleran o desprendemento de partículas.
(2) Evaporación: Debido ás composicións químicas diferentes entre o substrato e os contaminantes, as súas taxas de absorción de láser varían. Coa selección apropiada do tipo de láser e ancho de pulso, ~95% da enerxía do láser reflétese no substrato, protexendo-o. Os contaminantes absorben ~90% da enerxía, causando un aumento instantáneo de temperatura e vaporización, que os elimina sen danificar o substrato.
(3) Exulsión vibracional: Os lásers de pulso corto inducen vibracións ultrasónicas a través da expansión térmica rápida. As ondas de choque resultantes fragmentan e eixelen as partículas.

O sistema de eliminación remota en liña de defectos concentra alta enerxía nunha ventana espacial e temporal precisa. No punto focal, a ionización causa microexplosións que desprenden instantaneamente os contaminantes. O feixe láser altamente direccional pode dar forma a tamaños de mancha non uniformes axustables. A intensidade da enerxía do láser está controlada de forma precisa para asegurar a separación instantánea dos contaminantes do substrato sen danos.

3.Defectos comúns nos interruptores de alta tensión durante a operación
Os defectos adoitan aparecer durante a operación, por exemplo, a acumulación de po, debido a un mal contacto, ou a formación de películas compuestas nas superficies de contacto, aumentando a resistencia de contacto. A análise revela que o mal deseño, os compoñentes de baixa calidade e a instalación ou axuste incorrectos contribúen aos defectos.

3.1 Corrosión de componentes
A exposición prolongada á chuvia, ao vento e á humidade causa a corrosión dos compoñentes dos interruptores. Algúns compoñentes usan recubrimentos galvanizados, pero as reaccións electroquímicas durante a operación poden levar a un oxido severo. Os procesos de fabricación deficientes comprometen aínda máis a calidade e o rendemento, acelerando a corrosión. O oxido severo reduce a velocidade de transmisión mecánica e pode causar fallos operativos.

3.2 Apertura/Cierre incompletos e sobrecalentamento
As operacións de apertura ou cierre incorrectas adoitan resultar en defectos. Se os contactos non se enganchan completamente mentres o circuito permanece energizado, ocorre o calentamento resistivo, que pode levar a un sobrecalentamento ou a incidentes de seguridade, afectando o rendemento económico e a fiabilidade da enerxía.

O sobrecalentamento grave nos puntos de contacto (debido á corrente persistente incluso cando están danados) aumenta a resistencia de contacto, creando un ciclo vicioso: maior resistencia → maior temperatura → aumento adicional da resistencia → dano do contacto.

3.3 Mal selado do mecanismo de operación que leva ao dano do contacto
A maioría dos interruptores de alta tensión operan ao aire libre e son vulnerables a factores ambientais. O mecanismo de operación serve como fonte de enerxía; se está corroído, impide a funcionalidade.

Para mitigar isto, os mecanismos de operación están aloxados en caixas seladas durante a instalación. No entanto, un mal sellado permite a entrada de auga da chuva, especialmente durante as estacións húmidas, causando ferralla interna. Isto compromete o aislamento dos compoñentes de control, provocando fallos. O aumento da resistencia de contacto eleva a temperatura, e unha corrente maior (por exemplo, >75% da corrente nominal) agrava o sobrecalentamento e a degradación do contacto.

3.4 Fractura do Aislador de Porcelana
Os aisladores de porcelana son compoñentes estruturais críticos. As fracturas poden colapsar o circuito conductor e desactivar o disconector. As causas inclúen:
– Procesos de fabricación subestándar que non garanten a calidade da porcelana;
– Forza mecánica excesiva durante o manexo por persoal non cualificado.

4.Estratexias para Sistemas de Eliminación Remota en Línea de Defectos
Dado que a maioría dos defectos provén da inexperiencia do operador ou dun deseño defectuoso, son esenciais medidas correctivas específicas.

4.1 Abordaxe da Corrosión de Compoñentes
Asegurar un control de calidade estrito durante a adquisición e a construción. Realizar manutención e inspeccións regulares. En rexións de alta humidade, acortar os intervalos de inspección en función das condicións ambientais. As unidades fortemente corroídas deben ser substituídas de inmediato.

4.2 Resolución de Cierre Incompleto e Sobrecalentamento
Un mal contacto durante o cierre adoita resultar dunha puesta en marcha inadequada ou axustes estruturais non conformes. Contratar técnicos cualificados para a manutención no sitio para asegurar un alineamento correcto e unha resistencia de bucle aceptable.

Escoller materiais de contacto en función da conductividade e da resistencia mecánica. Usar parafusos anticorrosión. Limpar completamente as superfícies de contacto antes de axustar a profundidade de inserción. Substituir as molas de aperto envejecidas que perdiron a tensión e eliminar os contaminantes de superficie para prevenir a acumulación de resistencia e o arco eléctrico.

4.3 Melhorando o Sellado dos Mecanismos de Operación
Melhorar o sellado instalando xuntas nas caixas dos mecanismos. Equipar as caixas con sensores de humidade e deshumidificadores. Activar a deshumidificación inmediatamente ao detectar unha humidade elevada para prevenir a corrosión interna e o fallo do aislamento.

4.4 Prevenindo a Fractura do Aislador de Porcelana
Imponer inspeccións de calidade rigorosas durante a adquisición de porcelana. Manipular os aisladores estritamente segundo os protocolos operativos para evitar forzas excesivas. Durante as patrullas de rotina, inspeccionar por fisuras ou fracturas e substituír as unidades defectuosas de inmediato.

5.Estudo de Caso: Implementación do Sistema de Eliminación en Línea de Defectos
Unha central hidroeléctrica municipal—crítica para o control de inundacións, a xeración de enerxía, a protección ecolóxica e o desenvolvemento económico regional—serve como estudo de caso para a aplicación do sistema remoto en liña de eliminación de defectos aos desconectores de alta tensión de subestacións.

As prácticas clave inclúen:
– Escoller desconectores con tensión superior a 126 kV, evitando diseños de brazo único dobrábel ou estruturas de contacto de mola non probadas; preferir modelos con informes de ensaios de aumento de temperatura verificados.
– Para unidades ≥252 kV, realizar a montaxe completa, axustes dimensionais e marcado antes do envío da fábrica.
– Para unidades ≥72.5 kV, realizar ensaios de presión nos dedos de contacto e proporcionar certificados de conformidade.
– Durante a entrega, verificar a plateado de prata nos contactos móveis e estáticos: espesor >20 μm, dureza >120 HV.
– Despois da instalación, medir a resistencia do bucle conductor e comparala co valores de deseño e fábrica; só comisionar se está dentro da tolerancia.
– Durante a operación, usar termografía infravermella para monitorizar as uniones conductoras, especialmente baixo cargas altas ou condicións de alta temperatura, e intervir de inmediato se se detectan anomalías.
– Durante as probas de interrupción, adhérirse estritamente aos ciclos de manutención. Probar o rendemento das molas e os circuitos de contacto, substituíndo as partes non conformes. Reverificar a presión de contacto posmanutención.
– Mantener un inventario de pezas de repouso e ferramentas de limpeza a láser para permitir a rápida remediação en liña de defectos.

6.Conclusión
En resumo, o sistema remoto en liña baseado en láser para a eliminación de defectos elimina eficazmente a ferralla e os contaminantes dos contactos dos desconectores, previniendo o sobrecalentamento e a quema, reducindo o desgaste do equipo e mellorando a estabilidade do sistema de enerxía. Os desconectores de alta tensión teñen un gran potencial na infraestrutura de enerxía moderna, minimizando o uso de consumibles mentres se asegura a operación confiable e estable da rede.