Istraživanje primjene udaljenog online sustava za uklanjanje defekata na kontaktima visokonaponskih prekidača

Visoki napon odjeljači, također poznati kao izolatori ili mačevi, imaju jednostavan način rada i praktičnu uporabu. Kao često korištena oprema za prekid visokog napona, oni značajno utječu na operativnu sigurnost transformatornih stanica, zahtijevajući strogu pouzdanost u praktičnoj uporabi. Udaljeni online sustav za eliminaciju nedostataka kontakata visokonaponskih odjeljača pruža prednosti poput lakše uporabe, niske troškove održavanja i visoke stabilnosti, što ga čini idealnim za online eliminaciju nedostataka u elektroenergetskom sektoru.

1. Pregled visokonaponskih odjeljača
Visokonaponski odjeljači najčešće se koriste u električnim sustavima transformatornih stanica i elektrana i čine ključni dio opreme za prekid visokog napona. Moraju se koristiti u kombinaciji s prekidačima visokog napona.

Udaljeni online laserski sustav za eliminaciju nedostataka kontakata odjeljača sastoji se od čistačke puške, hladnjaka vode, optičke vlakne i laserskog izvora. Koristi se potpuno pečeni kvazikontinuirani (QCW) laser za dostavljanje visokoenergetskog, visokoefikasnog i kontinuiranog laserskog izlaza. Ovaj sustav koristi visokoproduktivne poluprovodničke strane-pumpirane module s reflektirajućim čipovima kako bi se spriječili potencijalni opasnosti. Izlazna snaga lasera mora biti ≥1,000 W, a učinkovitost spoja optičkim vlaknom mora biti veća od 96%. Dodatne značajke uključuju nulte troškove održavanja, kompaktnu veličinu i prikladnost za integraciju.

Optička vlakna za prenos energije odabrana su zbog svoje sposobnosti samozashcite tijekom prenosa energije, s dužinama koje obično variraju od 10 do 15 metara. Precizne hlađenje lasera i optičke staze omogućuje točnu kontrolu temperature i pravočasnu prilagodbu okružne temperature.

Glavna funkcija visokonaponskih odjeljača je osigurati sigurnu električku izolaciju tijekom održavanja opreme i instalacija visokog napona. Nisu dizajnirani za prekid strujnog opterećenja, strujnog greškog ili strujnog kratkog spoja, te se trebaju koristiti samo za prekid malih kapacitivnih ili induktivnih struja. Stoga nemaju sposobnost gasnjenja lukova.

Prema lokaciji instalacije, visokonaponski odjeljači se klasificiraju kao unutarnji ili vanjski tipovi. Prema broju izolacijskih nosača, klasificiraju se kao jednopost, dvopost ili tripost. Naponske ocjene moraju biti odabrane prema specifičnim zahtjevima opreme.

Ovi odjeljači pružaju vidljivi razmak izolacije kako bi se sigurno izolirale izvore visokog napona tijekom održavanja, osiguravajući sigurnost osoba. Iako su sposobni prekidati male struje, nemaju posebne uređaje za gasnjenje luka i stoga ne mogu prekinuti strujno opterećenje ili strujni kratak spoj.

2. Udaljeni online laserski sustav za eliminaciju nedostataka kontakata odjeljača
Laseri nude visoku smjerovitost i svjetlinu, omogućujući brzo koncentriranje energije u ograničenoj prostornoj regiji. Lasersko čišćenje temelji se na interakciji između laserskog zračenja i kontaminanata, proizvodeći hemijske i fizičke efekte.

Istraživanja pokazuju da se površinske kontaminante pridružuju putem kapilarnih sila, elektrostatičke privlačnosti, kovalentne vezanja i van der Waalsove sila—posljednje tri su posebno teško prevazmoći. Lasersko čišćenje prekida ove veze bez oštećenja podloge.

Postoje tri glavna mehanizma laserskog čišćenja:
(1) Fragmentacija i odlaganje: Mikroskopske česticke kontaminanata apsorbiraju lasersku energiju, brzo se šire, prevladavaju površinske sile lepljenja i odlaze sa površine. Ultrakratki laserski impulsi generiraju eksplozivne udarne valove koji ubrzavaju odlaganje čestica.
(2) Evaporacija: Zbog različitih kemijskih sastava podloge i kontaminanata, njihovi stopi apsorpcije lasera se razlikuju. S odgovarajućim odabirom vrste lasera i širine impulsa, oko 95% laserske energije se odbija s podloge, štiti je. Kontaminanti apsorbiraju oko 90% energije, što uzrokuje trenutni porast temperature i vaporizaciju, što ih uklanja bez oštećenja podloge.
(3) Vibracijsko isbacivanje: Kratki laserski impulsi induciraju ultrazvučne vibracije putem brzog termičkog širenja. Rezultirajući udarni valovi fragmentiraju i isbacuju čestice.

Udaljeni online sustav za eliminaciju nedostataka koncentrirao je visoku energiju u precizno definiranom prostorno-vremenskom prozoru. Na fokalnoj točki, jonizacija uzrokuje mikro-eksplozije koje trenutno otklanjaju kontamine. Visoko smjeroviti laserski zrak može se oblikovati u prilagodljive, neuniformne površine. Intenzitet laserske energije točno se kontrolira kako bi se osigurala trenutna separacija kontaminanata s podloge bez oštećenja.

3. Uobičajeni nedostaci visokonaponskih odjeljača tijekom rada
Nedostaci često nastaju tijekom rada—na primjer, nagomilanje prašine zbog lošeg kontakta ili formiranje slojeva spojeva na površinama kontakta, povećavajući otpor kontakta. Analiza pokazuje da loš dizajn, podstandardne komponente i pogrešna instalacija ili podešavanje svi doprinose nastanku nedostataka.

3.1 Korozenija komponenti
Dugotrajna izlaganost kiši, vjetru i vlažnosti uzrokuje koroziju komponenti odjeljača. Neki dijelovi koriste galvanizirane poklopce, ali elektrokemijske reakcije tijekom rada mogu dovesti do teške ruste. Loši proizvodni procesi dodatno kompromitiraju kvalitetu i performanse, ubrzavajući koroziju. Teška rusta smanjuje brzinu mehaničkog prenosa i može dovesti do operativnog propusta.

3.2 Nepotpuna otvaranja/zatvaranja i pretjerano zagrijavanje
Neproporcionalna otvaranja ili zatvaranja često rezultira nedostacima. Ako kontakti ne u potpunosti ulaze u kontakt dok je krug još uvijek pod napajanjem, javlja se otporni grijanj, što može dovesti do izgorijevanja ili sigurnosnih incidenta—utječe na ekonomsku performansu i pouzdanost snabdijevanja strujom.

Teško zagrijavanje na mjestima kontakta (zbog stalnog protoka struje čak i kada su oštećeni) povećava otpor kontakta, stvarajući grozan ciklus: viši otpor → viša temperatura → daljnje povećanje otpora → oštećenje kontakta.

3.3 Loša zatvaranja radnog mehanizma što dovodi do oštećenja kontakta
Većina visokonaponskih odjeljača radi na otvorenom i osjetljiva je na okružne faktore. Radni mehanizam služi kao izvor snage; ako je oštećen korozijom, ometa funkcioniranje.

Za umiru ovog problema, operativni mehanizmi su smješteni u zapečaćene oklopne kutije tijekom instalacije. Međutim, loše zapečaćenje omogućuje ulazak kiše—naročito tijekom mokrih sezona— što dovodi do interne korozije. To kompromitira izolaciju kontrolnih komponenti, što dovodi do nepravilnog funkcioniranja. Povećana otpornost kontakta povećava temperaturu, a veći struja (npr., >75% nominalne struje) podstiče pregrejavanje i degradaciju kontakata.

3.4 Pucanje porcelanskog izolatora
Porcelanski izolatori su ključni konstrukcijski elementi. Pucanje može dovesti do kolapsa vodljivog kruga i onemogućiti rad isključivača. Uzroci uključuju:
– Podstandardni proizvodni procesi koji ne osiguravaju kvalitetu porcelana;
– Prekomjerna mehanička sila prilikom rukovanja od strane nedovoljno kvalificiranog osoblja.

4.Strategije za udaljene online sustave eliminacije defekata
Budući da se većina defekata javlja zbog nedostatka iskustva operatora ili neispravnog dizajna, potrebne su ciljane korektne mjere.

4.1 Rješavanje korozije komponenti
Osigurati strogu kontrolu kvalitete tijekom nabave i građevine. Voditi redovite održavanja i inspekcije. U regijama s visokom vlažnošću, skratiti intervali između inspekcija na temelju okolišnih uvjeta. Jako korozirane jedinice moraju biti zamijenjene odmah.

4.2 Rješavanje nepotpunog zatvaranja i pregrejavanja
Loš kontakt tijekom zatvaranja često je posljedica nedostatka provjere ili neispravnih strukturnih prilagodbi. Angažirati kvalificirano tehničko osoblje za održavanje na mjestu kako bi se osiguralo pravilno poravnanje i prihvatljiva otpornost petlje.

Odaberite materijale za kontakt na temelju vodljivosti i mehaničke čvrstoće. Koristite boltove odotporne na koroziju. Potpuno očistite površine kontakta prije prilagođavanja dubine ubacivanja. Zamijenite starim pričvršćujućim vijcima koji su izgubili napetost i uklonite površinske kontaminate kako bi se spriječilo gromazdenje otpora i luknjavanje.

4.3 Unapređenje zapečaćenja operativnih mehanizama
Poboljšati zapečaćenje instaliranjem mataca na oklopne kutije mehanizama. Opremite oklopne kutije senzorima vlažnosti i osušivačima. Okrenite osušivanje odmah nakon detekcije povišene vlažnosti kako biste spriječili internu koroziju i propad izolacije.

4.4 Sprječavanje pucanja porcelanskog izolatora
Provedite rigorozne kvalitativne inspekcije tijekom nabave porcelana. Rukujte izolatorima strogo prema operativnim protocolima kako biste izbjegli prekomjernu silu. Tijekom redovitih patuljana, pregledajte za pukotine ili pucanje i odmah zamijenite defektne jedinice.

5.Studija slučaja: Implementacija sustava udaljene online eliminacije defekata
Primjer gradskog hidroelektrane—koja je ključna za kontrolu poplava, proizvodnju električne energije, ekološku zaštitu i regionalni ekonomski razvoj—koristi se kao studija slučaja za primjenu udaljenog online sustava eliminacije defekata na visokonaponskim isključivačima pretvorbnih stanica.

Ključne prakse uključuju:
– Odabir isključivača s naponom većim od 126 kV, izbjegavajući jednoručne savijajuće dizajne ili neprokazane strukture kontaktiranih opruga; preferirati modele s verificiranim izvješćima o testiranju povišenja temperature.
– Za jedinice ≥252 kV, izvršiti kompletnu montazu, prilagodbu dimenzija i označavanje prije pošiljke sa fabrike.
– Za jedinice ≥72.5 kV, provesti testove pritisna kontaktnih prstiju i dostaviti isprave o usklađenosti.
– Tijekom prenosa, provjeriti srebrnu plaku na pokretnim i stacionarnim kontaktima: debljina >20 μm, tvrdota >120 HV.
– Nakon instalacije, izmjeriti otpornost vodljive petlje i usporediti s projektiranim i fabričnim vrijednostima; komisionirati samo ako su unutar tolerancije.
– Tijekom rada, koristiti infracrvenu termografiju za nadgledanje vodljivih spojeva—naročito pod visokim opterećenjem ili visokim temperaturama—and intervenirati odmah ako se otkriju anomalije.
– Tijekom ispitivanja tijekom isključivanja, strogo se držati ciklusa održavanja. Testirati performanse opruga i kontaktne krugove, zamjenjujući neusklađene dijelove. Ponovno provjeriti pritisak kontakta nakon održavanja.
– Održavati inventuru rezervnih dijelova i alata za lasersko čišćenje kako bi se omogućila brza online eliminacija defekata.

6.Zaključak
Ukratko, udaljeni online laserski sustav eliminacije defekata učinkovito uklanja ružicu i kontamine s kontakata isključivača, sprječavajući pregrejavanje i spaljivanje, smanjujući opotrebu materijala i poboljšavajući stabilnost sustava snabdijevanja električnom energijom. Visokonaponski isključivači imaju ogroman potencijal u modernoj infrastrukturi snabdijevanja električnom energijom—smanjujući upotrebu materijala dok se osigurava pouzdan i stabilan rad mreže.