Ricerca sull'Applicazione di un Sistema Remoto di Eliminazione Online dei Difetti per Contatti di Interruttori Ad Alta Tensione

Gli interruttori di separazione ad alta tensione, anche noti come interruttori isolatori o interruttori a coltello, presentano un principio di funzionamento semplice e un'operazione comoda. Come apparecchiature di commutazione ad alta tensione comunemente utilizzate, hanno un impatto significativo sulla sicurezza operativa delle sottostazioni, richiedendo una severa affidabilità nelle applicazioni pratiche. Il sistema di eliminazione dei difetti online remoto per i contatti degli interruttori di separazione ad alta tensione offre vantaggi come facilità d'uso, costi di esercizio bassi e alta stabilità, rendendolo ideale per l'eliminazione dei difetti online nel settore dell'energia.

1.Panoramica degli interruttori di separazione ad alta tensione
Gli interruttori di separazione ad alta tensione sono utilizzati più frequentemente nei sistemi elettrici di sottostazione e nelle centrali elettriche e costituiscono un componente chiave degli apparati di commutazione ad alta tensione. Devono essere utilizzati in combinazione con interruttori automatici ad alta tensione.

Il sistema di eliminazione dei difetti online remoto basato su laser per i contatti degli interruttori di separazione comprende una pistola di pulizia, un refrigeratore d'acqua, fibre ottiche e una sorgente laser. Viene impiegato un laser quasi continuo (QCW) a stato solido completo per fornire un output laser potente, efficiente e continuo. Questo sistema utilizza moduli semiconduttore di pompa laterale ad alte prestazioni con chip riflettenti per affrontare possibili pericoli. La potenza di uscita del laser deve essere ≥1.000 W, ed l'efficienza di accoppiamento della fibra deve superare il 96%. Altre caratteristiche includono costi di manutenzione zero, dimensioni compatte e idoneità all'integrazione.

Le fibre ottiche trasmettitrici di energia vengono selezionate per la loro capacità di autodifesa durante la trasmissione di energia, con lunghezze che variano tipicamente da 10 a 15 metri. Unità di raffreddamento a precisione per il laser e il percorso ottico consentono un controllo accurato della temperatura e regolazioni tempestive della temperatura ambiente.

La funzione principale degli interruttori di separazione ad alta tensione è fornire un isolamento elettrico sicuro durante la manutenzione di attrezzature e impianti ad alta tensione. Non sono progettati per interrompere correnti di carico, correnti di guasto o correnti di cortocircuito, e dovrebbero essere utilizzati solo per la commutazione di piccole correnti capacitive o induttive. Di conseguenza, non dispongono di capacità di estinzione dell'arco.

In base al luogo di installazione, gli interruttori di separazione ad alta tensione sono classificati come tipi interni o esterni. In base al numero di colonne di supporto isolanti, sono categorizzati come monoposto, biposto o triposto. Le classi di tensione devono essere selezionate in base ai requisiti specifici dell'attrezzatura.

Questi interruttori forniscono un intervallo di isolamento visibile per isolare in modo sicuro le fonti ad alta tensione durante la manutenzione, garantendo la sicurezza del personale. Sebbene siano in grado di commutare piccole correnti, non dispongono di dispositivi dedicati per l'estinzione dell'arco e quindi non possono interrompere correnti di carico o di cortocircuito.

2.Sistema di eliminazione dei difetti online remoto basato su laser per i contatti degli interruttori di separazione
I laser offrono una grande direzionalità e luminosità, consentendo una rapida concentrazione di energia in uno spazio ristretto. La pulizia laser si basa fondamentalmente sull'interazione tra la radiazione laser e i contaminanti, producendo effetti chimici e fisici.

Le ricerche mostrano che i contaminanti superficiali aderiscono attraverso forze capillari, attrazione elettrostatica, legami covalenti e forze di van der Waals—le ultime tre particolarmente difficili da superare. La pulizia laser interrompe queste forze di legame senza danneggiare il substrato sottostante.

Esistono tre meccanismi principali di pulizia laser:
(1) Frammentazione e staccamento: Particelle microscopiche di contaminanti assorbono l'energia del laser, si espandono rapidamente, superano le forze di adesione superficiale e si frantumano dalla superficie. L'impulso laser ultrabreve genera onde d'urto esplosive che accelerano la separazione delle particelle.
(2) Evaporazione: A causa delle diverse composizioni chimiche tra il substrato e i contaminanti, i loro tassi di assorbimento del laser variano. Con una scelta appropriata del tipo di laser e della larghezza d'impulso, circa il 95% dell'energia del laser viene riflesso dal substrato, proteggendolo. I contaminanti assorbono circa il 90% dell'energia, causando un aumento istantaneo della temperatura e vaporizzazione, rimuovendoli senza danneggiare il substrato.
(3) Espulsione vibratoria: I laser a breve impulso inducono vibrazioni ultrasoniche attraverso l'espansione termica rapida. Le onde d'urto risultanti frammentano ed espellono le particelle.

Il sistema di eliminazione dei difetti online remoto concentra alta energia entro una finestra spaziale e temporale precisa. Al punto focale, l'ionizzazione provoca micro-esplosioni che rimuovono istantaneamente i contaminanti. Il fascio laser altamente direzionale può essere plasmato in dimensioni di macchia non uniformi e regolabili. L'intensità dell'energia del laser è controllata con precisione per garantire la separazione istantanea dei contaminanti dal substrato senza danni.

3.Difetti comuni negli interruttori di separazione ad alta tensione durante l'operazione
I difetti spesso si verificano durante l'operazione—ad esempio, l'accumulo di polvere a causa di contatti cattivi, o la formazione di film composti sulle superfici di contatto, aumentando la resistenza di contatto. L'analisi rivela che un design povero, componenti di qualità inferiore e un'installazione o regolazione inadeguata contribuiscono tutti ai difetti.

3.1 Corrosione dei componenti
L'esposizione prolungata alla pioggia, al vento e all'umidità causa la corrosione dei componenti degli interruttori di separazione. Alcune parti utilizzano rivestimenti galvanici, ma le reazioni elettrochimiche durante l'operazione possono portare a una ruggine grave. Processi di fabbricazione poveri compromettono ulteriormente la qualità e le prestazioni, accelerando la corrosione. La ruggine grave riduce la velocità di trasmissione meccanica e può causare malfunzionamenti operativi.

3.2 Apertura/Chiusura incompleta e sovraccarico
Operazioni di apertura o chiusura inadeguate spesso portano a difetti. Se i contatti non si ingaggiano completamente mentre il circuito rimane alimentato, si verifica un riscaldamento resistivo, potenzialmente portando a bruciature o incidenti di sicurezza—impatto sulle prestazioni economiche e sulla affidabilità dell'energia.

Il sovraccarico grave nei punti di contatto (a causa di un flusso di corrente persistente anche quando danneggiati) aumenta la resistenza di contatto, creando un circolo vizioso: maggiore resistenza → maggiore temperatura → ulteriore aumento della resistenza → danno al contatto.

3.3 Sigillaggio povero del meccanismo di funzionamento che porta al danno dei contatti
La maggior parte degli interruttori di separazione ad alta tensione opera all'aperto e sono vulnerabili a fattori ambientali. Il meccanismo di funzionamento serve come fonte di energia; se corroso, ne impedisce il funzionamento.

Per mitigare questo problema, i meccanismi di funzionamento vengono alloggiati in involucri sigillati durante l'installazione. Tuttavia, un sigillaggio inadeguato permette l'ingresso dell'acqua piovana, specialmente durante le stagioni umide, causando ruggine interna. Ciò compromette l'isolamento dei componenti di controllo, portando a malfunzionamenti. L'aumento della resistenza di contatto innalza la temperatura, con correnti superiori (ad esempio, >75% della corrente nominale) che aggravano il sovrariscaldamento e la degradazione del contatto.

3.4 Frattura dell'Isolatore in Porcellana
Gli isolatori in porcellana sono componenti strutturali critici. Le fratture possono far collassare il circuito conduttore e disabilitare il disconnettore. Le cause includono:
– Processi di produzione non conformi che non garantiscono la qualità della porcellana;
– Forza meccanica eccessiva durante la manutenzione da parte di personale non qualificato.

4.Strategie per i Sistemi di Eliminazione Remota Online dei Difetti
Dato che la maggior parte dei difetti deriva dall'inesperienza degli operatori o da progettazioni difettose, sono essenziali misure correttive mirate.

4.1 Affrontare la Corrosione dei Componenti
Assicurare un rigoroso controllo di qualità durante l'acquisto e la costruzione. Eseguire regolari manutenzioni e ispezioni. In regioni ad alta umidità, ridurre gli intervalli di ispezione in base alle condizioni ambientali. Le unità fortemente corrosa devono essere sostituite prontamente.

4.2 Risolvere la Chiusura Incompleta e il Sovrariscaldamento
Un contatto insufficiente durante la chiusura spesso è dovuto a una messa in servizio inadeguata o a regolazioni strutturali non conformi. Coinvolgere tecnici qualificati per la manutenzione sul sito per garantire l'allineamento corretto e una resistenza di anello accettabile.

Scegliere materiali di contatto in base alla conducibilità e alla resistenza meccanica. Utilizzare bulloni anticorrosione. Pulire accuratamente le superfici di contatto prima di regolare la profondità di inserimento. Sostituire le molle di serraggio invecchiate che hanno perso tensione e rimuovere i contaminanti superficiali per prevenire l'accumulo di resistenza e l'arco elettrico.

4.3 Migliorare il Sigillaggio dei Meccanismi di Funzionamento
Migliorare il sigillaggio installando guarnizioni sugli involucri dei meccanismi. Equipaggiare gli involucri con sensori di umidità e deumidificatori. Attivare immediatamente la deumidificazione all'avviso di umidità elevata per prevenire la corrosione interna e il fallimento dell'isolamento.

4.4 Prevenire la Frattura degli Isolatori in Porcellana
Imporre ispezioni di qualità rigorose durante l'acquisto della porcellana. Maneggiare gli isolatori strettamente secondo i protocolli operativi per evitare forze eccessive. Durante le ronde di routine, ispezionare per crepe o fratture e sostituire immediatamente le unità difettose.

5.Studio di Caso: Implementazione del Sistema di Eliminazione Online dei Difetti
Una centrale idroelettrica municipale, cruciale per il controllo delle inondazioni, la generazione di energia, la protezione ecologica e lo sviluppo economico regionale, serve come studio di caso per l'applicazione del sistema di eliminazione remota online dei difetti ai disconnettori ad alta tensione della sottostazione.

Le pratiche chiave includono:
– Selezionare disconnettori con una tensione superiore a 126 kV, evitando design a braccio singolo pieghevole o strutture a contatto a molla non provate; preferire modelli con rapporti di test di aumento di temperatura verificati.
– Per unità ≥252 kV, eseguire l'assemblaggio completo, regolazioni dimensionali e marcatura prima della spedizione dalla fabbrica.
– Per unità ≥72.5 kV, eseguire test di pressione delle dita di contatto e fornire certificati di conformità.
– Durante il passaggio, verificare la placcatura d'argento sui contatti mobili e fissi: spessore >20 μm, durezza >120 HV.
– Dopo l'installazione, misurare la resistenza del circuito conduttivo e confrontarla con i valori di progettazione e fabbrica; commissionare solo se entro tolleranza.
– Durante l'operazione, utilizzare la termografia infrarossa per monitorare le giunzioni conduttive, specialmente sotto carichi o temperature elevate, e intervenire prontamente se si rilevano anomalie.
– Durante i test di interruzione, rispettare rigorosamente i cicli di manutenzione. Testare la performance delle molle e i circuiti di contatto, sostituendo parti non conformi. Riconfermare la pressione di contatto post-mantenimento.
– Mantenere un inventario di pezzi di ricambio e strumenti di pulizia laser per abilitare una rapida correzione online dei difetti.

6.Conclusione
In sintesi, il sistema di eliminazione remota online basato su laser dei difetti rimuove efficacemente ruggine e contaminanti dai contatti dei disconnettori, prevenendo il sovrariscaldamento e il bruciamento, riducendo l'usura dell'equipaggiamento e migliorando la stabilità del sistema di potenza. I disconnettori ad alta tensione hanno un enorme potenziale nell'infrastruttura elettrica moderna, minimizzando l'uso di consumabili e assicurando un'operazione affidabile e stabile della rete.