高電圧分離スイッチの接触部に対するリモートオンライン欠陥除去システムの応用に関する研究
高圧隔離スイッチ、または分離器スイッチやナイフスイッチとも呼ばれるものは、単純な動作原理と便利な操作性を特徴としています。一般的に使用される高圧スイッチング装置として、変電所の運転安全性に大きな影響を与え、実際の応用では厳しい信頼性が求められます。高圧隔離スイッチ接触部のリモートオンライン欠陥除去システムは、操作が簡単で、運用コストが低く、安定性が高いなどの利点があり、電力業界でのオンライン欠陥除去に適しています。
1. 高圧隔離スイッチの概要
高圧隔離スイッチは、最も頻繁に変電所の電気システムや発電所で使用され、高圧スイッチギアの主要な構成要素です。高圧遮断器と組み合わせて使用する必要があります。
分離器接触部のリモートオンラインレーザー欠陥除去システムは、クリーニングガン、ウォーターチラー、光ファイバ、およびレーザー光源で構成されています。完全固体準連続波（QCW）レーザーを使用して、高出力、高効率、そして連続的なレーザー出力を実現します。このシステムは、高性能半導体サイドポンプモジュールと反射チップを使用して潜在的な危険に対処します。レーザー出力パワーは≥1,000 Wであり、ファイバ結合効率は96％以上でなければなりません。さらに、メンテナンスコストがゼロ、コンパクトサイズ、統合に適しているという特長もあります。
エネルギートランスミッション用の光ファイバは、エネルギートランスミッション中に自己保護能力を持ち、通常10〜15メートルの長さがあります。レーザーおよび光学パス用の精密水冷ユニットにより、正確な温度制御と適時な環境温度調整が可能になります。
高圧隔離スイッチの主な機能は、高圧設備やインストールのメンテナンス時に安全な電気的絶縁を提供することです。負荷電流、障害電流、またはショートサーキット電流を遮断するための設計ではなく、小さなキャパシティブまたはインダクティブ電流の切り替えのみに使用されます。したがって、消弧機能はありません。
設置場所に基づいて、高圧隔離スイッチは屋内型または屋外型に分類されます。絶縁支持柱の数によっては、単柱型、二柱型、または三柱型に分類されます。電圧等級は特定の設備要件に応じて選択する必要があります。
これらの隔離スイッチは、メンテナンス中に高圧源を安全に絶縁するための可視的な絶縁ギャップを提供し、作業員の安全を確保します。小さな電流の切り替えは可能ですが、専用の消弧装置がないため、負荷電流やショートサーキット電流を遮断することはできません。
2. 分離器接触部のリモートオンラインレーザー欠陥除去システム
レーザーは高い方向性と明るさを持っており、エネルギーを狭い空間に急速に集中させることができます。レーザークリーニングは基本的に、レーザー放射と汚染物質との相互作用によって化学的および物理的効果を生み出します。
研究によると、表面汚染物質は毛細管力、静電気引力、共有結合、ファンデルワールス力によって接着しており、後者の3つは特に克服するのが困難です。レーザークリーニングはこれらの結合力を破壊しながら基材を損傷することなく行います。
主なレーザークリーニング機構は以下の3つです：
(1) 破砕と剥離：微小な汚染粒子がレーザーエネルギーを吸収し、急速に膨張し、表面接着力を克服して表面から割れて飛び出します。超短パルスレーザーは爆発的な衝撃波を生成し、粒子の脱離を加速します。
(2) 蒸発：基材と汚染物質の化学組成が異なるため、レーザー吸収率も異なります。適切なレーザータイプとパルス幅を選択することで、約95%のレーザーエネルギーが基材から反射し、保護されます。汚染物質は約90%のエネルギーを吸収し、瞬間的に温度が上昇し蒸発し、基材を損傷せずに除去されます。
(3) 振動排出：短パルスレーザーは急速な熱膨張により超音波振動を誘導します。その結果生じる衝撃波によって粒子が破砕され排出されます。
リモートオンライン欠陥除去システムは、精密な空間と時間のウィンドウ内で高エネルギーを集中させます。焦点においてイオン化が起こり、微小爆発が汚染物質を瞬時に剥離します。高方向性のレーザービームは調整可能な非均一スポットサイズに形成することができます。レーザーエネルギー強度は精密に制御され、汚染物質が基材から瞬時に分離されながら損傷しないようにします。
3. 高圧隔離スイッチの運転中の一般的な欠陥
運転中にしばしば欠陥が発生します。たとえば、接触不良による塵埃の蓄積や、接触面に複合膜が形成され、接触抵抗が増大するなどがあります。分析によれば、設計不良、部品の品質不足、不適切な設置または調整が欠陥の原因となっています。
3.1 部品の腐食
雨、風、湿度に長時間さらされることで、隔離スイッチの部品が腐食します。一部の部品には亜鉛メッキコーティングを使用していますが、運転中の電気化学反応により深刻な錆びが発生することがあります。製造プロセスの品質が低いと、性能が低下し、腐食が加速します。深刻な錆びは機械伝送速度を低下させ、運転障害を引き起こす可能性があります。
3.2 不完全な開閉と過熱
不適切な開閉操作はしばしば欠陥を引き起こします。回路が通電している状態で接触が完全に接続されない場合、抵抗熱が発生し、焼き切れや安全上の事故につながることがあります。これは経済性能と電力供給の信頼性に影響を与えます。
接触点での深刻な過熱（損傷していても電流が流れ続ける場合）は、接触抵抗を増加させ、悪循環を生み出します：高い抵抗→高温→さらなる抵抗の増加→接触の損傷。
3.3 動作機構の密封不良による接触損傷
ほとんどの高圧隔離スイッチは屋外で動作し、環境要因に脆弱です。動作機構は動力源として機能しますが、腐食すると機能が損なわれます。
これを軽減するために、設置時に動作機構は密閉された筐体に収められます。しかし、密封が不十分な場合、特に雨季には雨水が内部に入り込み、錆びが発生します。これにより制御部品の絶縁性が損なわれ、故障を引き起こします。接触抵抗が増加すると温度が上昇し、より大きな電流（例：定格電流の75%以上）が過熱と接触劣化を悪化させます。
3.4 磁器絶縁子の破損
磁器絶縁子は重要な構造部品です。破損すると導電回路が崩壊し、分離装置が機能しなくなります。原因には以下があります：
– 製造プロセスが標準を満たさず、磁器の品質が保証されていないこと；
– 技術を持たない作業員による取り扱い時の過度な機械的力。
4. リモートオンライン欠陥除去システムの戦略
ほとんどの欠陥はオペレーターの経験不足や設計上の問題から生じるため、対象となる是正措置が必要です。
4.1 部品の腐食への対処
調達および建設中に厳格な品質管理を行うこと。定期的なメンテナンスと点検を行うこと。高湿度地域では、環境条件に基づいて点検間隔を短縮すること。深刻な腐食が見られるユニットは迅速に交換する。
4.2 完全な閉鎖不良と過熱の解決
閉鎖時の接触不良は、適切な調整や構造調整の不適合によることが多いです。適格な技術者による現場でのメンテナンスを行い、適切なアライメントとループ抵抗を確保すること。
導電率と機械強度に基づいて接触材料を選択すること。防錆ボルトを使用すること。挿入深度を調整する前に接触面を徹底的に清掃すること。張力が失われた古いクランプスプリングを交換し、表面の汚染物質を取り除き、抵抗の蓄積とアークを防止すること。
4.3 動作機構の密封性の改善
機構の筐体にガスケットを設置することで密封性を向上させる。筐体に湿度センサーと除湿器を装備し、湿度が上昇した時点で即座に除湿を開始して内部の腐食と絶縁不良を防ぐ。
4.4 磁器絶縁子の破損の防止
磁器の調達時に厳格な品質検査を実施すること。絶縁子を操作プロトコルに従って取り扱い、過度な力を避けること。定期的な巡回検査で亀裂や破損を確認し、欠陥のあるユニットをすぐに交換すること。
5. ケーススタディ：オンライン欠陥除去システムの導入
洪水対策、発電、生態保護、地域経済発展に重要な役割を果たす市立水力発電所を事例として、変電所の高圧分離装置にリモートオンライン欠陥除去システムを適用します。
主要な実践事項は以下の通り：
– 126 kV以上の分離装置を選択し、単腕折りたたみ設計や未確認のスプリング接触構造を避けること；温度上昇試験報告書が確認できるモデルを好む。
– 252 kV以上のユニットについては、工場出荷前に完全な組み立て、寸法調整、マーク付けを行うこと。
– 72.5 kV以上のユニットについては、接触指圧テストを行い、適合証明書を提供すること。
– 引渡し時には、可動および固定接触部の銀メッキを確認すること：厚さ>20 μm、硬度>120 HV。
– 設置後、導電ループ抵抗を測定し、設計値および工場値と比較すること；許容範囲内であればのみ運用開始すること。
– 運用中は赤外線サーモグラフィーを使用して導電接続部を監視し、特に高負荷または高温条件下で異常が見つかった場合は迅速に対応すること。
– 停電時テストでは、メンテナンスサイクルに厳格に従うこと。スプリング性能と接触回路をテストし、非適合部品を交換すること。メンテナンス後に接触圧力を再確認すること。
– スペアパーツとレーザー清掃ツールの在庫を維持し、迅速なオンライン欠陥修復を可能にする。
6. 結論
要約すると、リモートオンラインレーザー欠陥除去システムは分離装置の接触部の錆と汚染物質を効果的に除去し、過熱と焼損を防ぎ、設備の摩耗を減らし、電力システムの安定性を向上させます。高圧分離装置は現代の電力インフラにおいて大きな可能性を持ち、消費材の使用を最小限に抑えつつ、信頼性と安定性の高い電力網の運転を確保します。
