Badania nad zastosowaniem zdalnego systemu online eliminacji usterek w kontaktach wysokonapięciowych rozłączników

Wysokie-napięciowe wyłączniki, znane również jako wyłączniki odseparowujące lub wyłączniki nożowe, mają prosty sposób działania i są łatwe w obsłudze. Jako często stosowane urządzenia przełączające wysokiego napięcia, mają znaczący wpływ na bezpieczeństwo operacyjne stacji transformatorowych, co wymaga surowej niezawodności w praktycznych zastosowaniach. Zdalny system online eliminacji usterek w kontaktach wysokie-napięciowych wyłączników oferuje takie zalety jak łatwa obsługa, niskie koszty eksploatacji i duża stabilność, co czyni go idealnym do eliminacji usterek online w przemyśle energetycznym.

1. Przegląd wysokie-napięciowych wyłączników
Wysokie-napięciowe wyłączniki są najczęściej używane w systemach elektrycznych stacji transformatorowych i elektrowni i stanowią kluczowy element sprzętu przełączającego wysokiego napięcia. Muszą być używane w połączeniu z wysokonapięciowymi wyłącznikami obwodowymi.

Zdalny system online eliminacji usterek w kontaktach wyłączników oparty na laserze składa się z pistoletu czyszczącego, chłodnicy wodnej, światłowodu i źródła laserowego. Wykorzystywany jest pełny stały stan quasi-ciągłego (QCW) laser, który zapewnia wysoką moc, wysoką wydajność i ciągłe wyjście laserowe. Ten system wykorzystuje moduły bocznie podświetlane o wysokiej wydajności z chipami odbijającymi, aby rozwiązać potencjalne zagrożenia. Moc wyjściowa lasera musi wynosić ≥1 000 W, a wydajność sprzężenia światłowodowego musi przekraczać 96%. Dodatkowe cechy to zerowe koszty konserwacji, kompaktowy rozmiar i przydatność do integracji.

Do przesyłania energii wybierane są światłowody przesyłające energię, które mają zdolność do samochronienia podczas przesyłania energii, z długościami zwykle z zakresu 10 do 15 metrów. Precyzyjne jednostki chłodzenia wodnego dla lasera i ścieżki optycznej umożliwiają dokładną kontrolę temperatury i odpowiednią dostosowanie temperatury otoczenia.

Podstawową funkcją wysokie-napięciowych wyłączników jest zapewnienie bezpiecznej izolacji elektrycznej podczas konserwacji urządzeń i instalacji wysokiego napięcia. Nie są one zaprojektowane do przerwania prądu obciążenia, prądu uszkodzeniowego lub prądu zwarciowego, a powinny być używane tylko do przełączania małych prądów pojemnościowych lub indukcyjnych. W związku z tym nie mają możliwości gaszenia łuku.

W zależności od miejsca montażu, wysokie-napięciowe wyłączniki klasyfikowane są jako typy do montażu wewnątrz lub na zewnątrz. W zależności od liczby kolumn podtrzymujących izolatorów, klasyfikowane są jako jednopostowe, dwupostowe lub trzypostowe. Klasy napięcia należy dobierać zgodnie z konkretnymi wymaganiami sprzętu.

Te wyłączniki zapewniają widoczny odstęp izolacyjny, aby bezpiecznie izolować źródła wysokiego napięcia podczas konserwacji, zapewniając bezpieczeństwo personelu. Mimo że mogą przełączać małe prądy, brak specjalnych urządzeń do gaszenia łuku sprawia, że nie mogą przerwać prądu obciążenia lub prądu zwarciowego.

2.Zdalny system online eliminacji usterek w kontaktach wyłączników oparty na laserze
Laser oferuje wysoką kierunkowość i jasność, umożliwiając szybkie skupienie energii w ograniczonej przestrzeni. Podstawą czyszczenia laserowego jest interakcja między promieniowaniem laserowym a zanieczyszczeniami, powodując efekty chemiczne i fizyczne.

Badania pokazują, że zanieczyszczenia powierzchniowe przylegają poprzez siły kapilarnie, elektrostatyczną atrakcję, wiązania kovalentne i siły van der Waalsa—trzy ostatnie są szczególnie trudne do pokonania. Czyszczenie laserowe przerywa te siły wiązania bez uszkodzenia podłoża.

Istnieje trzy główne mechanizmy czyszczenia laserowego:
(1) Rozdrobnienie i spękanie: mikroskopijne cząsteczki zanieczyszczeń absorbują energię laserową, szybko się rozszerzają, pokonują siły przylegania powierzchni i pękają. Ultrakrótki impuls laserowy generuje eksplozywne fale uderzeniowe, które przyspieszają oderwanie cząsteczek.
(2) Parowanie: ze względu na różnice w składzie chemicznym podłoża i zanieczyszczeń, ich współczynniki absorpcji laserowej są różne. Dzięki odpowiedniemu doborowi typu lasera i szerokości impulsu, około 95% energii laserowej odbija się od podłoża, chroniąc je. Zanieczyszczenia absorbują około 90% energii, co powoduje natychmiastowe wzrost temperatury i parowanie, usuwając je bez uszkodzenia podłoża.
(3) Wyrzucenie przez wibracje: krótkopulsowe lasery indukują ultradźwiękowe wibracje poprzez szybkie termiczne rozszerzenie. Powstające fale uderzeniowe fragmentują i wyrzucają cząsteczki.

Zdalny system online eliminacji usterek koncentruje wysoką energię w precyzyjnym oknie przestrzennym i czasowym. W punkcie fokalnym jonizacja powoduje mikroeksplozje, które natychmiast odkładają zanieczyszczenia. Bardzo kierunkowy strumień laserowy może być kształtowany w regulowane, nierównomierne obszary plam. Intensywność energii laserowej jest dokładnie kontrolowana, aby zapewnić natychmiastowe oddzielenie zanieczyszczeń od podłoża bez jego uszkodzenia.

3.Częste usterki wysokie-napięciowych wyłączników podczas eksploatacji
Usterki często pojawiają się podczas eksploatacji—na przykład, nagromadzenie kurzu z powodu słabego kontaktu, lub formowanie się warstw złożonych na powierzchniach kontaktowych, zwiększając opór kontaktu. Analiza pokazuje, że słabe projektowanie, niewłaściwe komponenty oraz niewłaściwy montaż lub regulacja wszystkie przyczyniają się do usterek.

3.1 Korozja komponentów
Długotrwałe narażenie na deszcz, wiatr i wilgoć powoduje korozję komponentów wyłączników. Niektóre części są pokryte cynkiem, ale reakcje elektrochemiczne podczas eksploatacji mogą prowadzić do ciężkiej rdzy. Słabe procesy produkcyjne dalsze kompromitują jakość i wydajność, przyspieszając korozję. Ciężka rdza zmniejsza prędkość przekazywania mechanicznego i może prowadzić do awarii operacyjnych.

3.2 Niedopełnione otwieranie/zamykanie i przegrzewanie
Niewłaściwe operacje otwierania lub zamykania często prowadzą do usterek. Jeśli kontakty nie są całkowicie zagięte, podczas gdy obwód jest pod napięciem, występuje grzanie rezystywne, co może prowadzić do spalenia się lub incydentów bezpieczeństwa—wpływając na wydajność ekonomiczną i niezawodność zasilania.

Ciężkie przegrzewanie w punktach kontaktowych (ze względu na trwały przepływ prądu nawet po uszkodzeniu) zwiększa opór kontaktu, tworząc złowrogą pętlę: wyższy opór → wyższa temperatura → dalszy wzrost oporu → uszkodzenie kontaktu.

3.3 Słaba szczelność mechanizmu pracy prowadząca do uszkodzenia kontaktów
Większość wysokie-napięciowych wyłączników działa na zewnątrz i jest narażona na czynniki środowiskowe. Mechanizm pracy służy jako źródło mocy; jeśli jest zardzewiały, utrudnia funkcjonowanie.

Aby to zminimalizować, mechanizmy operacyjne są umieszczane w szczelnych obudowach podczas montażu. Jednak niewłaściwe uszczelnienie pozwala na przedostawanie się wody deszczowej - szczególnie w okresie wilgotnym - co powoduje rdzewienie wewnątrz. To compromituje izolację elementów sterujących, prowadząc do awarii. Zwiększone opory kontaktowe podnoszą temperaturę, a większa prądom (np. >75% nominalnej wartości) przyspieszają nagrzewanie i degradację kontaktów.

3.4 Pęknięcie izolatora porcelanowego
Izolatory porcelanowe są kluczowymi elementami konstrukcyjnymi. Pęknięcia mogą spowodować zawalenie obwodu przewodzącego i wyłączenie odłącznika. Przyczyny obejmują:
– Niedoskonałe procesy produkcyjne, które nie zapewniają jakości porcelany;
– Nadmierne siły mechaniczne podczas obsługi przez niekompetentny personel.

4.Strategie dla systemów zdalnego usuwania usterek online
Ponieważ większość usterek wynika z braku doświadczenia operatorów lub błędów projektowych, niezbędne są celowe środki korekcyjne.

4.1 Radzenie sobie z korozją elementów
Zapewnij ścisłą kontrolę jakości podczas zakupów i budowy. Przeprowadzaj regularne czynności konserwacyjne i inspekcje. W regionach o wysokiej wilgotności skróć interwały między inspekcjami w zależności od warunków środowiskowych. Elementy silnie zardzewiałe należy natychmiast wymienić.

4.2 Rozwiązywanie problemów z niepełnym zamknięciem i nadmiernym nagrzewaniem
Niedoskonałe kontakty podczas zamykania często wynikają z niewłaściwego uruchomienia lub niestandardowych dostosowań strukturalnych. Zaangażuj wykwalifikowanych techników do konserwacji na miejscu, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie i akceptowalne opory pętli.

Wybierz materiały kontaktowe na podstawie przewodności i wytrzymałości mechanicznej. Używaj śrub antykorozyjnych. Dokładnie oczyść powierzchnie kontaktowe przed dostosowaniem głębokości wprowadzenia. Zamień starzejące się sprężyny zaciskające, które utraciły napięcie, i usuń zanieczyszczenia powierzchni, aby zapobiec gromadzeniu się oporów i łukowania.

4.3 Poprawa uszczelnienia mechanizmów operacyjnych
Popraw uszczelnienie poprzez montaż podkładów na obudowach mechanizmów. Wyposaż obudowy w czujniki wilgotności i osuszacze. Aktywuj osuszanie natychmiast po wykryciu podwyższonej wilgotności, aby zapobiec wewnętrznemu rdzewieniu i awariom izolacji.

4.4 Zapobieganie pękaniu izolatorów porcelanowych
Wymuś rygorystyczne kontrole jakości podczas zakupu porcelany. Obsługuj izolatory ścisłego według protokołów operacyjnych, aby uniknąć nadmiernych sił. Podczas rutynowych patroli sprawdzaj pękania lub pęknięcia i natychmiast zamieniaj defektowe jednostki.

5.Studium przypadku: Wdrożenie systemu zdalnego usuwania usterek online
Miejska elektrownia wodna - kluczowa dla kontroli powodzi, generowania energii, ochrony ekologicznej i rozwoju regionalnej gospodarki - służy jako studium przypadku dla zastosowania systemu zdalnego usuwania usterek online do wysokonapięciowych odłączników stacji transformatorowych.

Kluczowe praktyki obejmują:
– Wybór odłączników o napięciu powyżej 126 kV, unikając pojedynczych konstrukcji składanych lub nieudokumentowanych struktur kontaktowych sprężynowych; preferuj modele z potwierdzonymi raportami testów wzrostu temperatury.
– Dla jednostek ≥252 kV, wykonaj pełne montowanie, dostosowanie wymiarów i oznakowanie przed wysyłką z fabryki.
– Dla jednostek ≥72.5 kV, przeprowadź testy nacisku palców kontaktowych i udostępnij certyfikaty zgodności.
– Podczas przekazania, zweryfikuj pokrycie srebrem zarówno ruchomych, jak i nieruchomych kontaktów: grubość >20 μm, twardość >120 HV.
– Po instalacji zmierz opór pętli przewodzącej i porównaj go z wartościami projektowymi i fabrycznymi; dopiero komisjonuj, jeśli jest w granicach tolerancji.
– W trakcie eksploatacji używaj termografii podczerwonej do monitorowania stawów przewodzących - szczególnie w warunkach dużego obciążenia lub wysokiej temperatury - i interweniuj natychmiast, jeśli zostaną wykryte anomalie.
– Podczas testów w trybie awaryjnym, ściśle przestrzegaj cykli konserwacji. Testuj wydajność sprężyn i obwody kontaktowe, zastępując części niezgodne. Ponownie zweryfikuj nacisk kontaktu po konserwacji.
– Utrzymuj zapasy części zamiennych i narzędzi do czyszczenia laserowego, aby umożliwić szybkie naprawy usterek online.

6.Podsumowanie
Podsumowując, zdalny system usuwania usterek online oparty na laserze efektywnie usuwa rdzę i zanieczyszczenia z kontaktów odłączników, zapobiegając nadmiernemu nagrzewaniu i spalaniu, redukując zużycie sprzętu i zwiększając stabilność systemu energetycznego. Wysokonapięciowe odłączniki mają ogromny potencjał w nowoczesnej infrastrukturze energetycznej - minimalizując zużycie materiałów zużywalnych, jednocześnie zapewniając niezawodną i stabilną pracę sieci.