Исследование применения системы удаленного онлайн устранения дефектов контактов высоковольтных разъединителей

Высоковольтные разъединители, также известные как изоляторы или ножевые выключатели, имеют простой принцип работы и удобны в эксплуатации. Как часто используемое высоковольтное коммутационное оборудование, они значительно влияют на безопасность эксплуатации подстанций, требуя строгой надежности в практическом применении. Система удаленного онлайн-устранения дефектов контактов высоковольтных разъединителей предлагает такие преимущества, как легкость в использовании, низкие эксплуатационные расходы и высокая стабильность, что делает ее идеально подходящей для онлайн-устранения дефектов в энергетической отрасли.

1.Обзор высоковольтных разъединителей
Высоковольтные разъединители чаще всего используются в электрических системах подстанций и электростанций и являются ключевым компонентом высоковольтного коммутационного оборудования. Они должны использоваться в сочетании с высоковольтными выключателями.

Система удаленного онлайн-лазерного устранения дефектов контактов разъединителей состоит из пистолета для очистки, охладителя воды, оптоволокна и лазерного источника. Применяется полностью твердотельный квазинепрерывный (QCW) лазер, обеспечивающий мощный, эффективный и непрерывный выход лазера. Эта система использует высокопроизводительные полупроводниковые боковые насосы с отражающими чипами для устранения потенциальных опасностей. Мощность выхода лазера должна быть ≥1000 Вт, а коэффициент передачи по оптоволокну должен превышать 96%. Дополнительные особенности включают нулевые затраты на обслуживание, компактные размеры и пригодность для интеграции.

Для передачи энергии выбираются оптические волокна, обладающие способностью к самозащите во время передачи энергии, их длина обычно составляет от 10 до 15 метров. Точные системы водяного охлаждения для лазера и оптического пути обеспечивают точное управление температурой и своевременную корректировку окружающей температуры.

Основная функция высоковольтных разъединителей заключается в обеспечении безопасной электрической изоляции во время технического обслуживания высоковольтного оборудования и установок. Они не предназначены для прерывания нагрузочного, аварийного или короткозамкнутого тока и должны использоваться только для переключения малых емкостных или индуктивных токов. Поэтому они не имеют средств гашения дуги.

В зависимости от места установки высоковольтные разъединители классифицируются как внутренние или внешние. По количеству изолирующих опорных столбов они делятся на одностоечные, двухстоечные или трехстоечные. Напряжение должно выбираться в соответствии с конкретными требованиями к оборудованию.

Эти разъединители предоставляют видимый изоляционный зазор для безопасной изоляции высоковольтных источников во время технического обслуживания, обеспечивая безопасность персонала. Хотя они способны переключать малые токи, они не имеют специализированных устройств для гашения дуги и, следовательно, не могут прерывать нагрузочный или короткозамкнутый ток.

2.Удаленная онлайн-система лазерного устранения дефектов контактов разъединителей
Лазеры обладают высокой направленностью и яркостью, позволяя быстро концентрировать энергию в ограниченном пространстве. Лазерная очистка основана на взаимодействии лазерного излучения и загрязнений, вызывая химические и физические эффекты.

Исследования показывают, что поверхностные загрязнения прилипают за счет капиллярных сил, электростатического притяжения, ковалентных связей и сил Ван дер Ваальса — последние три особенно трудно преодолеть. Лазерная очистка нарушает эти связующие силы без повреждения основного материала.

Существуют три основных механизма лазерной очистки:
(1) Раздробление и сползание: микроскопические частицы загрязнений поглощают лазерную энергию, быстро расширяются, преодолевают силы адгезии на поверхности и откалываются. Ультракороткий лазерный импульс создает взрывные ударные волны, которые ускоряют отделение частиц.
(2) Испарение: из-за различия в химическом составе между основным материалом и загрязнениями, их коэффициенты поглощения лазера различаются. При выборе подходящего типа лазера и ширины импульса около 95% лазерной энергии отражается от основного материала, защищая его. Загрязнения поглощают около 90% энергии, вызывая мгновенный нагрев и испарение, что удаляет их без повреждения основного материала.
(3) Вибрационное выбрасывание: короткоимпульсные лазеры вызывают ультразвуковые вибрации через быстрое тепловое расширение. Результирующие ударные волны разрушают и выбрасывают частицы.

Удаленная онлайн-система устранения дефектов концентрирует высокую энергию в точном пространственно-временном окне. В фокусе происходит ионизация, вызывающая микро-взрывы, которые мгновенно удаляют загрязнения. Высоконаправленный лазерный луч можно формировать в регулируемые, неравномерные пятна. Интенсивность лазерной энергии точно контролируется, чтобы обеспечить мгновенное отделение загрязнений от основного материала без повреждений.

3.Частые дефекты высоковольтных разъединителей в процессе эксплуатации
Дефекты часто возникают в процессе эксплуатации, например, накопление пыли из-за плохого контакта или образование сложных пленок на контактных поверхностях, увеличивающих контактное сопротивление. Анализ показывает, что плохой дизайн, некачественные компоненты и неправильная установка или регулировка все это способствует возникновению дефектов.

3.1 Коррозия компонентов
Продолжительное воздействие дождя, ветра и влажности вызывает коррозию компонентов разъединителей. Некоторые детали покрыты цинковыми покрытиями, но электрохимические реакции во время эксплуатации могут привести к серьезной коррозии. Недостаточно качественные производственные процессы еще больше снижают качество и производительность, ускоряя коррозию. Сильная коррозия снижает скорость механической передачи и может привести к отказу в работе.

3.2 Неполное открытие/закрытие и перегрев
Неправильные операции открытия или закрытия часто приводят к дефектам. Если контакты не полностью соединяются, а цепь остается под напряжением, происходит резистивный нагрев, что может привести к перегоранию или аварийным ситуациям, влияющим на экономическую эффективность и надежность питания.

Серьезный перегрев в точках контакта (из-за постоянного протекания тока даже при повреждении) увеличивает контактное сопротивление, создавая порочный круг: большее сопротивление → более высокая температура → дальнейшее увеличение сопротивления → повреждение контактов.

3.3 Плохая герметизация механизма управления, приводящая к повреждению контактов
Большинство высоковольтных разъединителей работают на открытом воздухе и подвержены воздействию окружающей среды. Механизм управления служит источником энергии; если он корродирует, это нарушает его функциональность.

Для снижения этого риска механизмы управления устанавливаются в герметичные корпуса. Однако плохая герметизация позволяет проникать дождевой воде — особенно во влажный сезон, что вызывает внутреннюю коррозию. Это нарушает изоляцию управляющих компонентов, приводя к сбоям. Увеличение контактного сопротивления повышает температуру, а больший ток (например, >75% от номинального) усиливает перегрев и разрушение контактов.

3.4 Разрушение фарфоровых изоляторов
Фарфоровые изоляторы являются важными конструктивными элементами. Разрушение может привести к обрыву проводящего контура и выходу из строя разъединителя. Причины включают:
– Несоответствие производственных процессов стандартам, что не гарантирует качество фарфора;
– Избыточное механическое воздействие при обращении неквалифицированным персоналом.

4. Стратегии для систем удаленного онлайн-устранения дефектов
Поскольку большинство дефектов связано с недостатком опыта операторов или ошибками в проектировании, необходимы целенаправленные меры по их устранению.

4.1 Борьба с коррозией компонентов
Обеспечьте строгий контроль качества при закупке и строительстве. Проводите регулярное обслуживание и проверки. В регионах с высокой влажностью сократите интервалы проверок в зависимости от условий окружающей среды. Сильно корродированные элементы должны быть заменены немедленно.

4.2 Решение проблем неполного закрытия и перегрева
Недостаточный контакт при закрытии часто является результатом неправильной наладки или несоответствующих структурных регулировок. Привлекайте квалифицированных техников для проведения на месте работ, чтобы обеспечить правильную выравнивание и допустимое сопротивление петли.

Выбирайте материалы контактов на основе их электропроводности и механической прочности. Используйте антикоррозийные болты. Тщательно очистите поверхности контактов перед регулировкой глубины ввода. Замените старые зажимные пружины, которые потеряли натяжение, и удалите поверхностные загрязнения, чтобы предотвратить накопление сопротивления и искрообразование.

4.3 Улучшение герметизации механизмов управления
Усиливайте герметизацию, устанавливая прокладки на корпусах механизмов. Оборудуйте корпуса датчиками влажности и осушителями. Активируйте осушение сразу после обнаружения повышенной влажности, чтобы предотвратить внутреннюю коррозию и потерю изоляции.

4.4 Предотвращение разрушения фарфоровых изоляторов
Обеспечьте строгий контроль качества при закупке фарфора. Обращайтесь с изоляторами строго по эксплуатационным протоколам, чтобы избежать избыточного воздействия. Во время регулярных обходов проверяйте наличие трещин или разрушений и немедленно заменяйте дефектные единицы.

5. Кейс-стади: Реализация системы удаленного онлайн-устранения дефектов
Муниципальная гидроэлектростанция, играющая ключевую роль в контроле за наводнениями, генерации электроэнергии, экологической защите и региональном экономическом развитии, служит примером применения системы удаленного онлайн-устранения дефектов для высоковольтных разъединителей подстанций.

Основные практики включают:
– Выбор разъединителей с напряжением выше 126 кВ, избегая одноручных складных конструкций или непроверенных пружинно-контактных структур; предпочитайте модели с подтвержденными отчетами о тестах на нагрев.
– Для устройств ≥252 кВ выполняйте полную сборку, регулировку размеров и маркировку до отправки с завода.
– Для устройств ≥72.5 кВ проводите тесты на давление контактных пальцев и предоставляйте сертификаты соответствия.
– При передаче проверяйте серебряное покрытие на подвижных и неподвижных контактах: толщина >20 μм, твердость >120 HV.
– После установки измеряйте сопротивление проводящего контура и сравнивайте с проектными и заводскими значениями; вводите в эксплуатацию только если значения находятся в допуске.
– Во время эксплуатации используйте инфракрасную термографию для мониторинга проводящих соединений, особенно при высоких нагрузках или высоких температурах, и вмешивайтесь немедленно при обнаружении аномалий.
– Во время плановых ремонтов строго соблюдайте циклы обслуживания. Проверяйте работу пружин и контактных цепей, заменяйте несоответствующие детали. Повторно проверяйте давление контактов после обслуживания.
– Поддерживайте запас запасных частей и лазерных инструментов для очистки, чтобы обеспечить быстрое устранение дефектов онлайн.

6. Заключение
В заключение, система удаленного онлайн-устранения дефектов с использованием лазера эффективно удаляет ржавчину и загрязнения с контактов разъединителей, предотвращая перегрев и выгорание, снижая износ оборудования и повышая устойчивость энергетической системы. Высоковольтные разъединители имеют огромный потенциал в современной энергетической инфраструктуре, минимизируя использование расходных материалов и обеспечивая надежную и стабильную работу сети.