Raziskava o uporabi sistema za oddaljeno spletno odpravljanje napak pri stikih visokonapetostnih ločilnikov

Visokonapetostni preklopniki, tudi znani kot izolacijski preklopniki ali nožni preklopniki, imajo preprost delovni način in zgodnjo uporabo. Kot pogosto uporabljeno visokonapetostno preklopno opremo, imajo velik vpliv na varnost delovanja pretvorovalnih postaj, kar zahteva stroga zaupanjaščost v praksi. Sistem oddaljenega on-line odpravljanja napak na kontaktih visokonapetostnih preklopnikov ponuja prednosti, kot so enostavnost uporabe, nizke stroške delovanja in visoka stabilnost, kar ga čini primernim za on-line odpravljanje napak v elektroenergetskem sektorju.

1.Pregled visokonapetostnih preklopnikov
Visokonapetostni preklopniki so najpogosteje uporabljeni v električnih sistemih pretvorovalnih postaj in elektrarn, kjer predstavljajo ključni sestavni del visokonapetostne preklopne opreme. Uporabljati jih je treba skupaj s visokonapetostnimi prekinitvami.

Sistem oddaljenega on-line laserskega odpravljanja napak na kontaktih preklopnikov sestavlja čistilni pištolj, hladilnik za vodo, optično vlakno in lasersko vir. Za dostavo visokomocne, visoko učinkovite in zvezne laserske izlazne moči se uporablja popoln solid-state kvazi-zvezni val (QCW) laser. Ta sistem uporablja visoko zmogljive polprevodniške stransko pohanjane moduli s reflektirnimi čipovi za reševanje potencialnih nevarnosti. Laserska izhodna moč mora biti ≥1.000 W, in učinkovitost vezave s vlaknom mora presegati 96 %. Dodatne značilnosti vključujejo ničelne stroške vzdrževanja, kompaktno obliko in primeren za integracijo.

Za prenos energije se izberejo optična vlakna z samozavarovalno sposobnostjo med prenosom energije, ki so dolgi običajno med 10 in 15 metrovi. Natančni hladilni agregati za laser in optično pot omogočajo točno temperaturno regulacijo in pravočasno prilagoditev okoliške temperature.

Glavna funkcija visokonapetostnih preklopnikov je zagotavljanje varne električne ločitve med vzdrževanjem visokonapetostne opreme in instalacij. Niso namenjeni za prekinjanje naložnega toka, krivuljnega toka ali kratkopovezovanega toka, in bi se smeli uporabljati samo za preklop majhnih kapacitativnih ali induktivnih tokov. Zato nimajo sposobnosti za ugasanje luka.

Glede na lokacijo namestitve so visokonapetostni preklopniki razdeljeni na notranje in zunanje vrste. Po številu izolacijskih podpornih stolpov so razdeljeni na enopostajne, dvopostajne ali trojnopostajne. Napetostne stopnje je treba izbirati glede na specifične zahteve opreme.

Ti preklopniki zagotavljajo vidljivo ločevalno vrzel za varno ločevanje višjih napetosti med vzdrževanjem, kar zagotavlja varnost osebja. Čeprav so sposobni preklopit majhne tokove, nimajo posvečenih naprav za ugasanje luka in zato ne morejo prekiniti naložnega ali kratkopovezovanega toka.

2.Sistem oddaljenega on-line laserskega odpravljanja napak na kontaktih preklopnikov
Laserji ponujajo visoko usmerjenost in svetlost, kar omogoča hitro koncentracijo energije v omejenem prostoru. Osnovno princip lasergo čiščenja je interakcija med laserskim sevanjem in kontamincami, ki proizvaja kemijske in fizikalne učinke.

Raziskave kažejo, da se površinske kontamine pripenjajo preko kapilarnih sil, elektrostatične privlačnosti, kovalentnih vezi in van der Waals-ovih sil - zadnje tri so posebej težko premočnjive. Lasergo čiščenje preprečuje te privzočne sile brez poškodovanja podloge.

Obstajajo tri glavne mehanizme lasergo čiščenja:
(1) Razdrobljanje in odpadanje: mikroskopski kontaminacijski delci absorpirajo lasersko energijo, hitro se razširijo, premočnijo površinske privzočne sile in se raztopijo s površine. Ultrakratki laserski impulz ustvari eksplozivne šok valove, ki pospešujejo odpadanje delcev.
(2) Izparjanje: zaradi različnih kemijskih sestavov med podlago in kontaminacijima se njihove stopnje absorpcije lasera razlikujejo. Z ustrezno izbiro tipa lasera in širine impulza ~95 % laserske energije se odboji od podlage, jo tako zaščiti. Kontaminacije absorbirajo ~90 % energije, kar povzroči trenutno porast temperature in izparjanje, kar jih odstrani brez poškodovanja podlage.
(3) Vibracijsko izgon: kratkipulzni laseri povzročajo ultrazvočne vibracije preko hitrega termalnega širjenja. Rezultirajoči šok vali razdrobljajo in izgnane delce.

Sistem oddaljenega on-line odpravljanja napak koncentrirane visoko energijo znotraj natančnega prostornega in časovnega okna. V fokusni točki ionizacija povzroči mikroeksplozije, ki takoj odstranijo kontamine. Visoko usmerjeni laserski žarek lahko oblikuje prilagodljive, neenakomerne velikosti točk. Intenziteta laserske energije je natančno kontrolirana, da zagotovi trenutno ločevanje kontaminacij od podlage brez poškodovanja.

3.Pogosta napaka visokonapetostnih preklopnikov med delovanjem
Napake pogosto nastanejo med delovanjem – na primer, nakopičenje prašnine zaradi slabe stikovanosti ali obrazovanje spojinih filmov na površini stika, kar poveča stikovni upor. Analiza kaže, da slaba oblikovanja, podstandardne komponente in napačna namestitev ali prilagoditev vse prispevajo k nastanku napak.

3.1 Korozija komponent
Dolgotrajno izpostavljenost dežju, vetru in vlage povzroči korozijo komponent preklopnikov. Nekateri deli uporabljajo cinkaste presene, vendar lahko električne kemijske reakcije med delovanjem vodijo do težke rjavi. Slabi proizvodni procesi dodatno kompromitirajo kakovost in zmogljivost, kar pospešuje korozijo. Težka rjava zmanjša mehansko prenosno hitrost in lahko povzroči operativni propad.

3.2 Neustrezen odpiranje/zapiranje in pregreva
Napačno odpiranje ali zapiranje pogosto vodi do napak. Če se stiki ne popolnoma stikajo, medtem ko ostane circuit podnapet, se pojavi uporno segrevanje, kar lahko vodi do izgoritve ali varnostnih incidentov – kar vpliva na gospodarsko delovanje in zanesljivost oskrbe s strmo.

Težko segrevanje stikov (zaradi stalnega pretoka toka celo, ko je poškodovano) poveča stikovni upor, kar ustvarja grozno kroglo: višji upor → višja temperatura → dodatno povečanje upora → poškodovanje stika.

3.3 Slaba tesnitev operacijskega mehanizma, ki vodi do poškodovanja stika
Večina visokonapetostnih preklopnikov deluje na zunanji in je ranljiva za okoljske dejavnike. Operacijski mehanizem služi kot vir moči; če se korodi, ogroža delovanje.

Za zmanjšanje tega se operacijski mehanizmi med nameščanjem shranjujejo v zaprtih okvirjih. Vendar dovoljuje slaba tesnitev vstop deževne vode – še posebej v mokrih sezonah – kar povzroča notranje korozijo. To kompromitira izolacijo kontrolnih komponent, kar vodi do nepravilnega delovanja. Povečana upornost stika poviša temperaturo, večji tok (npr. >75% nominalnega toka) pa poslabša pregrevanje in degradacijo stikov.

3.4 Polom porcelanskih izolatorjev
Porcelanski izolatorji so ključni strukturni elementi. Polomi lahko zaustavijo vodilno vez in onemogočijo delovanje odskočnika. Razlogi vključujejo:
– Podstandardne proizvodne procese, ki ne zagotavljajo kakovosti porcelana;
– Prekomerna mehanska sila med ravnanjem neiskusnega osebja.

4.Strategije za sisteme oddaljenega sprostnega odpravljanja napak
Ker večina napak izvira iz nedovoljkega izkušenj operaterjev ali neustreznega dizajna, so ciljne popravilne mere nujne.

4.1 Reševanje korozije komponent
Zagotovite strogo kakovostno nadzor med nakupom in gradnjo. Izvajajte redno vzdrževanje in pregledovanje. V regijah z visoko vlago skrajšajte intervale pregledov glede na okoliščine. Zelo okvarjene enote morajo biti hitro zamenjane.

4.2 Reševanje nepopolnega zapiranja in pregrevanja
Slabi stik med zapiranjem pogosto izvira iz nedostatnega postavljanja ali neustreznih strukturnih prilagoditev. Zahtevajte storitve kvalificiranih tehnikov za obdelavo na mestu, da zagotovite pravilno poravnava in sprejemljivo upornost zanke.

Izberite material stikov glede na vodljivost in mehansko trdoto. Uporabite protikorozne vintove. Do konca čistite površine stikov pred prilagoditvijo globine vstavljanja. Zamenjajte staro žepne pruge, ki so izgubile napetost, in odstranite površinske kontaminate, da preprečite nagromaditev upornosti in razboj.

4.3 Izboljšanje tesnitev operacijskih mehanizmov
Izboljšajte tesnitev z namestitvijo gumenih prstnjakov na okvirjih mehanizmov. Oprijemajte okvirje z senzorji vlage in sušilniki. Takoj aktivirajte sušenje, ko zazname tekočo vlago, da preprečite notranjo korozijo in odpoved izolacije.

4.4 Preprečevanje poloma porcelanskih izolatorjev
Uveljavite stroge kakovostne pregledovanje med nakupom porcelana. Ravnajte z izolatorji strogo po operativnih protokolih, da izognete prekomerni sili. Med rednimi obhodi preverjajte za puke ali polome in takoj zamenjajte defektne enote.

5.Studija primera: Implementacija sistema za oddaljeno sprostno odpravljanje napak
Gradnja mestske hidroelektrarne – ključna za kontrolo poplav, proizvodnjo električne energije, ekološko zaščito in regionalni gospodarski razvoj – služi kot primer uporabe sistema za oddaljeno sprostno odpravljanje napak pri podstanicah visokonapetostnih odskočnikov.

Ključne prakse vključujejo:
– Izbira odskočnikov z napetostjo nad 126 kV, izogibanje enorokim loknim oblikam ali neizkušenim strukturam s prugami; preferiranje modelov z preverjenimi poročili o testiranju povišanja temperature.
– Za enote ≥252 kV, izvedba celotne montaže, prilagoditev dimenzij in označevanje pred izposiljkovanjem iz tovarne.
– Za enote ≥72.5 kV, izvedba testov tlaka stikov in izdaja potrdil o skladnosti.
– Med prenoso, preverjanje srebrnega prekriva na gibljivih in nepremičnih stikih: debelina >20 μm, tvrdota >120 HV.
– Po namestitvi, merjenje upornosti vodilne zanke in primerjava z projektnimi in tovarnimi vrednostmi; komisija je možna le, če je vrednost znotraj toleranc.
– Med delovanjem, uporaba infrardečega termografskega opreme za spremljanje vodilnih stikov – še posebej pri visokih obremenitvah ali visokih temperaturah – in hitro vmesovanje, če so zaznane anomalije.
– Med prekinutim delovanjem, strogo upoštevanje ciklov vzdrževanja. Testiranje delovanja prug in stikov, zamenjava neustreznih delov. Ponovno preverjanje tlaka stikov po vzdrževanju.
– Ohranjanje zaloge rezervnih delov in laserne čiščilne orodja za omogočanje hitrega sprostnega odpravljanja napak.

6.Zaključek
V zaključku sistem za oddaljeno sprostno odpravljanje napak z uporabo lasera učinkovito odstrani rastlino in kontaminate s stikov odskočnikov, preprečuje pregrevanje in spaljanje, zmanjšuje nosilnost opreme in povečuje stabilnost elektrosistema. Visokonapetostni odskočniki imajo velik potencial v sodobni infrastrukturi oskrbe z električno energijo – zmanjšujejo porabo materijalov in zagotavljajo zanesljivo in stabilno delovanje omrežja.