Дослідження застосування системи віддаленого онлайн усунення дефектів контактів високовольтних відключаючих пристроїв
Високовольтові відключаючі пристрої, також відомі як ізолятори або ножові переключачі, мають простий принцип роботи та зручне управління. Як часто використовуване високовольтове комутаційне обладнання, вони значно впливають на безпеку експлуатації підстанцій, що вимагає строгого надійності у практичному застосуванні. Віддалена онлайн-система видалення дефектів контактів високовольтових відключаючих пристроїв має переваги, такі як зручність управління, низькі витрати на експлуатацію та високу стабільність, що робить її призначеною для видалення дефектів онлайн у енергетичній галузі.
1.Огляд високовольтових відключаючих пристроїв
Високовольтові відключаючі пристрої найчастіше використовуються в електричних системах підстанцій та електростанцій та становлять ключовий компонент високовольтового комутаційного обладнання. Вони повинні використовуватися разом з високовольтовими автоматами.
Віддалена онлайн-система видалення дефектів контактів високовольтових відключаючих пристроїв на основі лазера складається з миючої пушки, холодильника води, оптичного волокна та лазерного джерела. Використовується повністю твердотільний квазі-неперервний (QCW) лазер для забезпечення високої потужності, високої ефективності та неперервного лазерного виводу. Ця система використовує високопродуктивні модулі бічного насвітлення напівпровідниками з відбиваючими чипами для усунення потенційних загроз. Потужність виводу лазера повинна бути ≥1,000 Вт, а ефективність з'єднання оптичного волокна має перевищувати 96%. Додаткові особливості включають нульові витрати на обслуговування, компактні розміри та придатність до інтеграції.
Для передачі енергії вибираються оптичні волокна, які мають самозахисну здатність під час передачі енергії, з довжиною, яка зазвичай коливається від 10 до 15 метрів. Точні охолоджувальні блоки для лазера та оптичного шляху дозволяють точне керування температурою та своєчасну корекцію температури оточуючого середовища.
Основна функція високовольтових відключаючих пристроїв полягає у забезпеченні безпечного електричного розділення під час обслуговування високовольтового обладнання та встановлень. Вони не призначені для переривання навантаження, аварійного струму або короткого замикання, і повинні використовуватися лише для переключення невеликих ємкісних або індуктивних струмів. На практиці вони не мають здатностей гасіння дуги.
Залежно від місця встановлення, високовольтові відключаючі пристрої класифікуються як внутрішньошпальтові або зовнішньошпальтові. За кількістю ізоляційних підтримуючих стовпів вони розподіляються на однопідпорні, двопідпорні або трипідпорні. Рейтинги напруги повинні вибиратися відповідно до конкретних вимог обладнання.
Ці відключаючі пристрої забезпечують видимий ізоляційний прогалину для безпечного розділення високовольтових джерел під час обслуговування, забезпечуючи безпеку персоналу. Хоча вони можуть переключати невеликі струми, вони не мають спеціальних пристроїв для гасіння дуги, тому не можуть переривати навантаження або струм короткого замикання.
2.Віддалена онлайн-система видалення дефектів контактів високовольтових відключаючих пристроїв на основі лазера
Лазери мають високу направленість та яскравість, що дозволяє швидко концентрувати енергію в обмеженому просторі. Основа лазерного очищення полягає у взаємодії між лазерним випромінюванням та забруднюючими речовинами, що викликає хімічні та фізичні ефекти.
Дослідження показують, що поверхневі забруднюючі речовини прикріплюються через капілярні сили, електростатичну притягання, ковалентне зв'язування та ван дер Ваальсові сили — останні три є особливо важкими для подолання. Лазерне очищення руйнує ці зв'язуючі сили без пошкодження підстави.
Існує три основних механізми лазерного очищення:
(1) Фрагментація та спалах: Мікро-частиночки забруднюючих речовин поглинають лазерну енергію, швидко розширюються, подолують силу адгезії поверхні та відшаровуються від поверхні. Ультракороткий лазерний імпульс генерує вибухові ударні хвилі, що прискорюють відділення частинок.
(2) Евапорація: Через різні хімічні склади підстави та забруднюючих речовин, їхня швидкість поглинання лазера відрізняється. З вибором правильного типу лазера та ширини імпульсу, ~95% лазерної енергії відбивається від підстави, захищаючи її. Забруднюючі речовини поглинають ~90% енергії, що викликає моментальне підвищення температури та парування, що виключає їх без пошкодження підстави.
(3) Вібраційне викидання: Короткі імпульси лазера викликають ультразвукові вібрації через швидке теплове розширення. Результатом є ударні хвилі, які розшаровують та викидають частинки.
Віддалена онлайн-система видалення дефектів концентрує високу енергію в точній просторово-часовій вікні. У фокусі іонізація викликає мікро-вибухи, які моментально відшаровують забруднюючі речовини. Високонаправлений лазерний промінь може бути формовано в регулювані, нерівномірні плями. Інтенсивність лазерної енергії точно контролюється, щоб забезпечити моментальне відділення забруднюючих речовин від підстави без пошкодження.
3.Типові дефекти високовольтових відключаючих пристроїв під час експлуатації
Дефекти часто виникають під час експлуатації — наприклад, накопичення пилу через погане контактування, або формування комплексних плівок на поверхні контактів, що збільшує опір контакту. Аналіз показує, що погана конструкція, некондиційні компоненти та неправильне встановлення або регулювання всі сприяють виникненню дефектів.
3.1 Корозія компонентів
Довге експонування до дощу, вітру та вологи призводить до корозії компонентів відключаючих пристроїв. Деякі деталі використовують гальванізований покриття, але електрохімічні реакції під час експлуатації можуть призвести до серйозної ржавчини. Погані технологічні процеси ще більше погіршують якість та продуктивність, прискорюючи корозію. Серйозна ржавчина зменшує швидкість механічної передачі та може призвести до відмови в роботі.
3.2 Неповне відкриття/закриття та перегрівання
Неправильні операції відкриття або закриття часто призводять до дефектів. Якщо контакти не повністю з'єднуються, а контур залишається під напругою, відбувається резистивне нагрівання, що може призвести до вигоріння або аварійних ситуацій — впливаючи на економічну продуктивність та надійність електроенергії.
Серйозне перегрівання в точках контактів (через тривале протікання струму, навіть при пошкодженні) збільшує опір контакту, створюючи підлій круг: більший опір → більша температура → подальше збільшення опору → пошкодження контакту.
3.3 Погане утіснення механізму управління, що призводить до пошкодження контактів
Більшість високовольтових відключаючих пристроїв працюють на вулиці та вразливі до екологічних факторів. Механізм управління служить джерелом енергії; якщо він корозіює, то порушується функціональність.
Для зниження цього ризику під час встановлення механізми роботи розташовуються в герметичних корпусах. Однак погана герметизація дозволяє проникнення дощової води — особливо в підрійний сезон — що призводить до внутрішньої корозії. Це підриває ізоляцію компонентів керування, що призводить до неправильного функціонування. Збільшення опору контакту зростає температуру, а більший струм (наприклад, >75% від номінального струму) підриває перегрівання та витрату контакту.
3.4 Розбиття фарфорового ізолятора
Фарфорові ізолятори є важливими конструктивними елементами. Тріщини можуть призвести до обвалу провідного контуру та виведення відключаючого пристрою з ладу. Причини включають:
– Некваліфіковані процеси виробництва, які не забезпечують якість фарфору;
– Частка механічної сили під час обробки некваліфікованим персоналом.
4.Стратегії для систем віддаленого онлайн-виділення дефектів
Оскільки більшість дефектів виникає через невеликий досвід операторів або недоліки проектування, цілеспрямовані коригувальні заходи є необхідними.
4.1 Вирішення корозії компонентів
Забезпечте строгий контроль якості під час закупівлі та будівництва. Проводьте регулярне технічне обслуговування та перевірки. У регіонах з високою вологістю скорочуйте інтервали між перевірками залежно від умов середовища. Серйозно поширений корозією обладнання повинен бути швидко замінений.
4.2 Вирішення неповного закриття та перегріву
Поганий контакт під час закриття часто виникає через недостатню комісіювання або неправильну структурну налаштування. Залучіть кваліфікованих техніків для на місці технічного обслуговування, щоб забезпечити правильне вирівнювання та прийнятну опір контуру.
Оберіть матеріали контактів залежно від провідності та механічної міцності. Використовуйте болти з антикорозійним покриттям. Тщательно очистіть поверхні контактів перед налаштуванням глибини вставки. Замініть старі пружини зажиму, які втратили напругу, та вилучіть поверхневі забруднюючі речовини, щоб запобігти збільшенню опору та дуговому зблику.
4.3 Поліпшення герметизації механізмів роботи
Поліпшіть герметизацію, встановлюючи прокладки на корпусах механізмів. Обладнайте корпуси датчиками вологи та осушувачами. Активуйте осушування негайно після виявлення підвищеної вологості, щоб запобігти внутрішній корозії та відмові ізоляції.
4.4 Запобігання розбиття фарфорового ізолятора
Примусові строгі перевірки якості під час закупівлі фарфору. Обробляйте ізолятори строго згідно з операційними протоколами, щоб уникнути надмірної сили. Під час регулярних патрульних обходів перевіряйте наявність тріщин або розбиття та негайно замінюйте дефективні одиниці.
5.Випадок впровадження системи віддаленого онлайн-виділення дефектів
Міська гідроелектростанція, яка є ключовою для контролю паводків, виробництва електроенергії, екологічної захисти та регіонального економічного розвитку, виступає як випадок впровадження системи віддаленого онлайн-виділення дефектів для високовольтних відключаючих пристроїв підстанції.
Основні практики включають:
– Вибір відключаючих пристроїв з напругою понад 126 кВ, уникнення однорукавних складних конструкцій або неперевірених пружинних контактних структур; віддача переваги моделям з підтвердженими звітами про тестування підвищення температури.
– Для пристроїв ≥252 кВ провести повну зборку, налаштування розмірів та маркування перед відправкою з заводу.
– Для пристроїв ≥72.5 кВ провести тестування тиску контактних пальців та надати сертифікати відповідності.
– Під час передачі перевірити срібнення на обох рухомих та стаціонарних контактах: товщина >20 мкм, твердість >120 HV.
– Після встановлення виміряти опір провідного контуру та порівняти його з проектними та заводськими значеннями; ввести в експлуатацію лише при відповідності допустимим відхиленням.
– Під час експлуатації використовувати інфрачервону термографію для моніторингу провідних з'єднань, особливо при високих навантаженнях або високих температурах, та негайно реагувати на виявлення аномалій.
– Під час випробувань під час відключення строго дотримуватися циклів технічного обслуговування. Перевіряти продуктивність пружин та контактних контурів, замінювати невідповідні частини. Повторно перевіряти тиск контакту після обслуговування.
– Зберігати запас запасних частин та лазерних засобів очистки, щоб забезпечити швидке віддалене виділення дефектів.
6.Висновок
У загальному, система віддаленого онлайн-виділення дефектів на основі лазеру ефективно видаляє руду та забруднюючі речовини з контактів відключаючих пристроїв, запобігаючи перегріву та спалюванню, зменшуючи витрати обладнання та підвищуючи стабільність електроенергетичної системи. Високовольтні відключаючі пристрої мають великий потенціал у сучасній енергетичній інфраструктурі — зменшуючи використання матеріалів, забезпечуючи надійну та стабільну роботу мережі.
