Nghiên cứu về Ứng dụng của Hệ thống Loại bỏ Lỗi Trực tuyến từ Xa cho Cụm Ngắt Điện Áp Cao

Các công tắc cách ly điện áp cao, còn được gọi là công tắc cách ly hoặc công tắc dao, có nguyên lý hoạt động đơn giản và dễ dàng sử dụng. Là thiết bị chuyển mạch điện áp cao được sử dụng phổ biến, chúng có ảnh hưởng đáng kể đến an toàn vận hành của trạm biến áp, đòi hỏi độ tin cậy nghiêm ngặt trong ứng dụng thực tế. Hệ thống loại bỏ khuyết tật từ xa trực tuyến cho tiếp điểm công tắc cách ly điện áp cao mang lại các ưu điểm như dễ dàng sử dụng, chi phí vận hành thấp và độ ổn định cao, phù hợp cho việc loại bỏ khuyết tật trực tuyến trong ngành điện.

1.Tổng quan về Công tắc Cách ly Điện áp Cao
Công tắc cách ly điện áp cao được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống điện trạm biến áp và nhà máy điện và là thành phần chính của thiết bị chuyển mạch điện áp cao. Chúng phải được sử dụng kết hợp với cầu chì điện áp cao.

Hệ thống loại bỏ khuyết tật từ xa trực tuyến bằng laser cho tiếp điểm công tắc cách ly bao gồm súng làm sạch, máy làm lạnh nước, sợi quang và nguồn laser. Laser bán liên tục (QCW) hoàn toàn rắn được sử dụng để cung cấp năng lượng laser công suất cao, hiệu quả và liên tục. Hệ thống này sử dụng các mô-đun bán dẫn bên cạnh có chip phản xạ để giải quyết các mối đe dọa tiềm tàng. Công suất đầu ra laser phải ≥1.000 W, và hiệu suất ghép sợi phải vượt quá 96%. Các tính năng bổ sung bao gồm không cần bảo dưỡng, kích thước nhỏ gọn và phù hợp cho tích hợp.

Sợi quang truyền năng lượng được chọn vì khả năng tự bảo vệ trong quá trình truyền năng lượng, với chiều dài thường từ 10 đến 15 mét. Đơn vị làm mát nước chính xác cho laser và đường quang giúp điều khiển nhiệt độ chính xác và điều chỉnh nhiệt độ môi trường kịp thời.

Chức năng chính của công tắc cách ly điện áp cao là cung cấp sự cách ly điện an toàn trong quá trình bảo trì thiết bị và lắp đặt điện áp cao. Chúng không được thiết kế để ngắt dòng tải, dòng lỗi hoặc dòng ngắn mạch, và chỉ nên được sử dụng để chuyển mạch dòng dung hoặc cảm nhỏ. Do đó, chúng thiếu khả năng dập hồ quang.

Dựa trên vị trí lắp đặt, công tắc cách ly điện áp cao được phân loại là loại trong nhà hoặc ngoài trời. Theo số cột đỡ cách điện, chúng được phân loại là một cột, hai cột hoặc ba cột. Các mức điện áp phải được chọn theo yêu cầu cụ thể của thiết bị.

Những công tắc cách ly này cung cấp khoảng cách cách ly nhìn thấy để cách ly an toàn nguồn điện áp cao trong quá trình bảo trì, đảm bảo an toàn cho nhân viên. Mặc dù có khả năng chuyển mạch dòng nhỏ, nhưng chúng không có thiết bị dập hồ quang chuyên dụng và do đó không thể ngắt dòng tải hoặc dòng ngắn mạch.

2.Hệ thống Loại bỏ Khuyết tật Từ xa Trực tuyến Bằng Laser cho Tiếp điểm Công tắc Cách ly
Laser có tính hướng và độ sáng cao, cho phép tập trung năng lượng nhanh chóng vào một không gian hạn chế. Làm sạch bằng laser cơ bản dựa trên sự tương tác giữa bức xạ laser và chất bẩn, tạo ra các hiệu ứng hóa học và vật lý.

Nghiên cứu cho thấy chất bẩn bề mặt bám dính thông qua lực mao dẫn, hấp dẫn tĩnh điện, liên kết cộng hóa trị và lực van der Waals—ba yếu tố sau đặc biệt khó khắc phục. Làm sạch bằng laser phá vỡ những lực ràng buộc này mà không làm hỏng nền dưới.

Có ba cơ chế làm sạch bằng laser chính:
(1) Phân đoạn và bong tróc: Các hạt chất bẩn vi mô hấp thụ năng lượng laser, mở rộng nhanh chóng, vượt qua lực dính bề mặt và bong ra khỏi bề mặt. Xung laser siêu ngắn tạo ra sóng shock nổ, tăng tốc quá trình bong tróc.
(2) Bay hơi: Do sự khác biệt về thành phần hóa học giữa nền và chất bẩn, tỷ lệ hấp thụ laser của chúng khác nhau. Với lựa chọn thích hợp về loại laser và độ rộng xung, ~95% năng lượng laser phản xạ khỏi nền, bảo vệ nó. Chất bẩn hấp thụ ~90% năng lượng, gây tăng nhiệt tức thì và bay hơi, loại bỏ chúng mà không làm hỏng nền.
(3) Đánh bật do rung: Laser xung ngắn gây ra rung siêu âm thông qua sự mở rộng nhiệt nhanh chóng. Sóng shock kết quả làm phân đoạn và đánh bật các hạt.

Hệ thống loại bỏ khuyết tật từ xa trực tuyến tập trung năng lượng cao trong một cửa sổ không gian và thời gian chính xác. Tại điểm tiêu cự, ion hóa gây ra các vụ nổ vi mô, lập tức loại bỏ chất bẩn. Tia laser có hướng cao có thể được tạo hình thành các kích thước điểm không đồng đều có thể điều chỉnh. Mức độ cường độ năng lượng laser được kiểm soát chính xác để đảm bảo sự tách rời tức thì của chất bẩn khỏi nền mà không gây hư hại.

3.Các Khuyết tật Thường Gặp ở Công tắc Cách ly Điện áp Cao Trong Quá trình Hoạt động
Các khuyết tật thường xuất hiện trong quá trình hoạt động—ví dụ, tích tụ bụi do tiếp xúc kém, hoặc hình thành màng hợp chất trên bề mặt tiếp xúc, làm tăng điện trở tiếp xúc. Phân tích cho thấy rằng thiết kế kém, linh kiện không đạt chuẩn và việc lắp đặt hoặc điều chỉnh không đúng cách đều góp phần gây ra khuyết tật.

3.1 Hư Hỏng Do Ăn Mòn
Việc tiếp xúc kéo dài với mưa, gió và độ ẩm gây ăn mòn các bộ phận của công tắc cách ly. Một số bộ phận sử dụng lớp phủ kẽm, nhưng các phản ứng điện hóa trong quá trình hoạt động có thể dẫn đến gỉ sét nghiêm trọng. Quy trình sản xuất kém làm giảm chất lượng và hiệu suất, đẩy nhanh quá trình ăn mòn. Gỉ sét nghiêm trọng làm giảm tốc độ truyền động cơ học và có thể gây ra sự cố hoạt động.

3.2 Mở/Closed Không Đầy Đủ và Quá Nhiệt
Các hoạt động mở hoặc đóng không đúng cách thường dẫn đến khuyết tật. Nếu tiếp điểm không tiếp xúc đầy đủ trong khi mạch vẫn có điện, sẽ xảy ra hiện tượng nóng chảy do điện trở, có thể dẫn đến cháy hoặc tai nạn an toàn—ảnh hưởng đến hiệu suất kinh tế và độ tin cậy của nguồn điện.

Quá nhiệt nghiêm trọng tại các điểm tiếp xúc (do dòng điện liên tục chảy ngay cả khi bị hỏng) làm tăng điện trở tiếp xúc, tạo ra vòng lặp ác tính: điện trở cao → nhiệt độ cao → tăng thêm điện trở → hư hỏng tiếp điểm.

3.3 Kín Không Đạt Yêu Cầu của Cơ chế Hoạt động Dẫn đến Hư Hỏng Tiếp Điểm
Hầu hết các công tắc cách ly điện áp cao hoạt động ngoài trời và dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Cơ chế hoạt động đóng vai trò là nguồn năng lượng; nếu bị ăn mòn, nó sẽ làm suy giảm chức năng.

Để giảm thiểu điều này, các cơ chế hoạt động được đặt trong các vỏ kín trong quá trình lắp đặt. Tuy nhiên, việc niêm phong kém cho phép nước mưa xâm nhập—đặc biệt là trong mùa mưa—gây ra gỉ sét bên trong. Điều này làm suy yếu cách điện của các thành phần điều khiển, dẫn đến sự cố. Kháng tiếp xúc tăng lên gây nhiệt độ cao hơn, với dòng điện lớn hơn (ví dụ: >75% của dòng định mức) làm tăng quá nhiệt và suy thoái tiếp xúc.

3.4 Gãy Cầu Cách Điện Sứ
Các cầu cách điện sứ là các thành phần cấu trúc quan trọng. Sự gãy vỡ có thể làm sụp đổ mạch dẫn điện và làm mất khả năng ngắt. Nguyên nhân bao gồm:
– Quy trình sản xuất không đạt chuẩn không đảm bảo chất lượng sứ;
– Lực cơ học quá mức trong quá trình xử lý bởi nhân viên thiếu kỹ năng.

4.Strategy for Remote Online Defect Elimination Systems
Vì hầu hết các lỗi đều xuất phát từ kinh nghiệm vận hành ít hoặc thiết kế có khuyết điểm, các biện pháp khắc phục có mục tiêu là cần thiết.

4.1 Giải quyết Corrosion of Components
Đảm bảo kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt trong quá trình mua sắm và xây dựng. Thực hiện bảo trì và kiểm tra định kỳ. Trong các khu vực có độ ẩm cao, rút ngắn khoảng thời gian kiểm tra dựa trên điều kiện môi trường. Các đơn vị bị ăn mòn nặng phải được thay thế ngay lập tức.

4.2 Giải quyết Không đóng hoàn toàn và Quá nhiệt
Tiếp xúc kém trong quá trình đóng thường do việc đưa vào sử dụng không đầy đủ hoặc điều chỉnh cấu trúc không tuân thủ. Sử dụng kỹ thuật viên có trình độ để bảo trì tại chỗ để đảm bảo căn chỉnh chính xác và kháng vòng lặp chấp nhận được.

Chọn vật liệu tiếp xúc dựa trên tính dẫn điện và sức mạnh cơ học. Sử dụng bulông chống ăn mòn. Làm sạch bề mặt tiếp xúc kỹ lưỡng trước khi điều chỉnh độ sâu chèn. Thay thế lò xo kẹp đã cũ và mất độ căng, và loại bỏ các chất ô nhiễm bề mặt để ngăn chặn sự tích tụ kháng và hồ quang.

4.3 Cải thiện Kín của Cơ chế Hoạt động
Nâng cao khả năng kín bằng cách cài đặt gioăng đệm trên vỏ cơ chế. Trang bị cảm biến độ ẩm và máy hút ẩm cho vỏ. Kích hoạt hút ẩm ngay khi phát hiện độ ẩm tăng cao để ngăn ngừa ăn mòn bên trong và hỏng cách điện.

4.4 Ngăn chặn Gãy Cầu Cách Điện Sứ
Thực hiện kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt trong quá trình mua sắm sứ. Xử lý cách điện theo đúng quy trình vận hành để tránh lực quá mức. Trong các cuộc tuần tra định kỳ, kiểm tra các vết nứt hoặc gãy và thay thế các đơn vị bị lỗi ngay lập tức.

5.Case Study: Implementation of Online Defect Elimination System
Một nhà máy thủy điện đô thị—quan trọng cho việc kiểm soát lũ, phát điện, bảo vệ sinh thái và phát triển kinh tế khu vực—là một nghiên cứu điển hình cho việc áp dụng hệ thống loại bỏ lỗi trực tuyến từ xa cho các công tắc cách ly điện áp cao.

Các thực hành chính bao gồm:
– Chọn công tắc cách ly có điện áp định mức trên 126 kV, tránh thiết kế gấp một cánh tay hoặc cấu trúc tiếp xúc lò xo chưa được chứng minh; ưu tiên các mô hình có báo cáo thử nghiệm tăng nhiệt đã được xác minh.
– Đối với các đơn vị ≥252 kV, thực hiện lắp ráp hoàn chỉnh, điều chỉnh kích thước và đánh dấu trước khi gửi từ nhà máy.
– Đối với các đơn vị ≥72.5 kV, thực hiện các bài kiểm tra áp suất ngón tay tiếp xúc và cung cấp chứng chỉ tuân thủ.
– Trong quá trình bàn giao, xác minh lớp phủ bạc trên cả tiếp xúc di chuyển và tĩnh: độ dày >20 μm, độ cứng >120 HV.
– Sau khi lắp đặt, đo kháng vòng dẫn và so sánh với giá trị thiết kế và giá trị nhà máy; chỉ đưa vào sử dụng nếu nằm trong dung sai.
– Trong quá trình vận hành, sử dụng nhiệt ảnh hồng ngoại để theo dõi các khớp dẫn—đặc biệt là trong điều kiện tải cao hoặc nhiệt độ cao—and can thiệp ngay lập tức nếu phát hiện bất thường.
– Trong quá trình kiểm tra ngừng, tuân thủ nghiêm ngặt chu kỳ bảo trì. Kiểm tra hiệu suất lò xo và mạch tiếp xúc, thay thế các bộ phận không tuân thủ. Xác minh lại áp suất tiếp xúc sau bảo trì.
– Duy trì kho dự phòng các bộ phận thay thế và công cụ làm sạch laser để có thể khắc phục lỗi trực tuyến nhanh chóng.

6.Kết luận
Tóm lại, hệ thống loại bỏ lỗi trực tuyến từ xa dựa trên laser hiệu quả loại bỏ rỉ sét và các chất ô nhiễm từ tiếp xúc công tắc cách ly, ngăn ngừa quá nhiệt và cháy, giảm mòn thiết bị và nâng cao ổn định hệ thống điện. Công tắc cách ly điện áp cao có tiềm năng lớn trong cơ sở hạ tầng điện hiện đại—giảm thiểu việc sử dụng vật liệu tiêu hao trong khi đảm bảo vận hành lưới điện đáng tin cậy và ổn định.