Анализ на причините и предотвратителни мерки за аварии с изгаряне на вакуумни прекъсвачи

1. Анализ на механизми на дефектност при вакуумни прекъснатели

1.1 Процес на дъга при отваряне

Разглеждайки примера с отваряне на прекъснател, когато ток активира механичния механизъм за изключване, подвижният контакт започва да се отделя от неподвижния контакт. С увеличаването на разстоянието между подвижния и неподвижния контакти, процесът минава през три етапа: разделение на контактите, формиране на дъга и възстановяване на диелектричната способност след дъгата. Когато разделението влезе в етапа на формиране на дъга, състоянието на електрическата дъга играе решаваща роля за здравословното състояние на вакуумния прекъснател.

С увеличаването на тока на дъгата, вакуумната дъга се развива от областта на катодните точки и стълбовете на дъгата към анодната област. С постоянното намаляване на площта на контактите, високата плътност на тока поражда високи температури, които причиняват изпаряване на металния материал на катода. Под влиянието на електрическото поле, се формира първоначална плазма в празнината. Катодните точки се появяват на повърхността на катода, излъчват електрони и формират полево-излъчвателен ток, постоянно износят метален материал и поддържат метален пар и плазма. По този етап, при относително нисък ток на дъгата, само катодът е активен.

С допълнителното увеличаване на тока на дъгата, плазмата вкарва енергия в анода, причинявайки преминаване на режима на дъгата в анода от разпространена дъга към концентрирана дъга. Това преминаване е влияно от фактори като материал на електродите и големина на тока.

1.2 Анализ на дефектността на контактите от ерозия

Ерозията на контактите е пряко свързана с прекъсващия ток. При номинален честотен ток, степента на топене на контактите е почти пренебрежима. Ерозията на контактите се случва при условия на висок ток и висока температура. Когато прекъснателят прекъсва краткосрочни токове, надхвърлящи неговия номинален ток, степента на ерозия на материала рязко нараства, създавайки условия за губи на материал.

Повърхностната шероховатост на контактите интензифицира концентрацията на тока в избучили места, водейки до по-сериозно локализирано загряване. Освен това, продължителността на тока на дъгата е критична. Дори и токът да е краткосрочен, ако продължителността му е твърде кратка, количеството ерозия на материала остава малко.

Основната причина за дефектност на контактите е губата на маса по време на процеса на формиране на дъга. Повредите на контактите се развиват в два етапа:

• Ерозия на материала: Ерозията на материала на анода е подхранвана от плазмата. Плотността на потока на енергията върху повърхността на анода е ключов параметър, който измерва влиянието на плазмата върху анода. Изследванията показват, че плотността на потока на енергията върху анода нараства с по-висок ток на дъгата, по-голямо разстояние между контактите и по-малък радиус на контактите, насърчавайки формирането на анодни точки и ерозия на материала.

• Губа на материал: След угасването на дъгата, топящите се метални капки се изхвърлят от повърхността на контактите под влияние на налягането на плазмата. Този процес е основно влиянето от свойствата на материала, с минимално допълнително влияние от дъгата.

2. Причини за аварии при вакуумни прекъснатели

(1) Електрическа износ и вариация на разстоянието между контактите, водещи до увеличение на контактното съпротивление
Вакуумните прекъснатели са запечатени вътре в вакуумен прекъснател, с подвижни и неподвижни контакти в директен контакт лице-към-лице. По време на прекъсване, се случва ерозия на контактите, което води до износ, намалена толщина на контактите и промяна на разстоянието между контактите. С прогресиращ износ, качеството на повърхността на контактите се влошава, увеличавайки контактното съпротивление между подвижния и неподвижния контакти. Износът също променя разстоянието между контактите, намалявайки пружинното налягане между контактите, което допълнително увеличава контактното съпротивление.

(2) Работа при фазово несъответствие, водеща до увеличение на съпротивлението в дефектната фаза
Ако механичната работоспособност на вакуумния прекъснател е слаба, повторните операции могат да доведат до фазово несъответствие поради механични проблеми. Това удължава времето за отваряне и затваряне, предотвратявайки ефективното угасване на дъгата. Дъгата може да доведе до сваряване (спояване) на контактите, значително увеличавайки контактното съпротивление между подвижния и неподвижния контакти.

(3) Намалена цялост на вакуума, водеща до оксидация на контактите и увеличение на съпротивлението
Гънките във вакуумния прекъснател са направени от тънко неръжещо желязо и служат като уплътнителен елемент, поддържащ цялостта на вакуума, позволявайки движението на проводника. Механичният живот на гънките е определен от силите на разширяване и събиране по време на работа на прекъснателя. Топлината, прехвърлена от проводника към гънките, повишава тяхната температура, влияйки на умората им.

Ако материалът или производственият процес на гънките е дефектен, или ако прекъснателят преживее вибрации, удар или повреда по време на транспортиране, монтаж или поддръжка, могат да се появят утечки или микроскъсвания. Со времене, това води до намаление на нивото на вакуума. Намаленият вакуум позволява оксидация на контактите, формирайки високо съпротивление меден оксид, което увеличава контактното съпротивление.

Под ток на нагрузка, контактите непрекъснато се нагряват, допълнително повишавайки температурата на гънките и потенциално причинявайки отказ на гънките. Освен това, с намален вакуум, прекъснателят губи своята номинална способност за угасване на дъгата. При прекъсване на ток на нагрузка или дефект, недостатъчната способност за угасване на дъгата води до продължителна дъга, което в крайна сметка причинява отказ на прекъснателя.

3. Предпазни мерки срещу аварии при вакуумни прекъснатели

3.1 Технически мерки

Причините за намалена цялост на вакуума са сложни. Избегнете вибрации и удари по време на транспортиране, монтаж и поддръжка. Обаче, качеството на производство и сборка в заводски условия са ключови фактори, влияещи върху цялостта на вакуума.

(1) Подобряване на материала и качеството на сборка на гънките
Вакуумните прекъснатели използват гънки за механично движение. След многократни операции за отваряне и затваряне, могат да се появят микроскъсвания, които компрометират цялостта на вакуума. Затова производителите трябва да подобрят силата на материала на гънките и качеството на сборка, за да осигурят надеждността на уплътнението.

(2) Редовно измерване на механичните характеристики и контактното съпротивление
По време на годишната поддръжка, редовно проверявайте електрическия износ на контактите и вариацията на разстоянието между контактите. Изпълнявайте тестове за синхронизация, прехлъпане и други механични характеристики. Използвайте метода на DC нападащо напрежение за измерване на контурното съпротивление. Оценявайте оксидацията и износа на контактите на основа на стойностите на съпротивлението и бързо реагирайте при наличието на проблеми.

(3) Редовно изпитване на цялостта на вакуума
За вградените вакуумни прекъснатели, операторите често не могат да забележат визуално външно зареждане на прекъснателя по време на обход. В практиката, периодично се използва изпитване на издръжливостта на променливо напрежение, за да се оцени цялостта на вакуума. Въпреки че това е разрушително изпитване, то ефективно идентифицира дефектите на вакуума. Альтернативно, използването на вакуумен тестер за качествено измерване на вакуума е най-добрият метод за оценка на цялостта на вакуума. Ако се установи намаление на вакуума, вакуумният прекъснател трябва да бъде заменен незабавно.

(4) Инсталиране на онлайн системи за мониторинг на вакуума
С широкото използване на безжична комуникация и SCADA системи в електроенергийните мрежи, онлайн мониторинг на вакуума стана възможен. Методите включват измерване на налягане, емпирична купла, електро-оптичен преобразувател, ултразвуково детектиране и безконтактен микровълново детектиране.

• Измерване на налягане: Вграждане на сензори за налягане в прекъснателя по време на производството. С намаление на вакуума, плътността на газа и вътрешното налягане нарастват. Промяната в налягането се предава до контролния систем за реално време мониторинг.

• Безконтактен микровълново детектиране: Използва пасивно детектиране, за да засече микровълнови сигнали, засичайки уникални обратни сигнали при компрометиране на цялостта на вакуума, позволявайки реално време онлайн мониторинг.

3.2 Управленически мерки

В миналите случаи, операторите не успяха правилно да идентифицират дефектите на прекъснателя, довеждайки до отказ и ескалация на аварията. Това сочи недостатъчно познание на SCADA системите, местното оборудване и процедурите за управление, както и липса на осведоменост за действия при спешни ситуации. Затова трябва да се укрепи управлението на главните подстанции.

• Строго прилагайте системи за инспекция, за да откривате проблеми на ранен етап.

• Подобрете обучението на операторите за SCADA системи, управление и поддръжка на комутационното оборудване, и процедури за действия при спешни ситуации.

• Провеждайте регулярни учения за противодействие на аварии и действия при спешни ситуации.

3.3 Подобряване на функциите за "петоу预防措施继续翻译为保加利亚语：

3.3 Подобряване на „петте предпазни“ функции в среднопоставените комутатори