Analyse av årsaker og forebyggende tiltak for utedannelse av vakuumkretsikastere

1. Analyse av misfunksjonsmekanismer for vakuumkretsutslagere

1.1 Bueprosess under åpning

Som et eksempel på kretsutslageråpning, når strømmen utløser mekanismen for å slå av, begynner den bevegelige kontakten å skilles fra den faste kontakten. Når avstanden mellom de bevegelige og faste kontaktene øker, foregår prosessen i tre faser: kontaktavskilte, buevirksomhet, og etterbue-dielektrisk gjenoppretting. Når avskilte går over til buefasen, spiller buens tilstand en avgjørende rolle for vakuumavbryterens helse.

Når buestrømmen øker, utvikler vakuumbuen seg fra katodspotområdet og buekolonnen mot anodeområdet. Med den kontinuerlige reduksjonen av kontaktareal, genererer høy strømtetthet høye temperaturer, som fører til verdamping av katodematerial. Under påvirkning av elektrisk felt dannes det en initiell gapplasma. Katodspots dukker opp på katodoverflaten, sender ut elektroner og danner felt-emisjonsstrøm, som vedvarende eroderer metallmaterial og vedlikeholder metallvapor og plasma. I denne fasen, med relativt lav buestrøm, er bare katoden aktiv.

Når buestrømmen øker ytterligere, injiserer plasman energi til anoden, noe som fører til at anodebue-modus overgår fra en diffus bue til en konstruert bue. Denne overgangen påvirkes av faktorer som elektrodematerial og strømmens størrelse.

1.2 Analyse av kontakt-erosjonsmisfunksjoner

Kontakt-erosjon er direkte knyttet til avbrytningsstrømmen. Ved nominal nettfrekvensstrøm, er graden av kontaktsmelting nesten ubetydelig. Kontakt-erosjon forekommer under høystrøms, høytemperaturregimer. Når kretsutslageren avbryter kortslutningsstrømmer som overstiger dens nominale strøm, øker graden av materialerosjon brått, noe som skaper forhold for materialtap.

Overflatesprekkighet av kontaktene intensiverer strømkonsentrasjonen ved overflateutspring, noe som fører til mer alvorlig lokal opvarming. I tillegg er varigheten av buestrømmen kritisk. Selv om strømmen er en kortslutningsstrøm, hvis dens varighet er for kort, vil mengden materialerosjon forbli liten.

Den grunnleggende årsaken til kontaktmisfunksjon er massetap under bueprosessen. Kontaktskader forekommer i to stadier:

• Materialerosjon: Anodematerialerosjon drives av plasma. Energifluxtettheten på anodeoverflaten er en nøkkelparameter for å måle effekten av plasma på anoden. Forskning viser at anodeenergifluxtetthet øker med høyere buestrøm, større kontaktavstand, og mindre kontaktradius, noe som fremmer dannelse av anodespotter og materialerosjon.

• Materialtap: Etter bueutslukking, blir smeltede metalldropper presset ut fra kontaktflater av plasmapress. Dette prosess er hovedsakelig påvirket av materialens egenskaper, med minimal ytterligere effekt fra bue.

2. Årsaker til brannulykker i vakuumkretsutslagere

(1) Elektrisk slitasje og variasjon i kontaktavstand fører til økt kontaktmotstand
Vakuumkretsutslagere er siglet innenfor en vakuumavbryter, med bevegelige og faste kontakter i direkte ansikt-til-ansikt-kontakt. Under avbryting, forekommer kontakt-erosjon, noe som fører til slitasje, redusert kontakttykkelse, og endring i kontaktavstand. Som slitasje fortsetter, forverres kontaktflater, noe som øker kontaktmotstanden mellom de bevegelige og faste kontaktene. Slitasje endrer også kontaktavstanden, noe som reduserer fjærtrykket mellom kontaktene, og øker dermed kontaktmotstanden ytterligere.

(2) Ufasering fører til økt motstand i feil fase
Hvis mekanisk ytelse av vakuumkretsutslageren er dårlig, kan repeterede operasjoner føre til ufasering på grunn av mekaniske problemer. Dette forlenget åpningstid og lukketid, og hindrer effektiv bueutslukking. Buening kan føre til liming (fusing) av kontakter, noe som betydelig øker kontaktmotstanden mellom de bevegelige og faste kontaktene.

(3) Redusert vakuumintegritet fører til kontaktoksidasjon og økt motstand
Bølgemateriale i en vakuumavbryter består av tynn rustfritt stål og fungerer som et sikringsdeler, som beholder vakuumintegriteten samtidig som den tillater bevegelsen av ledende stang. Bølgens mekaniske levetid er bestemt av utvidelses- og inndrivningskrefter under kretsutslagerens drift. Varmen overført fra ledende stang til bølge øker bølgens temperatur, noe som påvirker trøthetsstyrken.

Hvis bølgematerial eller produksjonsprosessen er defekt, eller hvis kretsutslageren opplever vibrasjon, påvirkning, eller skade under transport, installasjon, eller vedlikehold, kan lekkasje eller mikrosprekker oppstå. Over tid fører dette til en nedgang i vakuumnivå. Redusert vakuum tillater kontaktoksidasjon, som former høy-motstands kobberoksid, noe som øker kontaktmotstanden.

Under belastningsstrøm, overheter kontaktene kontinuerlig, noe som øker bølgens temperatur ytterligere, og potensielt fører til bølgemisfunksjon. I tillegg, med redusert vakuum, mister kretsutslageren sin nominale buedempningskapasitet. Når man avbryter belastnings- eller feilstrøm, fører utilstrekkelig buedempningskapasitet til vedvarende buening, og til slutt til kretsutslagerens brannulykke.

3. Forebyggende tiltak mot brannulykker i vakuumkretsutslagere

3.1 Tekniske tiltak

Årsakene til redusert vakuumintegritet er komplekse. Unngå vibrasjon og påvirkning under transport, installasjon, og vedlikehold. Imidlertid er produksjons- og monteringskvaliteten i fabrikken kritiske faktorer som påvirker vakuumintegriteten.

(1) Forbedre bølgematerial og monteringskvalitet
Vakuumavbrytere bruker bølger for mekanisk bevegelse. Etter repeterede åpning og lukking operasjoner, kan mikrosprekker danne seg, noe som svekker vakuumintegriteten. Derfor må produsenter forbedre bølgematerialstyrke og monteringskvalitet for å sikre sikringstilfredshet.

(2) Regelmessig måling av mekaniske kjennetegn og kontaktmotstand
Under årlig vedlikeholdsavbrudd, inspiser regelmessig elektrisk slitasje og variasjon i kontaktavstand. Utfør tester på synkronisering, overtravel, og andre mekaniske kjennetegn. Bruk DC-spenningsfallmetoden for å måle sirkelresistansen. Evaluér kontaktoksidasjon og slitasje basert på resistansverdier, og håndter problemstillinger raskt.

(3) Regelmessig vakuumintegritetstesting
For plug-in type vakuumkretsutslagere, kan operatører ofte ikke visuelt oppdage eksterne utslag på avbryteren under patruljer. I praksis brukes ofte nettfrekvensbelasted spenningsprøver for periodisk vurdering av vakuumintegritet. Selv om dette er en destruktiv prøve, identifiserer den effektivt vakuumdefekter. Alternativt, bruk av en vakuumtester for kvalitativ vakuummåling er den beste metoden for å vurdere vakuumintegritet. Hvis vakuumnedbryting oppdages, må vakuumavbryteren umiddelbart erstattes.

(4) Installere online vakuumovervåkingsenheter
Med den omfattende bruk av trådløs kommunikasjon og SCADA-systemer i kraftnett, har online vakuumovervåking blitt mulig. Metoder inkluderer trykk-sensing, kapasitiv kobling, elektro-optisk konvertering, ultralyddeteksjon, og non-contact mikrobølgesensing.

• Trykk-sensing: Bygg inn trykksensorer i avbryteren under produksjon. Når vakuum nedsinker, øker gassdensiteten og intern trykk. Trykkendringen sendes til kontrollsystemet for sanntidsovervåking.

• Non-contact mikrobølgesensing: Bruker passiv sensing for å oppdage mikrobølgesignaler, som fanger unike tilbakemeldingssignaler når vakuumintegritet er svekket, noe som tillater sanntidsonlineovervåking.

3.2 Ledelsestiltak

I tidligere hendelser, klarte operatører ikke å korrekt identifisere kretsutslagerfeil, noe som førte til brannulykker og ulykkeseskalerering. Dette hevdes utilstrekkelig kjennskap til SCADA-systemer, lokale enheter, og driftsprosedyrer, samt manglende beredskapsbevissthet. Derfor må driftsledelsen i hovedtransformatorer styrkes.

• Implementer inspeksjonssystemer strengt for å oppdage problemer tidlig.

• Forbedre trening for operatører i SCADA-systemer, switchgear-drift og -vedlikehold, og beredskapsprosedyrer.

• Gjennomfør regelmessige øvelser for anti-ulykkes- og beredskapsplaner.

3.3 Forbedre "Fem forebyggende" låsefunksjoner i midtmountede switchgear

Teknisk oppgradering av "Fem forebyggende" låsefunksjoner i midtmountede switchgear for å fullt ut møte standardkrav. Komplette høyspennings-switchgear skal ha full "Fem forebyggende" funksjoner med pålitelig ytelse.

• Installer live-line indikatorer på utgående side av switchgear. Disse indikatorene skal ha selvsjekk-funksjonalitet og være låst sammen med linjeside jordkontakt.

• For installasjoner med bakmatningskapasitet, skal kompartementdøren være utstyrt med en obligatorisk lås kontrollert av en live-line indikator.

Gjennom analyse av brannulykker i vakuumkretsutslagere forårsaket av redusert vakuumintegritet—som fører til kontaktoksidasjon, økt kontaktmotstand, overoppvarming, og til slutt misfunksjon—forslagene målrettede tiltak som forbedring av bølgematerial og monteringskvalitet, og installasjon av online vakuumovervåkingsenheter. Disse tiltakene hjelper til å forebygge og overvåke vakuumnedbryting i sanntid, unngå repetisjon av lignende ulykker.