Analiza przyczyn i środków zapobiegawczych wypadków spowodowanych przepaleniem wyłączników próżniowych

1. Analiza mechanizmów awarii wypłaszczaczy próżniowych

1.1 Proces łuku podczas otwierania

Na przykładzie otwierania wypłaszczacza, gdy prąd uruchamia mechanizm działania, ruchomy kontakt zaczyna się odrywać od stałego kontaktu. W miarę zwiększania się odległości między ruchomym i stałym kontaktem, proces przebiega przez trzy etapy: rozdzielenie kontaktów, łuk, i połukowe odzyskiwanie dielektryczne. Gdy rozdzielenie wejdzie w fazę łuku, stan łuku elektrycznego odgrywa decydującą rolę w kondycji wypłaszczacza próżniowego.

Zwiększenie prądu łuku powoduje, że próżniowy łuk ewoluuje od obszaru plam katodowych i kolumny łuku w kierunku anodowego obszaru. Z ciągłym zmniejszaniem się powierzchni kontaktu, wysoka gęstość prądu generuje wysokie temperatury, powodując parowanie materiału katodowego. Pod wpływem pola elektrycznego tworzy się początkowa plazma w przestrzeni międzykontaktowej. Na powierzchni katody pojawiają się plamy katodowe, emitujące elektrony i tworzące prąd emisji polowej, ciągle erozja metalu i utrzymywanie pary metalowej i plazmy. W tym etapie, przy stosunkowo niskim prądzie łuku, aktywna jest tylko katoda.

Gdy prąd łuku wzrasta, plazma wprowadza energię do anody, powodując przejście trybu łuku anodowego od rozproszonego do skupionego. Ten przelew jest wpływany przez czynniki takie jak materiał elektrod i wielkość prądu.

1.2 Analiza awarii erozji kontaktów

Erozja kontaktów jest bezpośrednio związana z prądem przerywanym. Przy nominalnym prądzie sieciowym stopień topnienia kontaktów jest niemal zaniedbywalny. Erozja kontaktów występuje w warunkach wysokiego prądu i wysokich temperatur. Gdy wypłaszczacz przerywa prądy zwarciowe przekraczające jego nominalny prąd, stopień erozji materiału gwałtownie wzrasta, tworząc warunki do utraty materiału.

Chropowatość powierzchni kontaktów nasila koncentrację prądu na wypustkach powierzchniowych, prowadząc do bardziej intensywnego lokalnego nagrzewania. Ponadto, czas trwania prądu łuku jest kluczowy. Nawet jeśli prąd jest prądem zwarciowym, jeśli jego czas trwania jest zbyt krótki, ilość erozji materiału pozostaje mała.

Podstawową przyczyną awarii kontaktów jest utrata masy podczas procesu łuku. Uszkodzenie kontaktów zachodzi w dwóch etapach:

• Erozja Materiału: Erozja materiału anodowego jest napędzana przez plazmę. Gęstość strumienia energii na powierzchni anody jest kluczowym parametrem mierzącym wpływ plazmy na anodę. Badania pokazują, że gęstość strumienia energii anodowej wzrasta wraz ze wzrostem prądu łuku, większą odległością między kontaktami i mniejszym promieniem kontaktu, sprzyjając formowaniu się plam anodowych i erozji materiału.

• Utrata Materiału: Po zgaszeniu łuku, krople stopionego metalu są wyrzucane z powierzchni kontaktu pod wpływem ciśnienia plazmy. Ten proces jest głównie wpływany przez właściwości materiałów, z minimalnym dalszym wpływem łuku.

2. Przyczyny wypadków spowodowanych przepalaniem wypłaszczaczy próżniowych

(1) Erozja elektryczna i zmiana odstępu kontaktowego prowadząca do zwiększenia oporu kontaktowego
Wypłaszczacze próżniowe są zamknięte w obudowie próżniowej, z ruchomymi i stałymi kontaktami w bezpośrednim styku twarzą w twarz. Podczas przerywania, występuje erozja kontaktów, co powoduje zużycie, zmniejszenie grubości kontaktów i zmiany odstępu kontaktowego. W miarę postępującego zużycia, powierzchnia kontaktów się degraduje, zwiększając opór między ruchomym a stałym kontaktem. Zużycie również zmienia odstęp kontaktowy, zmniejszając ciśnienie sprężynowe między kontaktami, co dalej zwiększa opór kontaktowy.

(2) Niesynchroniczne działanie prowadzące do zwiększenia oporu w fazie uszkodzonej
Jeśli wydajność mechaniczna wypłaszczacza próżniowego jest niska, powtarzane operacje mogą prowadzić do niesynchronicznego działania z powodu problemów mechanicznych. To przedłuża czasy otwierania i zamykania, uniemożliwiając efektywne zgaszenie łuku. Łuk może prowadzić do spajania (spajania) kontaktów, znacznie zwiększając opór między ruchomym a stałym kontaktem.

(3) Zmniejszenie szczelności próżniowej prowadzące do oksydacji kontaktów i zwiększenia oporu
Rurka falista w obudowie próżniowej wykonana jest z cienkiego nierdzewnego stali i pełni funkcję elementu szczelnego, utrzymując próżnię, jednocześnie umożliwiając ruch pręta przewodzącego. Życie mechaniczne rurki faliściej jest określone przez siły rozciągające i ściskające podczas pracy wypłaszczacza. Ciepło przekazywane z pręta przewodzącego do rurki faliściej podnosi jej temperaturę, wpływając na odporność na zmęczenie.

Jeśli materiał rurki faliściej lub proces produkcji jest defektowy, lub jeśli wypłaszczacz ulega wibracjom, uderzeniom lub uszkodzeniom podczas transportu, montażu lub konserwacji, mogą powstać przecieki lub mikrotęcze. W czasie to prowadzi do obniżenia poziomu próżni. Zmniejszenie próżni pozwala na oksydację kontaktów, tworząc wysokoodporną tlenek miedzi, co zwiększa opór kontaktowy.

Przy obciążeniu prądem, kontakty ciągle się nagrzewają, dalej podnosząc temperaturę rurki faliściej, co potencjalnie prowadzi do jej uszkodzenia. Ponadto, z obniżoną próżnią, wypłaszczacz traci swoją nominalną zdolność do gaszenia łuku. Przy przerywaniu obciążeń lub prądów zwarciowych, niewystarczająca zdolność do gaszenia łuku prowadzi do trwania łuku, co ostatecznie powoduje przepalenie wypłaszczacza.

3. Zapobiegawcze środki przeciwko wypadkom spowodowanym przepalaniem wypłaszczaczy próżniowych

3.1 Środki techniczne

Przyczyny zmniejszenia szczelności próżniowej są złożone. Unikaj wibracji i uderzeń podczas transportu, montażu i konserwacji. Jednak jakość produkcji i montażu w fabryce są kluczowymi czynnikami wpływającymi na szczelność próżniową.

(1) Poprawa jakości materiału i montażu rurki faliściej
Obudowy próżniowe używają rurek faliściej do ruchu mechanicznego. Po wielokrotnych operacjach otwierania i zamykania, mogą powstawać mikrotęcze, compromitując szczelność próżniową. Dlatego producenci muszą poprawić wytrzymałość materiału rurki faliściej i jakość montażu, aby zapewnić niezawodność szczelności.

(2) Regularne pomiary charakterystyk mechanicznych i oporu kontaktowego
Podczas corocznych przerw konserwacyjnych, regularnie inspekcjonuj zużycie elektryczne kontaktów i zmiany odstępu kontaktowego. Wykonuj testy synchronizacji, nadprzejazdu i innych charakterystyk mechanicznych. Używaj metody spadku napięcia DC do pomiaru oporu pętli. Oceniaj oksydację i zużycie kontaktów na podstawie wartości oporu, i natychmiast rozwiązywaj problemy.

(3) Regularne testy szczelności próżniowej
Dla wypłaszczaczy próżniowych typu wtykowego, operatorzy często nie mogą wizualnie wykryć zewnętrznej dyschargi na obudowie podczas patroli. W praktyce, regularnie stosuje się testy wytrzymałości na napięcie sieciowe, aby ocenić szczelność próżniową. Choć to jest test niszczący, efektywnie identyfikuje defekty próżniowe. Alternatywnie, używanie testerów próżniowych do jakościowej pomiaru próżni jest najlepszym sposobem oceny szczelności próżniowej. Jeśli wykryto degradację próżni, obudowa próżniowa musi być natychmiast wymieniona.

(4) Instalacja urządzeń monitorowania próżni online
Z szerokim zastosowaniem komunikacji bezprzewodowej i systemów SCADA w sieciach energetycznych, monitorowanie próżni online stało się możliwe. Metody obejmują detekcję ciśnienia, sprzężenie pojemnościowe, przetwarzanie elektrooptyczne, detekcję ultradźwiękową i bezdotykowe detekcje mikrofalowe.

• Detekcja ciśnienia: Wmontuj czujniki ciśnienia w obudowie podczas produkcji. Gdy próżnia się degraduje, gęstość gazu i ciśnienie wewnętrzne rosną. Zmiana ciśnienia jest przekazywana do systemu sterowania do monitorowania w czasie rzeczywistym.

• Bezdotykowa detekcja mikrofalowa: Używa pasywnej detekcji do wykrywania sygnałów mikrofalowych, uchwyt unikalnych sygnałów zwrotnych, gdy szczelność próżniowa jest naruszona, umożliwiając monitorowanie online w czasie rzeczywistym.

3.2 Środki zarządcze

W przeszłości operatorzy nie byli w stanie poprawnie rozpoznać usterek wypłaszczacza, prowadząc do przepalenia i eskalacji wypadków. To podkreśla brak znajomości systemów SCADA, sprzętu na miejscu i procedur operacyjnych, oraz brak świadomości reagowania na awarie. Dlatego zarządzanie operacjami w głównych podstacjach musi być wzmocnione.

• Rigorous implementation of inspection systems to detect issues early.

• Enhance training for operators on SCADA systems, switchgear operation and maintenance, and emergency response procedures.

• Conduct regular drills for anti-accident and emergency response plans.

3.3 Poprawa funkcji blokady "pięciu zapobiegawczych" w środkowych szafach rozdzielczych

Techniczne modernizacja funkcji blokady "pięciu zapobiegawczych" w środkowych szafach rozdzielczych, aby całkowicie spełniać wymagania standardowe. Kompletne wysokie-napięciowe szafy rozdzielcze powinny mieć pełne funkcje "pięciu zapobiegawczych" z niezawodną wydajnością.

• Zainstaluj wskaźniki napięcia na stronie wyjściowej szafy rozdzielczej. Te wskaźniki powinny posiadać funkcję samodiagnostyki i być zsynchronizowane z zasłoną grzbietową na stronie linii.

• Dla instalacji z możliwością podawania z tyłu, drzwi sekcji powinny być wyposażone w wymuszone zamki kontrolowane przez wskaźniki napięcia.

Poprzez analizę wypadków spowodowanych przepalaniem wypłaszczaczy próżniowych z powodu obniżenia szczelności próżniowej - prowadzącej do oksydacji kontaktów, zwiększenia oporu kontaktowego, przegrzewania i ostatecznego uszkodzenia - ten artykuł proponuje celowe środki, takie jak poprawa jakości materiału i montażu rurki faliściej, oraz instalacja urządzeń monitorowania próżni online. Te środki pomagają zapobiegać i monitorować degradację próżni w czasie rzeczywistym, unikając ponownego wystąpienia podobnych wypadków.