Analys av orsaker och förebyggande åtgärder för bränder i vakuumkretsarbräckare

1. Analys av felmekanism för vakuumkretsutslagare

1.1 Bågprocess vid öppning

Som exempel kan vi ta kretsutslagarens öppning. När strömmen utlöser mekanismen att tripa börjar den rörliga kontakten skilja sig från den fasta kontakten. När avståndet mellan den rörliga och den fasta kontakten ökar går processen igenom tre steg: kontaktavskiljning, bågning och efterbågs dielektrisk återhämtning. När avskiljningen når bågningsstadiet spelar elektriska bågens tillstånd en avgörande roll för vakuumavbrytarens hälsa.

När bågströmmen ökar utvecklas vakuumbågen från katodfläckregionen och bågstammen mot anoden. Med den kontinuerliga minskningen av kontaktarea genererar hög strömtäthet höga temperaturer, vilket orsakar katodenmetallmaterialens avdunstning. Under påverkan av det elektriska fältet bildas en inledande gapplasma. Katodfläckar dyker upp på katodytan, som emitterar elektroner och bildar fältemissionsström, som kontinuerligt urartar metallmaterial och håller uppe metallsång och plasma. På detta stadium, med relativt låg bågström, är endast katoden aktiv.

När bågströmmen ökar ytterligare injicerar plasman energi i anoden, vilket gör att anodbågläge övergår från en diffus båge till en koncentrerad båge. Denna övergång påverkas av faktorer som elektrodmaterial och strömförtroende.

1.2 Analys av kontakturitningsfel

Kontakturitning är direkt relaterad till avbrytningsströmmen. Vid nomspannström är graden av kontaktsmältning nästan försumbar. Kontakturitning inträffar under förhållanden med hög ström och hög temperatur. När kretsutslagaren avbryter kortslutningsströmmar som överstiger dess nomspannström ökar mängden materialuritning drastiskt, vilket skapar förutsättningar för materialförlust.

Ytans roughthet på kontakterna intensifierar strömkoncentration vid ytuhtopp, vilket leder till mer allvarlig lokal uppvärmning. Dessutom är bågströmmens varaktighet kritisk. Även om strömmen är en kortslutningsström, om dess varaktighet är för kort, kommer mängden materialuritning fortfarande att vara liten.

Den grundläggande orsaken till kontaktfel är massförlust under bågprocessen. Kontaktskada uppstår i två steg:

• Materialuritning: Anodematerialuritning drivs av plasman. Energifluxdensiteten på anodytan är en viktig parameter för att mäta plasmans effekt på anoden. Forskning visar att anodeenergifluxdensiteten ökar med högre bågström, större kontaktgap och mindre kontakt radie, vilket främjar anodeflecksbildning och materialuritning.

• Materialförlust: Efter bågutsläckning expelleras smältmetall droppar från kontaktytan på grund av plasmapress. Denna process påverkas huvudsakligen av material egenskaper, med minimal ytterligare effekt från bågen.

2. Orsaker till brännolyckor med vakuumkretsutslagare

(1) Elektrisk uritning och variation i kontaktgap som leder till ökad kontaktresistans
Vakuumkretsutslagare är sälda inuti en vakuumavbrytare, med rörliga och fasta kontakter i direkt ansikte-mot-ansikte kontakt. Under avbrott uppstår kontakturitning, vilket leder till kontakturitning, minskad kontaktdjup och ändringar i kontaktgap. När uritningen fortskrider försämras kontaktytan, vilket ökar kontaktresistansen mellan de rörliga och fasta kontakterna. Uritning ändrar också kontaktgap, vilket minskar fjädrtrycket mellan kontakterna, vilket ytterligare ökar kontaktresistansen.

(2) Fel fasering som leder till ökad resistans i felande fas
Om vakuumkretsutslagarens mekaniska prestanda är dålig kan upprepade operationer leda till fel fasering på grund av mekaniska problem. Detta förlänger öppning och stängningstider, vilket hindrar effektiv bågutsläckning. Bågning kan leda till svetsning (förbund) av kontakter, vilket betydligt ökar kontaktresistansen mellan de rörliga och fasta kontakterna.

(3) Minskad vakuumintegritet som leder till kontakt oxidation och ökad resistans
Bukiga i en vakuumavbrytare är gjorda av tunnt rostfritt stål och fungerar som ett tätningselement, vilket bibehåller vakuumintegritet samtidigt som den ledande stangen kan röra sig. Bukigas mekaniska livslängd bestäms av expansions- och kontraktionskrafter under utslagarens drift. Värme som överförs från den ledande stangen till bukiga höjer deras temperatur, vilket påverkar trötthetskraften.

Om bukigamaterial eller tillverkningsprocessen är defekt, eller om utslagaren utsätts för vibration, stöt eller skada under transport, installation eller underhåll, kan läckage eller mikrokrafter uppstå. Med tiden leder detta till en minskning av vakuumnivån. Minskad vakuum möjliggör kontakt oxidationsbildning, vilket skapar högresistans kopparoxid, vilket ökar kontaktresistansen.

Under belastningsström överhettas kontakterna kontinuerligt, vilket ytterligare höjer bukigatemperaturen och potentiellt orsakar bukigafel. Dessutom, med minskat vakuum, förlorar kretsutslagaren sin nominella bågutsläckningsförmåga. När avbrott av belastnings- eller felströmmar sker, leder otillräcklig bågutsläckningsförmåga till bestående bågning, vilket slutligen leder till utslagarens bränning.

3. Preventiva åtgärder för brännolyckor med vakuumkretsutslagare

3.1 Tekniska åtgärder

Orsakerna till minskad vakuumintegritet är komplexa. Undvik vibration och stöt under transport, installation och underhåll. Men tillverknings- och monteringskvalitet på fabriksstadiet är kritiska faktorer som påverkar vakuumintegritet.

(1) Förbättra bukigamaterial och monteringskvalitet
Vakuumavbrytare använder bukiga för mekanisk rörelse. Efter upprepade öppnings- och stängningsoperationer kan mikrokrafter uppstå, vilket skadar vakuumintegritet. Därför måste tillverkare förbättra bukigamaterialens styrka och monteringskvalitet för att säkerställa täthetssäkerhet.

(2) Regelbunden mätning av mekaniska egenskaper och kontaktresistans
Under årliga underhållsstopp regelbundet inspektera elektrisk kontakturitning och gapvariation. Utför tester på synkronisering, överfart och andra mekaniska egenskaper. Använd DC-spänningsfallsmetoden för att mäta lopprestance. Utvärdera kontakt oxidation och uritning baserat på resistansvärden, och hantera problem snabbt.

(3) Regelbunden vakuumintegritetsprovning
För plug-in typ vakuumkretsutslagare kan operatörer ofta inte visuellt upptäcka extern utsläppning på avbrytaren under patrull. I praktiken används ofta nätspänningsuthållighetsprov för att periodiskt bedöma vakuumintegritet. Även om detta är en destruktiv provning identifierar det effektivt vakuumdefekter. Alternativt, genom att använda en vakuumtester för kvalitativ vakuummätning är den bästa metoden för att bedöma vakuumintegritet. Om vakuumdegradering upptäcks måste vakuumavbrytaren omedelbart bytas ut.

(4) Installera online vakuumövervakningsenheter
Med den allmänna användningen av trådlös kommunikation och SCADA-system i elnät har online vakuumövervakning blivit möjlig. Metoder inkluderar tryckmätning, kapacitiv koppling, elektrooptisk konvertering, ultraljudsdetektion och icke-kontaktmikrovågsdetektion.

• Tryckmätning: Integrera trycksensorer i avbrytaren under tillverkning. När vakuum degraderar ökar gasdensiteten och interna trycket. Tryckändringen sänds till kontrollsystemet för realtidsövervakning.

• Icke-kontaktmikrovågsdetektion: Använder passiv detektion för att registrera mikrovågssignaler, som fångar unika återkopplingssignaler när vakuumintegritet är nedsatt, vilket möjliggör realtids online övervakning.

3.2 Hanteringsåtgärder

I tidigare incidenter misslyckades operatörer med att korrekt identifiera kretsutslagarfel, vilket ledde till bränning och olyckors eskalering. Detta visar på otillräcklig bekantskap med SCADA-system, platsutrustning och driftförfaranden, samt bristande beredskapsmedvetenhet. Därför måste driftshantering på huvudstationer stärkas.

• Implementera inspektionsystem strikt för att upptäcka problem tidigt.

• Förbättra utbildning för operatörer på SCADA-system, växelutrustningsdrift och underhåll, samt nödsituationer.

• Genomföra regelbundna övningar för olycksbekämpning och nödsituationer.

3.3 Förbättra "Fem förebyggande" låsningsfunktioner i mid-mounted växlar

Tillämpa tekniska uppgraderingar av "Fem förebyggande" låsningsfunktioner i mid-mounted växlar för att fullt uppfylla standardkrav. Fullständiga högspänningsväxlar bör ha fulla "Fem förebyggande" funktioner med tillförlitlig prestanda.

• Installera live-linjeindikatorer på utgående sidan av växlar. Dessa indikatorer bör ha självlägesfunktionalitet och vara låst med linjesidens jordningsväxel.

• För installationer med bakåtmatning bör dörrarna i kompartmentet vara utrustade med obligatorisk låsning styrd av en live-linjeindikator.

Genom analys av brännolyckor med vakuumkretsutslagare orsakade av minskad vakuumintegritet—vilket leder till kontakt oxidationsbildning, ökad kontaktresistans, överhettning och slutligen fel—föreslås riktade åtgärder som att förbättra bukigamaterial och monteringskvalitet, och installera online vakuumövervakningsenheter. Dessa åtgärder hjälper till att förhindra och övervaka vakuumdegradering i realtid, vilket undviker återkomsten av liknande olyckor.