Применение технологии диагностики неисправностей для 15-киловольтных наружных вакуумных автоматических выключателей с повторным включением
Согласно статистике, подавляющее большинство повреждений на воздушных линиях электропередачи являются кратковременными, а постоянные повреждения составляют менее 10%. В настоящее время в средневольтных (СВ) распределительных сетях широко используются 15-киловольтные внешние вакуумные автоматические выключатели-автоматы в сочетании с секционизаторами. Такая конфигурация позволяет быстро восстановить питание после кратковременных повреждений и изолировать поврежденные участки линии в случае постоянных повреждений. Поэтому важно контролировать состояние автоматических контроллеров выключателей-автоматов для повышения их надежности.
1. Обзор технических исследований (внутри страны и за рубежом)
1.1 Классификация автоматических выключателей-автоматов
Автоматические выключатели-автоматы делятся на две основные категории: токовые и напряженческие. Токовые выключатели-автоматы обнаруживают токи короткого замыкания, отключаются соответственно и автоматически повторно включаются, обычно выполняя одну-три попытки повторного включения. Они функционируют как защитные устройства и как выключатели-автоматы. Изоляция повреждения происходит путем последовательного исключения участков, начиная с самого дальнего нижнего участка, пока не будет определен поврежденный участок. Однако этот метод подвергает сеть многократным токам короткого замыкания, что создает значительное напряжение. Кроме того, чем больше участков линии, тем больше требуется повторных включений и тем дольше общее время восстановления. Следовательно, такие системы обычно ограничиваются не более чем тремя участками и лучше всего подходят для ответвлений или радиальных линий питания.
Напряженческие выключатели-автоматы, с другой стороны, отключаются при потере напряжения и повторно включаются после задержки, когда напряжение восстанавливается. В этой схеме выключатель-автомат подстанции должен выполнить два повторных включения, чтобы завершить изоляцию повреждения и восстановление питания: первое повторное включение определяет поврежденный участок на основе количества закрытых секционирующих выключателей, после чего выключатели, смежные с повреждением, блокируются для его изоляции; второе повторное включение восстанавливает питание неповрежденных участков. Поскольку мгновенная защита от перегрузки по току зависит от выключателя-автомата подстанции, этот подход менее подходит для длинных линий питания. Однако с увеличением мощности системы это ограничение постепенно уменьшается. Напряженческие выключатели-автоматы, таким образом, подходят для коротких радиальных или кольцевых сетей и позволяют реализовать базовую автоматизацию.
1.2 Проблемы традиционных методов испытаний
Из-за допусков изготовления и механического износа при длительной эксплуатации автоматические выключатели-автоматы могут давать сбои или ложные срабатывания. Современные методы испытаний в основном основаны на ручном оборудовании для проверки, что требует значительных инвестиций.
1.3 Текущее состояние исследований и тенденции развития (внутри страны и за рубежом)
Для 15-киловольтных СВ внешних вакуумных автоматических выключателей-автоматов в Китае в основном применяются офлайн-методы периодического обслуживания, включая испытания на сопротивление изоляции, испытания на сопротивление изоляции цепей управления и испытания на переменное напряжение. Эти традиционные методы имеют несколько недостатков: оборудование для испытаний громоздкое и трудно транспортируется; часто требуется работа на высоте, что создает риски безопасности; процесс потребляет значительные трудовые и материальные ресурсы. Комплексные интегрированные диагностические системы остаются редко используемыми в реальной полевой практике.
Значительный прогресс был достигнут в диагностике на уровне контроллеров для 15-киловольтных СВ внешних вакуумных автоматических выключателей-автоматов. Широко используются современные автоматические анализаторы. Эти устройства подключаются через простые, стандартизированные интерфейсы, поддерживающие совместимость "plug-and-play" для выключателей-автоматов различных производителей. Вводя управляемые сигналы тока в контроллер выключателя-автомата, анализатор измеряет ключевые реакции, такие как кривые характеристики времени-тока (TCC) и последовательности управления. Он обеспечивает точное управление формой, временем и амплитудой введенных токов и точно записывает реакцию контроллера — с временным разрешением до микросекунд. Система может полностью автоматизировать полную последовательность испытаний и немедленно отображать текстовые результаты, включая команды отключения, действия повторного включения, сброс, события блокировки и связанные с ними журналы с отметкой времени.
Текущие исследования в области интеллектуальной диагностики повреждений сосредоточены на трех основных направлениях:
Интегрированные технологии интеллектуальной диагностики повреждений;
Сетевые интеллектуальные диагностические системы;
Адаптивные интеллектуальные архитектуры диагностики.
2. Технология диагностики повреждений для 15-киловольтных СВ внешних вакуумных автоматических выключателей-автоматов
Система диагностики повреждений для 15-киловольтных СВ внешних вакуумных автоматических выключателей-автоматов предназначена специально для оценки работы контроллеров выключателей-автоматов, используемых в средневольтных воздушных линиях. После подключения "блока выключателя" к контроллеру выключателя-автомата система использует программное обеспечение для введения различных имитированных токов короткого замыкания в контроллер и вызывает соответствующие операции открытия/закрытия в соответствии с логикой контроллера. Система записывает реакцию контроллера на эти имитированные изменения тока и анализирует, с помощью программного обеспечения, правильно ли контроллер определяет условия повреждения и выполняет соответствующие управляющие действия в соответствии со спецификациями.
Эта диагностическая система поддерживает широкий диапазон тестов сценариев повреждений, обеспечивая полностью автоматическое обнаружение неисправностей контроллера. Она подключается к различным моделям выключателей-автоматов через универсальные или специализированные интерфейсы, и все функции управления и тестирования выполняются с помощью специализированного аналитического программного обеспечения. Основные особенности системы включают:
Высокоточный источник тока: Система использует высокоточный, высокоразрешающий и надежный источник тока, чтобы обеспечить реалистичное моделирование токов короткого замыкания. Управление программным обеспечением позволяет всестороннюю настройку параметров тока, включая форму, амплитуду, время нарастания, продолжительность и время спада, и обеспечивает визуализацию текущих волновых форм и величин в реальном времени для улучшения аналитических возможностей.
Универсальный дизайн интерфейса: Стандартизированный интерфейс обеспечивает истинную работу "plug-and-play" в полевых условиях, облегчая бесшовную передачу сигналов и данных.
Встроенная база данных кривых TCC: Ампер-секундная характеристика (то есть времятоковая характеристика или кривая TCC) определяет зависимость времени срабатывания от величины тока короткого замыкания с обратной выдержкой времени, включая как быстрые, так и медленные кривые TCC. Программное обеспечение для анализа включает в себя несколько стандартных библиотек кривых TCC, таких как Cooper, IEEE (США) и стандарты IEC, что позволяет удобно проводить сравнение и диагностику.
Автоматизированный анализ тестовых данных: Система автоматически интерпретирует данные с автоматического выключателя-разъединителя и немедленно отображает результаты анализа — включая графические представления и отчёты — с детализацией срабатываний, повторных включений, блокировок и других операционных событий.
3. Заключение
Технология диагностики неисправностей для 15 кВ средневольтных наружных вакуумных автоматических выключателей-разъединителей способна эффективно выявлять различные аномалии, включая:
Неисправность мгновенного повторного включения;
Отклонение от стандартных кривых TCC;
Отказ защиты от перегрузки по току;
Аномальное время интервала повторного включения;
Неисправность механизмов блокировки включения.
Данная технология представляет собой важный переход от традиционного планового технического обслуживания к продвинутому обслуживанию по состоянию для выключателей-разъединителей. Обеспечивая комплексный анализ и диагностику блока управления, она значительно повышает технические возможности мониторинга состояния выключателей-разъединителей и играет ключевую роль в предотвращении отключений в распределительной сети и обеспечении надёжности электросети.
