Selhání vypínání vakuumového spínače SL400? Podrobná analýza příčin a řešení

V systému vysokotlačného pomocného napájení energetických podniků se používají vysokotlačné vakuumové kontaktní přepínací relé jako řídící elektrotechnické přístroje pro vysokotlačné motory, transformátory, frekvenční měniče a další elektrotechnické zařízení. Umožňují dálkové ovládání a častou operaci, což jim přináší široké uplatnění. Pokud nejsou poruchy vakuumových kontaktních přepínacích relé rychle odstraněny, to bude mít přímý dopad na bezpečné a ekonomické provozování energetických jednotek v energetických podnicích.

Mezi vakuumovými kontaktními přepínacími relé v systému vysokotlačného pomocného napájení jednotek 3 a 4 tepelné elektrárny jsou 60 SL400-typu 400A vakuumových kontaktních přepínacích relé. Od jejich uvedení do provozu v roce 2015 do konce roku 2016 několik vakuumových kontaktních přepínacích relé v systému přepravy uhlí zažilo poruchy, jako je odmítnutí spustit mechanismus odpojení, vyhoření cívky odpojení a aktivace signálu "odpojení řídicího obvodu", což vedlo k tomu, že zařízení nemohlo být vypnuto. Protože jeden konec cívky odpojení je přímo spojen s negativním pólem, může to také způsobit přímé zapojení DC negativního pólu, což vede k selhání ochranného zařízení a představuje vážné skryté nebezpečí pro bezpečný provoz. Zároveň potřeba ručního odpojení na místě, když vakuumové kontaktní přepínací relé odmítne odpojit, přináší významné bezpečnostní rizika pro operační personál.

1. Princip fungování provozního mechanismu

Provozní mechanismus vakuumového kontaktního přepínacího relé typu SL-400 vybraného tepelnou elektrárnou je mechanický držací mechanismus. Když je cívka uzavírání vakuumového kontaktního přepínacího relé napájena, pohyblivý železný jádro uzavírání pohání hlavní hřídelový mechanismus pod vlivem elektromagnetické síly. Valík na pohyblivém železném jaderku uzavírání se dotýká detentu odpojení, uzamčuje prováděcí část a udržuje kontaktní přepínací relé v uzavřeném stavu. Současně je pružina stlačena, aby byla uložena energie pro odpojení, a spojovací část detentu odpojení a ohýbací deska elektromagnetu odpojení jsou zvednuty, aby bylo připraveno k odpojení.

Když cívka odpojení obdrží pulsní zdroj napájení, pohyblivé železné jádro odpojení přitahuje ohýbací desku k pohybu dolů. Ohýbací deska naráží na spojovací část detentu odpojení, uvolňuje polohu smrtelného bodu udržovanou valíkem pohyblivého železného jádra uzavírání a detentem odpojení. Pod vlivem pružiny dojde k rychlému odpojení. Pohyblivé železné jádro uzavírání, poháněné pružinou odpojení, se otáčí s hlavní hřídelí do polohy omezovací desky a zastaví, dokončí tím proces odpojení.

2. Analýza příčin

2.1 Elektrický aspekt

Při kontrole obvodu odpojení bylo zjištěno, že kontaktový odpor sekundárního zapojení, pomocných kontaktů pozicového vakuumového kontaktního přepínacího relé a kontaktů ovládací páky byl normální. DC výstupní napětí bylo přibližně 110V a nebyla zjištěna situace s příliš nízkým napětím na cívce odpojení. Nebyly nalezeny žádné jevy, jako je špatná izolace a zazemlení v řídicím obvodu nebo volná/opařená drátová spojení.

Odpojení řídicího obvodu je alarmový signál vyvolaný odpojením vakuumového kontaktního přepínacího relé řídicího napájení v důsledku dlouhodobého napájení a vyhoření cívky odpojení. Proto lze při odmítnutí odpojení SL kontaktního přepínacího relé téměř vyloučit elektrické příčiny.

2.2 Mechanický aspekt

Nedostatečný materiálový design spojovací části detentu odpojení: Původní materiály detentu odpojení, ohýbací desky elektromagnetu odpojení a spojovací části byly uhlíková ocel, která má vysokou magnetickou průchodočasť. Po několika zapnutích a odpojeních byly ohýbací deska a spojovací část postupně magnetizovány magnetickým polem generovaným cívkou během procesu odpojení, což vedlo k určité vzájemné magnetické síle a zvýšení mechanického odporu odpojení. Pokud dojde k odmítnutí odpojení a častým operacím, cívka odpojení bude vyhořet.

Zbytkový magnetismus v cívce odpojení po napájení: To vedlo ke snížení magnetického toku cívky odpojení, což vedlo k nedostatečnému odpojovacímu momentu a nezpůsobilosti odpojení. Časté operace odpojení vedou k tomu, že cívka odpojení je dlouhodobě napájena, vyzařuje teplo a nakonec vyhoří.

Mechanické zaseknutí mezi detentem odpojení a položovacím valíkem: Otočné části trpí nedostatkem mazacího tuku. Drbouny v pohyblivých částech díry pro položení ohýbací desky a položovací tyče, nebo odchylka díry pro položení v důsledku opotřebení, způsobují zaseknutí. Po několika operacích elektromagnetu odpojení se odpor k odpojení postupně zvyšuje, což vedlo k přetížení a vyhoření cívky odpojení.

Časté spouštění a zastavování zařízení: Pásové dopravníky a drcíky uhlí jsou zařízení, která často spouštějí a zastavují. Když došlo k poruše odmítnutí odpojení, tato zařízení již provedla více než 500 operací. Cívka odpojení je často napájena a vyzařuje teplo, což způsobuje určité zrychlení stárnutí izolace cívky.

3. Způsoby řešení

Výměna materiálů klíčových komponent: Vyměňte materiál spojovací části detentu odpojení z uhlíkové oceli na nenižko magnetočtivou nerezovou ocel a vyměňte pevné šrouby z galvanizované uhlíkové oceli na mosazné šrouby. Tím se zabrání magnetizaci spojovací části, výrazně sníží mechanický odpor odpojení a tím i spotřebu energie pro odpojení.

Demagnetizace klíčových komponent: Před instalací demagnetizujte základní desku a ohýbací desku elektromagnetu odpojení pomocí klepačské metody. Tím se dále sníží přitažlivý odpor mezi těmito komponentami a spojovací částí detentu odpojení, zvýší rezervu odpojovací síly a zajistí spolehlivé uzavírání a odpojení kontaktního přepínacího relé.

Lokalizace původní cívky: Nahraďte původní cívku cívkou s odporem přibližně 20Ω, zvýšte počet závitů cívky, abyste posílili magnetický tok, a udrželi elektromagnetickou sílu provozu cívky nad určitou hodnotu. Zároveň zvýšený odpor obvodu odpojení snižuje proud obvodu, snižuje tepelné vydávání cívky při napájení, zpomaluje stárnutí cívky a efektivně snižuje jev odmítnutí odpojení způsobený snížením napětí cívky odpojení v důsledku zvýšení kontaktového odporu z hoření a oxidace pomocných kontaktů.

Mazání a údržba mechanických částí: Naneste mazací tuk na detent odpojení a položovací valík vakuumového kontaktního přepínacího relé, stejně jako na otočné části detentu odpojení. Vylepte a opravte drbouny a opotřebované části v pohyblivých částech díry pro položení ohýbací desky a proveďte mazání a údržbu otočných částí spojovací části detentu odpojení. Po testu minimálního napětí pro akci odpojení je hodnota akce zhruba kontrolována mezi 45V a 55V, což udržuje mechanismus odpojení v dobrém stavu a výrazně zlepšuje bezpečnost a spolehlivost odpojení.

4. Prevence

• Pravidelná údržba a testování: Proveďte malou údržbu jednou ročně a velkou údržbu jednou každé pět let po normálním provozu a správně proveďte údržbu mechanismu a preventivní testy.

• Přísný výběr a přijetí zařízení: Zajištěte správný výběr vakuumového kontaktního přepínacího relé a přísně kontrolujte kvalitu uvedení do provozu, předání a přijetí.

• Operativní monitorování v reálném čase: Posilte monitorování během provozu, abyste včas identifikovali a řešili problémy.

• Optimalizace postupů údržby: Dále zvládněte skutečné podmínky zařízení a revize a zlepšete postupy údržby na základě metod a zkušeností s řešením poruch.

• Posílení inspekce a správy často provozovaného zařízení: Zintenzivněte inspekci a správu vakuumových kontaktních přepínacích relé v často provozovaném zařízení.

• Soustředěte se na kontrolu mechanických částí: Věnujte pozornost kontrole mechanických částí vakuumového kontaktního přepínacího relé, včetně kontroly, zda je provozní mechanismus dobře natřen, funguje pohotově a není zaseknut. Speciální pozornost věnujte kontrole zaseknutí mezi ohýbací deskou elektromagnetu odpojení a spojovací částí detentu odpojení.

• Využití period vypnutí jednotek k údržbě: Plně využijte period vypnutí a připravenosti jednotek k provedení údržby mechanismu vakuumového kontaktního přepínacího relé a k provedení preventivních testů, jako je test akčního napětí cívky uzavírání a odpojení. To pomáhá zachytit trend degradace a včas provést úpravy a řešení potenciálních problémů.

5. Závěr

Vakuumová kontaktní přepínací relé po zpracování byla uvedena do provozu téměř rok bez jakýchkoli poruch, jako je odmítnutí odpojení nebo vyhoření cívky. Elektrárna znovu zkontrolovala vakuumová kontaktní přepínací relé v systému přepravy uhlí, která nově nasbírala 500 až 1000 operací, a provedla test minimálního akčního napětí odpojení. Výsledky ukázaly, že DC odpor a izolace cívky odpojení jsou v dobrém stavu, hodnota akčního napětí se značně nezvýšila a místní/dálkové testy elektrického odpojení byly přesné a spolehlivé. To výrazně zlepšilo zdravotní stav a spolehlivost zařízení, zatímco snížilo pracovní zátěž údržby a ušetřilo náklady na údržbu.