SL400 Vakuumpåkoblende mangler at udløse? Indgående analyse af årsager og løsninger

I højspændingshjælpestrømsystemet i energiproducerende virksomheder bruges højspændingsvakuumkontakter som styringskomponenter til højspændingsmotorer, transformatorer, frekvenskonvertere og andet elektrisk udstyr. De gør det muligt at styre på afstand og udføre ofte gentagne operationer, hvilket giver dem bred anvendelse. Hvis fejl ved vakuumkontakter ikke bliver håndteret hurtigt, vil det direkte påvirke den sikre og økonomiske drift af kraftgenererende enheder i energiproducerende virksomheder.

Af vakuumkontakterne i højspændingshjælpestrømsystemet for enheder 3 og 4 i en termisk kraftværk er 60 SL400-type 400A vakuumkontakter. Fra deres indkørsel i 2015 til udgangen af 2016 oplevede flere vakuumkontakter i kulhåndteringssystemet fejl som afbrydelsesmekanismens nægtelse af at afbryde, opbrænding af afbrydelsesspiren og aktivering af "kontrolcircuit afbrydes" alarmsignal, hvilket resulterede i, at udstyret ikke kunne lukkes ned. Da den ene ende af afbrydelsesspiren er direkte forbundet til den negative elektrod, kan dette også føre til direkte jordforbindelse af DC-negativ elektrod, hvilket kan føre til, at beskyttelsesenheder ikke fungerer, og skabe alvorlige skjulte farer for sikker drift. Samtidig indebærer behovet for manuel afbrydelse på stedet, når vakuumkontakten nægter at afbryde, betydelige sikkerhedsrisici for driftsmedarbejderne.

1. Funktion af drivmekanismen

Drivmekanismen for den SL-400 type vakuumkontakt, som termisk kraftværk har valgt, er en mekanisk holdemekanisme. Når spiret i vakuumkontakten er strømforsynet, driver den bevægende jernkjerne hovedakslen under virkningen af elektromagnetisk kraft. Rullet på den bevægende jernkjerne kommer i kontakt med afbrydelsesstiftet, låser eksekveringskomponenten for at holde kontakten lukket. Samtidig komprimeres fjederen for at lagre afbrydelsesenergi, og afbrydelsesstiftets koblingsled og afbrydelseselektromagneten bøjningsskive løftes for at forberede afbrydelsen.

Når afbrydelsesspiren modtager pulsstrøm, trækker den bevægende jernkjerne bøjningsskiven nedad. Bøjningsskiven påvirker afbrydelsesstiftets koblingsled, frigiver den døde punktion, som blev vedligeholdt af rullet på den bevægende jernkjerne og afbrydelsesstiftet. Under virkningen af fjederen finder hurtig afbrydelse sted. Den bevægende jernkjerne, drevet af afbrydelsesfjederen, roterer med hovedakslen til stoppladen og stopper, hvilket fuldender afbrydelsesprocessen.

2. Årsagsanalyse

2.1 Elektrisk aspekt

Inspektion af afbrydelsescircuitet viste, at kontaktmodstanden for sekundærplug, hjælpekontakter for positionsvakuumkontakten og handtagets kontakter var normal. DC-udgangsspændingen var omkring 110V, og der var ingen situation med for lav spænding på afbrydelsesspiren. Der blev ikke fundet fænomener som dårlig isoleringsjordforbindelse i kontrolcircuitet eller løse/slidte ledninger.

Afbrydelseskoblingen i kontrolcircuitet er et alarmsignal, der udløses af afbrydelsen af kontrolstrømsvakuumkontakten på grund af langvarig strømforsyning og opbrænding af afbrydelsesspiren. Derfor kan elektriske årsager i høj grad udelukkes, når SL-kontakten oplever afbrydelsesafvisning.

2.2 Mekanisk aspekt

Ufuldstændig materielle design af afbrydelsesstiftets koblingsled: De originale materialer for afbrydelsesstift, afbrydelseselektromagneten bøjningsskive og koblingsled var kulstål, som har høj magnetisk egenskab. Efter flere strømforsynede og afbrydelsesoperationer blev bøjningsskiven og koblingsledet gradvist magnetiseret af det magnetfelt, der genereres af spiret under afbrydelsesprocessen, hvilket førte til en vis gensidig magnetisk kraft og øgede den mekaniske modstand mod afbrydelse. Hvis afbrydelsesfejl opstår og der udføres hyppige operationer, vil afbrydelsesspiren blive opbrændt.

Restmagnetisme i afbrydelsesspiren efter strømforsyning: Dette fører til en reduktion i afbrydelsesspirens flux, hvilket resulterer i utilstrækkelig afbrydelsesmoment og usikkert afbrydelse. Hyppige afbrydelsesoperationer får afbrydelsesspiren til at være strømforsynet i lang tid, producerer varme og ender med at blive opbrændt.

Mekanisk blokering mellem afbrydelsesstiftet og positioneringsrullen: De roterende dele mangler smørematerialer. Kantskår i de bevægelige dele af bøjningsskivepositioneringshullet og positioneringsstangen, eller afvigelse af positioneringshullet på grund af slid, forårsager blokering. Efter flere operationer af afbrydelseselektromagnet øges afbrydelsesriktningsmodstanden gradvist, hvilket fører til overbelastning og opbrænding af afbrydelsesspiren.

Hyppig start og stop af udstyr: Kultransportbånd og kulknuser er udstyr, der starter og stopper hyppigt. Når afbrydelsesafvisningsfejl opstår, har disse enheder allerede opereret mere end 500 gange. Afbrydelsesspiren er ofte strømforsynet og producerer varme, hvilket i visse grader accelererer isoleringens foraldring i spiret.

3. Behandlingsmetoder

Materialersubstitution af nøglekomponenter: Erstat materiale af afbrydelsesstiftets koblingsled fra kulstål til ikkemagnetisk rustfrit stål, og erstatter fastskruer fra galvaniseret kulstål til kopparskruer. Dette forhindrer, at koblingsledet bliver magnetiseret, reducerer betydeligt den mekaniske modstand mod afbrydelse, og dermed reducerer forbruget af afbrydelsesenergi.

Demagnetisering af kernekomponenter: Demagnetiser afbrydelseselektromagnetbasen og bøjningsskiven ved brug af bankemetoden før installation. Dette reducerer yderligere den attraktive modstand mellem disse komponenter og afbrydelsesstiftets koblingsled, øger margenen for afbrydelsesmoment, og sikrer en pålidelig lukning og afbrydelse af kontakten.

Lokaliseringstransformation af den originale spire: Erstat den originale spire med en, der har en modstand på ca. 20Ω, øge antallet af spirevindinger for at forbedre fluxen, og fastholde elektromagnetisk kraft i spirens drift over en bestemt værdi. Samtidig reducerer den øgede modstand i afbrydelsescircuitet circuitstrømmen, nedsætter varmeproduktionen i spiren under strømforsyning, forminder spirens foraldringstempo, og effektivt reducerer afbrydelsesafvisningsfænomenet, der skyldes reduktion i afbrydelsesspirens spænding på grund af øget kontaktmodstand fra opbrænding og oxidation af hjælpekontakter.

Smøring og vedligeholdelse af mekaniske dele: Anbring smørematerialer på afbrydelsesstiftet og positioneringsrullen for vakuumkontakten, samt de roterende dele af afbrydelsesstiftet. Polér og trim kantskår og slidte dele i de bevægelige dele af bøjningsskivepositioneringshullet, og udfør smøring og vedligeholdelse på de roterende dele af afbrydelsesstiftets koblingsled. Efter minimumafbrydelsesvoltageprøven er handlingens værdi i høj grad kontrolleret mellem 45V og 55V, hvilket holder afbrydelsesmekanismen i god stand og betydeligt forbedrer sikkerheden og pålideligheden af afbrydelsen.

4. Forebyggende foranstaltninger

• Regelmæssigt vedligehold og test: Udfør mindre vedligehold en gang om året og større vedligehold en gang hvert femte år efter normal drift, og udfør korrekt mekanisk vedligehold og forebyggende tests.

• Streng udrustningsvalg og accept: Sørg for korrekt valg af vakuumkontaktudstyr, og kontroller strengt kvaliteten af indkørsel, overdragelse og accept.

• Realtidsdriftsovervågning: Forstærk overvågning under drift for at identificere og håndtere problemer hurtigt.

• Optimer vedligeholdelsesprocedurer: Få en bedre forståelse af udstyrskonditioner, og revider og forbedre vedligeholdelsesprocedurer baseret på fejlhåndteringsmetoder og erfaring.

• Forstærk inspektion og ledelse af ofte opereret udstyr: Forstærk inspektion og ledelse af vakuumkontakter i ofte opereret udstyr.

• Fokus på mekaniske delinspektion: Læg mærke til inspektion af vakuumkontaktens mekaniske dele, herunder at undersøge, om drivmekanismen er godt smøret, funktionerer fleksibelt og uden blokering. Speciel opmærksomhed skal rettes mod at kontrollere for blokering mellem afbrydelseselektromagnetens bøjningsskive og afbrydelsesstiftets koblingsled.

• Brug af installationsnedslukningsperioder til vedligehold: Udnyt installationsnedsluknings- og reserveperioder fuldt ud til at udføre vedligehold af vakuumkontaktmekanismen og forebyggende tester som lukning og afbrydelsesspirens handlingsspændingstest. Dette hjælper med at forstå forringelsesmønsteret og justere og håndtere potentielle problemer hurtigt.

5. Konklusion

De behandlet vakuumkontakter har været i drift i næsten et år uden fejl som afbrydelsesafvisning eller spireopbrænding. Kraftværket kontrollerede igen vakuumkontakterne i kulhåndteringssystemet, der havde akkumuleret 500 til 1.000 operationer, og udførte minimumafbrydelsesvoltageprøven. Resultaterne viste, at DC-modstanden og isoleringen af afbrydelsesspirene var i god stand, handlingsspændingsværdien øgede ikke betydeligt, og prøverne på stedet/fjern elektrisk afbrydelse var præcise og pålidelige. Dette har betydeligt forbedret sundhedsniveauet og pålideligheden af udstyret, samtidig med at det reducerer vedligeholdsarbejdsbyrden og sparer vedligeholdskostnader.