SL400 Vakuumschalter schaltet nicht aus? Ausführliche Analyse der Ursachen und Lösungen

In der Hochspannungs-Hilfsstromversorgung von Energieerzeugungsunternehmen werden Hochspannungsvakuumschalter als Steuergeräte für Hochspannungsmotoren, Transformatoren, Frequenzumrichter und andere elektrische Ausrüstungen verwendet. Sie ermöglichen die Fernsteuerung und häufige Betriebsvorgänge und finden daher weit verbreitete Anwendung. Wenn Störungen an Vakuumschaltern nicht zeitnah behoben werden, beeinträchtigt dies direkt den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der Erzeuger in Energieerzeugungsunternehmen.

Unter den Vakuumschaltern im Hochspannungs-Hilfsstromsystem der Blöcke 3 und 4 eines Braunkohlekraftwerks sind 60 SL400-Typ-400A-Vakuumschalter. Von ihrer Inbetriebnahme im Jahr 2015 bis Ende 2016 traten bei mehreren Vakuumschaltern im Kohletransport-System Fehlfunktionen wie ein Versagen des Auslösemechanismus, Verbrennen des Auslöse-Spulens und Aktivierung des "Kontrollkreis abgetrennt"-Warnsignals auf, was dazu führte, dass die Ausrüstung nicht heruntergefahren werden konnte. Da eine Seite der Auslösespule direkt mit dem negativen Pol verbunden ist, kann dies auch zu einer direkten Erdung des Gleichstromnegativpolen führen, was zu einem Ausfall der Schutzeinrichtung und ernsthaften Sicherheitsbedenken beim Betrieb führt. Gleichzeitig birgt das manuelle Herunterfahren am Ort des Geschehens, wenn der Vakuumschalter versagt, erhebliche Sicherheitsrisiken für das Betriebspersonal.

1. Arbeitsprinzip des Betriebsmechanismus

Der Betriebsmechanismus des vom Braunkohlekraftwerk ausgewählten SL-400-Typ-Vakuumschalters ist ein mechanisches Haltemechanismus. Wenn die Spule des Vakuumschalters mit Strom versorgt wird, bewegt der Schließ-Bewegungskern das Hauptwellengetriebe unter dem Einfluss der elektromagnetischen Kraft. Der Rollier auf dem Schließ-Bewegungskern kommt in Kontakt mit dem Auslöseverriegelungselement, sperrt das Ausführungsbauteil und hält den Schalter im geschlossenen Zustand. Gleichzeitig wird die Feder komprimiert, um die Auslöseenergie zu speichern, und das Auslöseverriegelungselement und die Auslöseelektromagnet-Biegeplatte werden angehoben, um das Auslösen vorzubereiten.

Wenn die Auslösespule einen Pulsstrom erhält, zieht der Auslöse-Bewegungskern die Biegeplatte nach unten. Die Biegeplatte trifft auf das Auslöseverriegelungselement, löst die Totpunktstellung, die durch den Schließ-Bewegungskern-Rollier und das Auslöseverriegelungselement aufrechterhalten wird. Unter der Wirkung der Feder erfolgt ein schnelles Auslösen. Der Schließ-Bewegungskern, getrieben von der Auslösefeder, dreht sich mit der Hauptwelle zur Position der Endanschlagplatte und stoppt, wodurch der Auslöseprozess abgeschlossen ist.

2. Ursachenanalyse

2.1 Elektrischer Aspekt

Die Prüfung des Auslösekreises zeigte, dass der Kontaktwiderstand des Sekundärsteckers, der Hilfskontakte des Positions-Vakuumschalters und der Bedienhebelkontakte normal war. Die Gleichspannungsausgangsspannung betrug etwa 110V, und es gab keine Situation, in der die Spannung an der Auslösespule zu niedrig war. Es wurden keine Phänomene wie schlechte Isolation oder Erdung im Steuerkreis oder lockere/verschleierte Drähte festgestellt.

Die Trennung des Auslösesteuerkreises ist ein Warnsignal, das durch das Auslösen des Steuerstrom-Vakuumschalters aufgrund langfristiger Stromzufuhr und Verbrennung der Auslösespule ausgelöst wird. Daher können bei Auslöseversagen des SL-Schalters elektrische Ursachen im Grunde ausgeschlossen werden.

2.2 Mechanischer Aspekt

Unzureichende Materialauslegung des Auslöseverriegelungselements: Die ursprünglichen Materialien des Auslöseverriegelungselements, der Auslöseelektromagnet-Biegeplatte und des Verbindungsteils waren hochmagnetisches Kupferstahl. Nach mehrmaligen Einschalten und Auslösen wurden die Biegeplatte und das Verbindungsteil durch das Magnetfeld, das während des Auslösevorgangs von der Spule erzeugt wird, allmählich magnetisiert, was zu einer bestimmten gegenseitigen magnetischen Kraft und zu einem Anstieg des mechanischen Widerstands beim Auslösen führte. Bei Auslöseversagen und häufigen Betriebsvorgängen wird die Auslösespule verbrannt.

Restmagnetismus in der Auslösespule nach der Stromzufuhr: Dies führt zu einer Verringerung des magnetischen Flusses der Auslösespule, was zu unzureichendem Auslösetorque und unzuverlässigem Auslösen führt. Häufige Auslösevorgänge führen dazu, dass die Auslösespule lange Zeit mit Strom versorgt wird, Hitze erzeugt und letztendlich verbrennt.

Mechanische Blockierung zwischen dem Auslöseverriegelungselement und dem Positionierungsroller: Die Drehstellen fehlen Schmierfett. Schartstellen in den beweglichen Teilen des Biegeplattenpositionierungslochs und -stifts oder Abweichungen des Positionierungslochs aufgrund von Verschleiß führen zu Blockierungen. Nach mehrmaligen Betriebsvorgängen des Auslöseelektromagneten nimmt der Auslösereibungswiderstand allmählich zu, was zu Überlastung und Verbrennung der Auslösespule führt.

Häufiges Starten und Stoppen der Ausrüstung: Fördergurte und Kohlenbrecher sind Ausrüstungen, die häufig gestartet und gestoppt werden. Bei Auftreten des Auslöseversagens haben diese Geräte bereits mehr als 500 Mal gearbeitet. Die Auslösespule wird oft mit Strom versorgt und erzeugt Wärme, was die Isolationsalterung der Spule in gewissem Maße beschleunigt.

3. Behandlungsmethoden

Materialaustausch für Schlüsselkomponenten: Ersetzen Sie das Material des Auslöseverriegelungselements von Kupferstahl auf nichtmagnetisches Edelstahl und ersetzen Sie die Befestigungsschrauben von verzinktem Kupferstahl auf Messing-Schrauben. Dies verhindert, dass das Verbindungsteil magnetisiert wird, reduziert den mechanischen Widerstand beim Auslösen erheblich und verringert somit den Energieverbrauch beim Auslösen.

Entmagnetisierung der Kernkomponenten: Entmagnetisieren Sie die Basisplatte und die Biegeplatte des Auslöseelektromagneten mithilfe des Klopfverfahrens vor der Installation. Dies reduziert weiterhin die Anziehungskraft zwischen diesen Komponenten und dem Auslöseverriegelungselement, erhöht den Spielraum für den Auslösekraft und stellt sicher, dass der Schalter zuverlässig schaltet und auslöst.

Lokalisierungsumwandlung der ursprünglichen Spule: Ersetzen Sie die ursprüngliche Spule durch eine mit einem Widerstand von etwa 20Ω, erhöhen Sie die Zahl der Spulenwindungen, um den magnetischen Fluss zu verstärken, und halten Sie die elektromagnetische Kraft des Spulenbetriebs über einem bestimmten Wert. Gleichzeitig reduziert der erhöhte Widerstand des Auslösekreises den Strom im Kreis, senkt die Wärmeerzeugung der Spule bei der Stromzufuhr, verlangsamt die Alterung der Spule und reduziert effektiv das Phänomen des Auslöseversagens, das durch den Spannungsabfall der Auslösespule aufgrund des erhöhten Kontaktwiderstands durch Verbrennung und Oxidation der Hilfskontakte verursacht wird.

Schmierung und Wartung der mechanischen Teile: Schmieren Sie die Auslöseverriegelung und den Positionierungsroller des Vakuumschalters sowie die Drehstellen der Auslöseverriegelung. Polieren und bearbeiten Sie die Schartstellen und Verschleißstellen in den beweglichen Teilen des Biegeplattenpositionierungslochs und führen Sie Schmierung und Wartung an den Drehstellen des Auslöseverriegelungselements durch. Nach dem Test der minimalen Auslöse-Arbeitsspannung wird der Arbeitswert im Wesentlichen zwischen 45V und 55V gehalten, was den Auslösemechanismus in gutem Zustand hält und die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Auslösens erheblich verbessert.

4. Präventive Maßnahmen

• Regelmäßige Wartung und Prüfung: Führen Sie jährlich eine kleine Wartung und alle fünf Jahre nach dem normalen Betrieb eine große Wartung durch und führen Sie ordnungsgemäß die Mechanikwartung und präventive Prüfungen durch.

• Strenge Ausrüstungswahl und Abnahme: Sorgen Sie für eine angemessene Auswahl der Vakuumschalterausrüstung und kontrollieren Sie streng die Qualität der Inbetriebnahme, Übergabe und Abnahme.

• Echtzeitbetriebsüberwachung: Stärken Sie die Überwachung während des Betriebs, um Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben.

• Optimierung der Wartungsverfahren: Ergreifen Sie weitere Maßnahmen, um die tatsächlichen Bedingungen der Ausrüstung zu erfassen, und überarbeiten und verbessern Sie die Wartungsprozessverfahren basierend auf Fehlerbehandlungsmethoden und Erfahrungen.

• Verstärkte Inspektion und Verwaltung von häufig betriebener Ausrüstung: Intensivieren Sie die Inspektion und Verwaltung der Vakuumschalter in häufig betriebener Ausrüstung.

• Fokus auf die Inspektion der mechanischen Teile: Achten Sie darauf, die mechanischen Teile des Vakuumschalters zu inspizieren, einschließlich der Überprüfung, ob der Betriebsmechanismus gut geschmiert, flexibel arbeitet und keine Blockierungen aufweist. Besondere Aufmerksamkeit sollte auf die Blockierung zwischen der Biegeplatte des Auslöseelektromagneten und dem Auslöseverriegelungselement gelegt werden.

• Nutzung von Stillstandsperioden für Wartung: Nutzen Sie die Stillstands- und Bereitschaftsperioden der Einheit, um Wartungsarbeiten am Vakuumschaltermechanismus durchzuführen und präventive Prüfungen wie den Test der Schließ- und Auslöse-Spulen-Arbeitsspannung durchzuführen. Dies hilft, den Verschleiß zu erfassen und potenzielle Probleme rechtzeitig anzupassen und zu behandeln.

5. Fazit

Die Vakuumschalter nach der Behandlung wurden fast ein Jahr lang ohne Fehlfunktionen wie Auslöseversagen oder Spulenverbrennung in Betrieb genommen. Das Kraftwerk prüfte erneut die Vakuumschalter im Kohletransport-System, die neu 500 bis 1.000 Betriebsvorgänge hatten, und führte den Test der minimalen Auslöse-Arbeitsspannung durch. Die Ergebnisse zeigten, dass der Gleichstromwiderstand und die Isolation der Auslösespulen in gutem Zustand waren, der Arbeitsspannungswert nicht signifikant anstieg und die Vor-Ort/Fernsteuerung-Elektroauslöse-Tests präzise und zuverlässig waren. Dies hat die Gesundheitslage und Zuverlässigkeit der Ausrüstung erheblich verbessert, während gleichzeitig die Wartungsarbeit reduziert und die Wartungskosten gesenkt wurden.