Falla del Contactador de Vacío SL400 al No Desconectar Análisis en Profundidad de Causas y Soluciones

En el sistema de alimentación auxiliar de alta tensión de las empresas de generación de electricidad, se utilizan contactores de vacío de alta tensión como aparatos de control para motores de alta tensión, transformadores, variadores de frecuencia y otros equipos eléctricos. Permiten el control remoto y la operación frecuente, por lo que tienen una amplia aplicación. Si los fallos de los contactores de vacío no se manejan de manera oportuna, afectará directamente la operación segura y económica de las unidades de generación en las empresas de generación de electricidad.

Entre los contactores de vacío del sistema de alimentación auxiliar de alta tensión de las Unidades 3 y 4 de una central térmica, 60 son contactores de vacío SL400 de 400A. Desde su puesta en marcha en 2015 hasta finales de 2016, múltiples contactores de vacío en el sistema de manipulación de carbón experimentaron fallos como el rechazo del mecanismo de desenganche, la quema de la bobina de desenganche y la activación de la señal de alarma "desconexión del circuito de control", lo que resultó en que el equipo no pudiera apagarse. Dado que un extremo de la bobina de desenganche está conectado directamente al polo negativo, también puede causar un enlace directo a tierra del polo negativo de corriente continua, lo que lleva a la falla de los dispositivos de protección y presenta serios peligros ocultos para la operación segura. Al mismo tiempo, la necesidad de realizar el desenganche manual en el sitio cuando el contacto de vacío se niega a desengancharse también trae riesgos significativos de seguridad para el personal de operación.

1. Principio de funcionamiento del mecanismo de operación

El mecanismo de operación del contactor de vacío tipo SL-400 seleccionado por la central térmica es un mecanismo de retención mecánico. Cuando la bobina de cierre del contactor de vacío está energizada, el núcleo móvil de cierre impulsa el mecanismo del eje principal a moverse bajo la acción de la fuerza electromagnética. El rodillo en el núcleo móvil de cierre entra en contacto con el tope de desenganche, bloqueando el componente ejecutivo para mantener el contacto en estado cerrado. Al mismo tiempo, se comprime el resorte para almacenar la energía de desenganche, y se levantan la pieza de conexión del tope de desenganche y la placa curvada del electroimán de desenganche para prepararse para el desenganche.

Cuando la bobina de desenganche recibe un suministro de energía pulsada, el núcleo móvil de desenganche atrae a la placa curvada para moverse hacia abajo. La placa curvada impacta la pieza de conexión del tope de desenganche, liberando la posición muerta mantenida por el rodillo del núcleo móvil de cierre y el tope de desenganche. Bajo la acción del resorte, se produce un desenganche rápido. El núcleo móvil de cierre, impulsado por el resorte de desenganche, gira con el eje principal hasta la posición de la placa de límite y se detiene, completando el proceso de desenganche.

2. Análisis de las causas

2.1 Aspecto eléctrico

La inspección del circuito de desenganche mostró que la resistencia de contacto del enchufe secundario, los contactos auxiliares del contactor de vacío de posición y los contactos del mango de operación eran normales. El voltaje de salida de corriente continua era aproximadamente 110V, y no había situaciones de voltaje excesivamente bajo en la bobina de desenganche. No se encontraron fenómenos como mala aislación a tierra en el circuito de control o cables sueltos o desgastados.

La desconexión del circuito de control de desenganche es una señal de alarma desencadenada por el desenganche del contactor de vacío de alimentación de control debido a la energización prolongada y la quema de la bobina de desenganche. Por lo tanto, cuando el contactor SL experimenta un rechazo de desenganche, se pueden descartar básicamente las causas eléctricas.

2.2 Aspecto mecánico

Diseño inadecuado del material de la pieza de conexión del tope de desenganche: Los materiales originales del tope de desenganche, la placa curvada del electroimán de desenganche y la pieza de conexión eran acero al carbono, que tiene alta magnetización. Después de múltiples operaciones de energización y desenganche, la placa curvada y la pieza de conexión fueron gradualmente magnetizadas por el campo magnético generado por la bobina durante el proceso de desenganche, lo que resultó en cierta fuerza magnética mutua e incrementó la resistencia mecánica del desenganche. Si ocurre un fallo de desenganche y se realizan operaciones frecuentes, la bobina de desenganche se quemará.

Magnetismo residual en la bobina de desenganche después de la energización: Esto lleva a una disminución del flujo magnético de la bobina de desenganche, resultando en un par de desenganche insuficiente y un desenganche poco fiable. Las operaciones de desenganche frecuentes hacen que la bobina de desenganche esté energizada por mucho tiempo, generando calor y finalmente quemándose.

Bloqueo mecánico entre el tope de desenganche y el rodillo de posicionamiento: Las partes giratorias carecen de grasa lubricante. Las rebabas en las partes móviles del orificio de posicionamiento de la placa curvada y el perno de posicionamiento, o la desviación del orificio de posicionamiento debido al desgaste, causan atascos. Después de múltiples operaciones del electroimán de desenganche, la resistencia de fricción de desenganche aumenta gradualmente, lo que lleva a sobrecargas y quemas de la bobina de desenganche.

Arranque y parada frecuentes del equipo: Los transportadores de cinta de carbón y los trituradores de carbón son equipos que se arrancan y paran con frecuencia. Cuando ocurre el fallo de rechazo de desenganche, estos dispositivos ya han operado más de 500 veces. La bobina de desenganche se energiza con frecuencia y genera calor, lo que acelera el envejecimiento del aislamiento de la bobina en cierta medida.

3. Métodos de tratamiento

Reemplazo de material para componentes clave: Reemplace el material de la pieza de conexión del tope de desenganche de acero al carbono a acero inoxidable no magnético, y reemplace los tornillos de fijación de acero al carbono galvanizado a tornillos de cobre. Esto evita que la pieza de conexión se magnetice, reduce significativamente la resistencia mecánica del desenganche y, por lo tanto, reduce el consumo de energía de desenganche.

Desmagnetización de componentes principales: Desmagnetice la placa base y la placa curvada del electroimán de desenganche utilizando el método de golpe antes de la instalación. Esto reduce aún más la resistencia de atracción entre estos componentes y la pieza de conexión del tope de desenganche, aumenta el margen de fuerza de desenganche y asegura un cierre y desenganche confiables del contactor.

Transformación local de la bobina original: Reemplace la bobina original por una con una resistencia de aproximadamente 20Ω, aumente el número de vueltas de la bobina para mejorar el flujo magnético y mantenga la fuerza electromagnética de la operación de la bobina por encima de un cierto valor. Al mismo tiempo, el aumento de la resistencia del circuito de desenganche reduce la corriente del circuito, disminuye la generación de calor de la bobina durante la energización, ralentiza la tasa de envejecimiento de la bobina y reduce eficazmente el fenómeno de rechazo de desenganche causado por la disminución del voltaje de la bobina de desenganche debido al aumento de la resistencia de contacto de los contactos auxiliares quemados y oxidados.

Lubricación y mantenimiento de las partes mecánicas: Aplique grasa lubricante al tope de desenganche y al rodillo de posicionamiento del contactor de vacío, así como a las partes giratorias del tope de desenganche. Pule y recorta las rebabas y las partes desgastadas en las partes móviles del orificio de posicionamiento de la placa curvada, y realiza lubricación y mantenimiento en las partes giratorias de la pieza de conexión del tope de desenganche. Después de la prueba de voltaje de acción mínima de desenganche, el valor de acción se controla básicamente entre 45V y 55V, manteniendo el mecanismo de desenganche en buen estado y mejorando enormemente la seguridad y confiabilidad del desenganche.

4. Medidas preventivas

• Mantenimiento y pruebas regulares: Realice un mantenimiento menor una vez al año y un mantenimiento mayor cada cinco años después de la operación normal, y realice adecuadamente el mantenimiento del mecanismo y las pruebas preventivas.

• Selección estricta de equipos y aceptación: Asegúrese de seleccionar adecuadamente los equipos de contactores de vacío y controle estrictamente la calidad de la puesta en marcha, la entrega y la aceptación.

• Monitoreo operativo en tiempo real: Refuerce el monitoreo durante la operación para identificar y resolver problemas de manera oportuna.

• Optimización de procedimientos de mantenimiento: Comprenda aún más las condiciones reales del equipo y revise y mejore los procedimientos de mantenimiento basándose en los métodos y experiencias de manejo de fallas.

• Refuerzo de la inspección y gestión de equipos operados con frecuencia: Refuerce la intensidad de la inspección y gestión de los contactores de vacío en equipos operados con frecuencia.

• Enfoque en la inspección de las partes mecánicas: Preste atención a la inspección de las partes mecánicas del contactor de vacío, incluyendo la verificación de si el mecanismo de operación está bien lubricado, opera con flexibilidad y sin atascos. Se debe prestar especial atención a la inspección de atascos entre la placa curvada del electroimán de desenganche y la pieza de conexión del tope de desenganche.

• Utilización de los períodos de parada de la unidad para el mantenimiento: Aproveche al máximo los períodos de parada y reserva de la unidad para realizar el mantenimiento del mecanismo del contactor de vacío y realizar pruebas preventivas, como la prueba de voltaje de acción de las bobinas de cierre y desenganche. Esto ayuda a comprender la tendencia de deterioro y a ajustar y manejar oportunamente los problemas potenciales.

5. Conclusión

Los contactores de vacío después del tratamiento han estado en operación durante casi un año sin ningún fallo como rechazo de desenganche o quema de la bobina. La planta de energía volvió a inspeccionar los contactores de vacío en el sistema de manipulación de carbón que habían acumulado entre 500 y 1,000 operaciones y realizó la prueba de voltaje de acción mínima de desenganche. Los resultados mostraron que la resistencia de corriente continua y el aislamiento de las bobinas de desenganche estaban en buen estado, el valor de voltaje de acción no aumentó significativamente, y las pruebas de desenganche eléctrico en sitio/remoto fueron precisas y confiables. Esto ha mejorado enormemente el nivel de salud y la confiabilidad del equipo, mientras se reduce la carga de mantenimiento y se ahorran costos de mantenimiento.