Falha do Contator a Vácuo SL400 em Desligar? Análise Aprofundada das Causas e Soluções

No sistema de energia auxiliar de alta tensão das empresas de geração de energia, os contatos de vácuo de alta tensão são usados como dispositivos de controle para motores de alta tensão, transformadores, inversores de frequência e outros equipamentos elétricos. Eles permitem o controle remoto e operações frequentes, ganhando, assim, ampla aplicação. Se as falhas dos contatos de vácuo não forem tratadas prontamente, isso afetará diretamente a operação segura e econômica das unidades geradoras nas empresas de geração de energia.

Entre os contatos de vácuo no sistema de energia auxiliar de alta tensão das Unidades 3 e 4 de uma usina termelétrica, 60 são contatos de vácuo do tipo SL400 de 400A. Desde sua entrada em operação em 2015 até o final de 2016, vários contatos de vácuo no sistema de manuseio de carvão sofreram falhas, como recusa do mecanismo de desligamento em desligar, queima da bobina de desligamento e ativação do sinal de alarme "desconexão do circuito de controle", resultando na incapacidade do equipamento de parar. Como um extremo da bobina de desligamento está conectado diretamente ao polo negativo, isso também pode causar aterramento direto do polo negativo DC, levando à falha do dispositivo de proteção e apresentando sérios riscos ocultos para a operação segura. Além disso, a necessidade de desligamento manual no local quando o contato de vácuo se recusa a desligar também traz riscos significativos de segurança para a equipe de operação.

1. Princípio de Funcionamento do Mecanismo Operacional

O mecanismo operacional do contato de vácuo do tipo SL-400 selecionado pela usina termelétrica é um mecanismo de retenção mecânica. Quando a bobina de fechamento do contato de vácuo é energizada, o núcleo móvel de fechamento impulsiona o mecanismo do eixo principal a se mover sob a ação da força eletromagnética. A roldana no núcleo móvel de fechamento entra em contato com o detentor de desligamento, travando o componente executivo para manter o contato no estado fechado. Ao mesmo tempo, a mola é comprimida para armazenar energia de desligamento, e a peça de conexão do detentor de desligamento e a placa dobrável do eletroímã de desligamento são levantadas para preparar o desligamento.

Quando a bobina de desligamento recebe alimentação de pulso, o núcleo móvel de desligamento atrai a placa dobrável para se mover para baixo. A placa dobrável impacta a peça de conexão do detentor de desligamento, liberando a posição de morto-centro mantida pela roldana do núcleo móvel de fechamento e pelo detentor de desligamento. Sob a ação da mola, ocorre um desligamento rápido. O núcleo móvel de fechamento, impulsionado pela mola de desligamento, gira com o eixo principal até a posição da placa de limite e para, concluindo o processo de desligamento.

2. Análise de Causas

2.1 Aspecto Elétrico

A inspeção do circuito de desligamento mostrou que a resistência de contato do plugue secundário, dos contatos auxiliares do contato de vácuo de posição e dos contatos da alavanca de operação era normal. A tensão de saída DC era de aproximadamente 110V, e não havia situação de tensão excessivamente baixa na bobina de desligamento. Não foram encontrados fenômenos como isolamento deficiente ou fios soltos/desgastados no circuito de controle.

A desconexão do circuito de controle de desligamento é um sinal de alarme acionado pelo desligamento do contato de vácuo de energia de controle devido à energização prolongada e queima da bobina de desligamento. Portanto, quando o contato SL apresenta recusa de desligamento, as causas elétricas podem ser basicamente descartadas.

2.2 Aspecto Mecânico

Projeto inadequado do material da peça de conexão do detentor de desligamento: Os materiais originais do detentor de desligamento, da placa dobrável do eletroímã de desligamento e da peça de conexão eram aço carbono, que tem alta magnetização. Após múltiplas operações de energização e desligamento, a placa dobrável e a peça de conexão foram gradualmente magnetizadas pelo campo magnético gerado pela bobina durante o processo de desligamento, resultando em uma certa força magnética mútua e aumentando a resistência mecânica de desligamento. Se ocorrer falha de desligamento e for realizada operação frequente, a bobina de desligamento será queimada.

Magnetização residual na bobina de desligamento após a energização: Isso leva a uma diminuição no fluxo magnético da bobina de desligamento, resultando em torque de desligamento insuficiente e desligamento instável. Operações frequentes de desligamento fazem com que a bobina de desligamento seja energizada por longos períodos, gerando calor e, eventualmente, queimando.

Travamento mecânico entre o detentor de desligamento e o rolamento de posicionamento: As partes giratórias carecem de graxa lubrificante. Pontas de arame nas partes móveis do orifício de posicionamento da placa dobrável e do pino de posicionamento, ou desvio do orifício de posicionamento devido ao desgaste, causam travamento. Após múltiplas operações do eletroímã de desligamento, a resistência de atrito de desligamento aumenta gradualmente, levando a sobrecarga e queima da bobina de desligamento.

Início e desligamento frequentes do equipamento: As esteiras transportadoras e trituradores de carvão são equipamentos que iniciam e desligam frequentemente. Quando ocorre a falha de recusa de desligamento, esses dispositivos já operaram mais de 500 vezes. A bobina de desligamento é frequentemente energizada e gera calor, acelerando, em certa medida, o envelhecimento do isolamento da bobina.

3. Métodos de Tratamento

Substituição de material para componentes-chave: Substituir o material da peça de conexão do detentor de desligamento de aço carbono para aço inoxidável não magnético, e substituir os parafusos fixos de aço carbono galvanizado para parafusos de cobre. Isso evita a magnetização da peça de conexão, reduz significativamente a resistência mecânica de desligamento e, portanto, reduz o consumo de energia de desligamento.

Desmagnetização de componentes principais: Desmagnetizar a base e a placa dobrável do eletroímã de desligamento usando o método de batida antes da instalação. Isso reduz ainda mais a resistência de atração entre esses componentes e a peça de conexão do detentor de desligamento, aumenta a margem de força de desligamento e garante o fechamento e desligamento confiáveis do contato.

Transformação local da bobina original: Substituir a bobina original por uma com resistência de aproximadamente 20Ω, aumentar o número de voltas da bobina para melhorar o fluxo magnético e manter a força eletromagnética da operação da bobina acima de um certo valor. Ao mesmo tempo, o aumento da resistência do circuito de desligamento reduz a corrente do circuito, diminui a geração de calor da bobina durante a energização, reduz a taxa de envelhecimento da bobina e efetivamente reduz o fenômeno de recusa de desligamento causado pela diminuição da tensão da bobina de desligamento devido ao aumento da resistência de contato devido à queima e oxidação dos contatos auxiliares.

Lubrificação e manutenção de peças mecânicas: Aplicar graxa lubrificante ao detentor de desligamento e ao rolamento de posicionamento do contato de vácuo, bem como às partes giratórias do detentor de desligamento. Polir e aparar as pontas de arame e as partes desgastadas nas partes móveis do orifício de posicionamento da placa dobrável, e realizar lubrificação e manutenção nas partes giratórias da peça de conexão do detentor de desligamento. Após o teste de tensão mínima de ação de desligamento, o valor de ação é controlado basicamente entre 45V e 55V, mantendo o mecanismo de desligamento em boas condições e melhorando significativamente a segurança e confiabilidade do desligamento.

4. Medidas Preventivas

• Manutenção e testes regulares: Realizar manutenção menor anualmente e manutenção maior a cada cinco anos após a operação normal, e realizar adequadamente a manutenção do mecanismo e testes preventivos.

• Seleção e aceitação rigorosas do equipamento: Garantir a seleção adequada do equipamento de contato de vácuo e controlar estritamente a qualidade da comissão, entrega e aceitação.

• Monitoramento de operação em tempo real: Intensificar o monitoramento durante a operação para identificar e resolver problemas prontamente.

• Otimização dos procedimentos de manutenção: Compreender melhor as condições reais do equipamento e revisar e melhorar os procedimentos de manutenção com base nos métodos e experiências de tratamento de falhas.

• Intensificação da inspeção e gestão de equipamentos frequentemente operados: Aumentar a intensidade de inspeção e gestão dos contatos de vácuo em equipamentos frequentemente operados.

• Foco na inspeção de partes mecânicas: Prestar atenção na inspeção das partes mecânicas do contato de vácuo, incluindo verificar se o mecanismo operacional está bem lubrificado, opera flexivelmente e sem travamento. Deve-se prestar especial atenção à verificação de travamento entre a placa dobrável do eletroímã de desligamento e a peça de conexão do detentor de desligamento.

• Utilização de períodos de desligamento da unidade para manutenção: Fazer uso total dos períodos de desligamento e reserva da unidade para realizar manutenção no mecanismo do contato de vácuo e conduzir testes preventivos, como o teste de tensão de ação da bobina de fechamento e desligamento. Isso ajuda a compreender a tendência de deterioração e ajustar e tratar problemas potenciais prontamente.

5. Conclusão

Os contatos de vácuo após o tratamento foram colocados em operação por quase um ano sem falhas como recusa de desligamento ou queima da bobina. A usina termelétrica inspecionou novamente os contatos de vácuo no sistema de manuseio de carvão que acumularam 500 a 1.000 operações recentemente e realizou o teste de tensão mínima de ação de desligamento. Os resultados mostraram que a resistência DC e o isolamento das bobinas de desligamento estavam em boas condições, o valor de tensão de ação não aumentou significativamente, e os testes de desligamento elétrico local/remoto foram precisos e confiáveis. Isso melhorou significativamente o nível de saúde e confiabilidade do equipamento, enquanto reduzia a carga de manutenção e economizava custos de manutenção.