Неисправность вакуумного контактора SL400: подробный анализ причин и решений

В высоковольтной вспомогательной системе электропитания предприятий по производству электроэнергии высоковольтные вакуумные контакторы используются в качестве управляющих устройств для высоковольтных двигателей, трансформаторов, частотных преобразователей и другого электрооборудования. Они позволяют осуществлять дистанционное управление и частые операции, что обеспечивает их широкое применение. Если неустойчивости вакуумных контакторов не устраняются своевременно, это напрямую влияет на безопасную и экономичную работу энергетических установок на предприятиях по производству электроэнергии.

Среди вакуумных контакторов в высоковольтной вспомогательной системе питания блоков №3 и №4 тепловой электростанции 60 являются вакуумными контакторами типа SL400 с током 400А. С момента ввода в эксплуатацию в 2015 году до конца 2016 года несколько вакуумных контакторов в угольной обработке испытали отказы, такие как отказ механизма отключения, перегорание катушки отключения и активация сигнала тревоги "разрыв цепи управления", что приводило к невозможности остановки оборудования. Поскольку один конец катушки отключения подключен непосредственно к отрицательному полюсу, это также может вызвать прямое заземление отрицательного полюса постоянного тока, что приводит к отказу защитных устройств и создает серьезные скрытые опасности для безопасной работы. В то же время необходимость ручного отключения на месте при отказе вакуумного контактора также представляет значительные риски безопасности для операционного персонала.

1. Принцип работы механизма

Механизм работы вакуумного контактора типа SL-400, выбранного тепловой электростанцией, является механическим удерживающим механизмом. Когда катушка замыкания вакуумного контактора получает питание, движущийся сердечник замыкания приводит механизм главного вала в движение под действием электромагнитной силы. Ролик на движущемся сердечнике замыкания соприкасается с фиксатором отключения, блокируя исполнительный элемент, чтобы контактёр оставался в замкнутом состоянии. Одновременно пружина сжимается, накапливая энергию для отключения, а соединительная деталь фиксатора отключения и изгибная пластина электромагнита отключения поднимаются, готовясь к отключению.

Когда катушка отключения получает импульсное питание, движущийся сердечник отключения притягивает изгибную пластину, которая движется вниз. Изгибная пластина ударяет по соединительной детали фиксатора отключения, освобождая мертвую точку, поддерживаемую роликом движущегося сердечника замыкания и фиксатором отключения. Под действием пружины происходит быстрое отключение. Движущийся сердечник замыкания, приводимый пружиной отключения, вращается вместе с главным валом до предельной пластины и останавливается, завершая процесс отключения.

2. Анализ причин

2.1 Электрический аспект

Проверка цепи отключения показала, что контактное сопротивление вторичного штекера, вспомогательных контактов позиционного вакуумного контактора и контактов ручки управления было нормальным. Выходное напряжение постоянного тока составляло около 110 В, и не наблюдалось случаев чрезмерно низкого напряжения на катушке отключения. Не было обнаружено явлений, таких как плохая изоляция или заземление в цепи управления, ослабленные или изношенные провода.

Разрыв цепи управления отключения является сигналом тревоги, который срабатывает из-за длительного питания и перегорания катушки отключения. Поэтому, когда контактор SL испытывает отказ отключения, можно исключить электрические причины.

2.2 Механический аспект

Недостаточное проектирование материала соединительной детали фиксатора отключения: оригинальные материалы фиксатора отключения, изгибной пластины электромагнита отключения и соединительной детали были из углеродистой стали, которая имеет высокую магнитность. После нескольких циклов питания и отключения изгибная пластина и соединительная деталь постепенно намагничиваются магнитным полем, создаваемым катушкой во время отключения, что приводит к определенному взаимному магнитному усилию и увеличению механического сопротивления отключения. Если происходит отказ отключения и выполняются частые операции, катушка отключения перегорает.

Остаточная намагниченность катушки отключения после питания: это приводит к уменьшению магнитного потока катушки отключения, что приводит к недостаточной крутящему моменту и ненадежному отключению. Частые операции отключения приводят к длительному питанию катушки отключения, нагреванию и, в конечном итоге, перегоранию.

Механическое заклинивание между фиксатором отключения и позиционным роликом: вращающиеся части не имеют смазки. Зазубрины в подвижных частях отверстия позиционирования изгибной пластины и позиционного стержня, или отклонение отверстия позиционирования из-за износа, вызывают заклинивание. После множественных операций электромагнита отключения трение отключения постепенно увеличивается, что приводит к перегрузке и перегоранию катушки отключения.

Частые запуски и остановки оборудования: ленточные конвейеры и дробилки для угля — это оборудование, которое часто запускается и останавливается. Когда возникает отказ отключения, эти устройства уже работали более 500 раз. Катушка отключения часто питается и нагревается, что в определенной степени ускоряет старение изоляции катушки.

3. Методы устранения

Замена материала ключевых компонентов: замените материал соединительной детали фиксатора отключения с углеродистой стали на немагнитную нержавеющую сталь, а крепежные винты с оцинкованной углеродистой стали на медные винты. Это предотвращает намагничивание соединительной детали, значительно снижает механическое сопротивление отключения и, следовательно, уменьшает потребление энергии на отключение.

Демагнитизация основных компонентов: перед установкой демагнитизируйте базовую пластину и изгибную пластину электромагнита отключения методом постукивания. Это еще больше снижает притягивающее сопротивление между этими компонентами и соединительной деталью фиксатора отключения, увеличивает запас крутящего момента отключения и обеспечивает надежное замыкание и отключение контактора.

Локализованная модификация оригинальной катушки: замените оригинальную катушку на катушку с сопротивлением около 20 Ом, увеличьте количество витков катушки, чтобы повысить магнитный поток, и поддерживайте электромагнитное усилие катушки выше определенного значения. Одновременно увеличение сопротивления цепи отключения снижает ток цепи, уменьшает выделение тепла катушкой при питании, замедляет процесс старения катушки и эффективно снижает явление отказа отключения, вызванное снижением напряжения катушки отключения из-за увеличения контактного сопротивления вследствие перегорания и окисления вспомогательных контактов.

Смазка и обслуживание механических частей: нанесите смазку на фиксатор отключения и позиционный ролик вакуумного контактора, а также на вращающиеся части фиксатора отключения. Полируйте и подгоняйте зазубрины и изношенные части в подвижных частях отверстия позиционирования изгибной пластины, и выполните смазку и обслуживание вращающихся частей соединительной детали фиксатора отключения. После минимального теста на действие напряжения отключения значение действия обычно контролируется в диапазоне от 45 В до 55 В, что сохраняет механизм отключения в хорошем состоянии и значительно повышает безопасность и надежность отключения.

4. Профилактические меры

• Регулярное техническое обслуживание и испытания: проводите малое техническое обслуживание один раз в год и большое техническое обслуживание один раз каждые пять лет после нормальной эксплуатации, и правильно выполняйте техническое обслуживание и предупредительные испытания механизмов.

• Строгий выбор и приемка оборудования: обеспечьте правильный выбор оборудования вакуумных контакторов и строго контролируйте качество ввода в эксплуатацию, передачи и приемки.

• Оперативный мониторинг: усиливайте мониторинг во время эксплуатации, чтобы своевременно выявлять и устранять проблемы.

• Оптимизация процедур технического обслуживания: глубже понимайте фактическое состояние оборудования и пересматривайте и улучшайте процедуры технического обслуживания на основе методов и опыта устранения неисправностей.

• Усиление инспекций и управления часто используемым оборудованием: усиливайте интенсивность инспекций и управления вакуумными контакторами в часто используемом оборудовании.

• Обращение особого внимания на проверку механических частей: уделяйте внимание проверке механических частей вакуумного контактора, включая проверку того, хорошо ли смазан и гибко работает механизм, и нет ли заклинивания. Особое внимание следует уделить проверке заклинивания между изгибной пластиной электромагнита отключения и соединительной деталью фиксатора отключения.

• Использование периодов остановки блоков для технического обслуживания: максимально используйте периоды остановки и резерва блоков для проведения технического обслуживания механизма вакуумного контактора и проведения предупредительных испытаний, таких как тест на действие напряжения катушки замыкания и отключения. Это помогает понять тенденцию ухудшения и своевременно корректировать и устранять потенциальные проблемы.

5. Заключение

Вакуумные контакторы после устранения неисправностей были введены в эксплуатацию почти на год без отказов, таких как отказ отключения или перегорание катушки. Электростанция снова проверила вакуумные контакторы в угольной обработке, которые накопили 500-1000 операций, и провела минимальный тест на действие напряжения отключения. Результаты показали, что сопротивление постоянному току и изоляция катушек отключения находятся в хорошем состоянии, значение действия напряжения не значительно увеличилось, и испытания на электрическое отключение на месте и дистанционно были точными и надежными. Это значительно улучшило уровень здоровья и надежность оборудования, снизило объем технического обслуживания и сэкономило затраты на техническое обслуживание.