Neuspeh prekidanja SL400 vakumskog kontaktera? U dubinu analize uzroka i rešenja

U visokonaponskom pomoćnom sistemu električne energije u proizvodnim preduzećima, visokonaponski vakumski kontaktori se koriste kao kontrolni uređaji za visokonaponske motore, transformere, frekvencijske pretvarače i drugu električnu opremu. Omogućavaju daljinsko upravljanje i često korišćenje, stoga su široko primenjeni. Ako se greške vakumskih kontakatora ne reše pravo vreme, to će direktno uticati na sigurno i ekonomično funkcionisanje agregata u preduzećima za proizvodnju električne energije.

Među vakumskim kontaktorima u visokonaponskom pomoćnom sistemu jedinica 3 i 4 termoelektrane, 60 je SL400 tipa 400A vakumskih kontakatora. Od njihove komisije 2015. do kraja 2016. godine, više vakumskih kontakatora u sistemu rukovanja ugljem doživelo je greške poput otkaza mehanizma isključivanja, spaljenja cilindra isključivanja i aktiviranja alarma "isključenje kontolne struje", što je rezultiralo nemogućnošću isključivanja opreme. Pošto je jedan kraj cilindra isključivanja direktno spojen na negativni pol, može doći do direktnog zemljenja DC negativnog pola, što dovodi do otkaza operativnosti zaštitnih uređaja i predstavlja ozbiljnu skrivenu opasnost za sigurno funkcionisanje. Uz to, potreba za ručnim isključivanjem na mestu kada vakumski kontaktor odbija da se isključi, donosi značajne bezbednosne rizike za osoblje koje operiše.

1. Princip rada mehanizma

Mehanizam rada SL-400 tipa vakumskog kontakatora izabran od strane termoelektrane je mehanički zadržavajući mehanizam. Kada se cilindar zatvaranja vakumskog kontakatora energizuje, pokretni željezni jezgrastečaj glavnog mehanizma pod dejstvom elektromagnetske sile. Valjak na pokretnom željeznom jezgrastečaju dolazi u kontakt sa zubcem isključivanja, zaključavajući izvršni element kako bi se kontakator zadržao u zatvorenom stanju. Istovremeno, mahnito telo se stisne kako bi se sakupila energija za isključivanje, a spojnica zubca isključivanja i savijanje elektromagneta isključivanja podiže kako bi se pripremilo za isključivanje.

Kada cilindar isključivanja dobije pulsni napon, pokretno željezno jezgro privlači savijanje kako bi se pomaklo nadole. Savijanje udari po spojnicu zubca isključivanja, oslobađajući mrtvu tačku održavenu od valjka pokretnog željeznog jezgra i zubca isključivanja. Pod dejstvom mahnitog tela, brzo isključivanje se dešava. Pokretno željezno jezgro, pokrenuto mahnitim telom, vrta se zajedno sa glavnim vratilom do položaja ograničavajuće ploče i zaustavlja se, završavajući proces isključivanja.

2. Analiza uzroka

2.1 Električni aspekt

Pregled kruga isključivanja pokazao je da je kontakt otpornost sekundarnog štapića, pomoćnih kontakata pozicionog vakumskog kontakatora i kontakata rukice bila normalna. Izlazni napon DC bio je oko 110V, a nije bilo situacije previše niske napone na cilindru isključivanja. Nisu pronađeni fenomeni poput loše izolacije ili zemljenja u kontolnom krugu, ni slabe ili istrošene žice.

Isključenje kontolnog kruga je alarm signal koji se aktivira zbog isključivanja vakumskog kontakatora kontrolne snage zbog dugotrajne energizacije i spaljenja cilindra isključivanja. Stoga, kada SL kontakator doživi odbijanje isključivanja, električni uzroci mogu biti u većini slučajeva isključeni.

2.2 Mehanički aspekt

Nedovoljno projektovanje materijala spojnica zubca isključivanja: Originalni materijali zubca isključivanja, savijanja elektromagneta isključivanja i spojnica bili su ugljični čelik, koji ima visoku magnetizam. Nakon više energizacija i isključivanja, savijanje i spojnica su postepeno magnetizirani magnetskim poljem generisanim cilindrom tokom procesa isključivanja, što je rezultiralo određenom međusobnom magnetskom silom i povećanjem mehaničkog otpora isključivanja. Ako dođe do otkaza isključivanja i čestih operacija, cilindar isključivanja će biti spaljen.

Ostatak magnetizma u cilindru isključivanja nakon energizacije: To dovodi do smanjenja magnetskog toka u cilindru isključivanja, što rezultira nedovoljnim momentom isključivanja i nesigurnim isključivanjem. Česta isključivanja dovode do dugotrajne energizacije cilindra isključivanja, generisanja toplote i konačnog spaljenja.

Mehanička zategnutost između zubca isključivanja i valjka pozicioniranja: Rotirajući delovi nemaju smeštanje maziva. Zubre u pokretnim delovima otvora pozicioniranja savijanja i stuba pozicioniranja, ili odstupanje otvora pozicioniranja zbog istrošenja, dovode do zategnutosti. Nakon više operacija elektromagneta isključivanja, trenje isključivanja se postepeno povećava, što dovodi do preopterećenja i spaljenja cilindra isključivanja.

Često pokretanje i isključivanje opreme: Konvejere za transport uglja i drobljače uglja su oprema koja se često pokreće i isključuje. Kada dođe do greške odbijanja isključivanja, ovi uređaji su već radili preko 500 puta. Cilindar isključivanja se često energizuje i generiše toplotu, što ubrzava starenje izolacije cilindra do određene mere.

3. Metode rešavanja

Zamena materijala ključnih komponenti: Zamena materijala spojnica zubca isključivanja sa ugljičnog čelika na neromagnetni nerjestan čelik, a fiksne šrafove sa galvaniziranog ugljičnog čelika na bakrene šrafove. To sprečava magnetizaciju spojnica, značajno smanjuje mehanički otpor isključivanja i time smanjuje potrošnju energije isključivanja.

Demagnetizacija ključnih komponenti: Demagnetizacija bazne ploče elektromagneta isključivanja i savijanja metodom tapširanja pre instalacije. To dodatno smanjuje privlačnu silu između ovih komponenti i spojnica zubca isključivanja, povećava rezervu sile isključivanja i osigurava pouzdanu operaciju zatvaranja i isključivanja kontakatora.

Lokalizovana transformacija originalnog cilindra: Zamena originalnog cilindra sa onim sa otpornosti oko 20Ω, povećanje broja navojaka cilindra kako bi se jačao magnetski tok i održao elektromagnetski napon cilindra iznad određene vrednosti. Istovremeno, povećana otpornost kruga isključivanja smanjuje struju kruga, smanjuje generisanje toplote cilindra tokom energizacije, usporava stopu starenja cilindra i efektivno smanjuje pojave odbijanja isključivanja nastale zbog smanjenja napona cilindra isključivanja zbog povećanja kontaktne otpornosti zbog spaljenja i oksidacije pomoćnih kontakata.

Smeštanje i održavanje mehaničkih delova: Smeštanje maziva na zubce isključivanja i valjak pozicioniranja vakumskog kontakatora, kao i rotirajuće delove zubca isključivanja. Poliranje i obrada zubara i istrošenih delova u pokretnim delovima otvora pozicioniranja savijanja, i smeštanje i održavanje rotirajućih delova spojnica zubca isključivanja. Nakon testa minimalne akcione naponske vrednosti, akciona vrednost je gotovo kontrolisana između 45V i 55V, čime se mehanizam isključivanja održava u dobroj kondiciji i značajno poboljšava sigurnost i pouzdanost isključivanja.

4. Preventivne mere

• Redovno održavanje i testiranje: Izvršavanje manjeg održavanja jednom godišnje i većeg održavanja svake pet godina nakon normalnog rada, i pravilno održavanje mehanizama i preventivna testiranja.

• Stroga selekcija i prihvatanje opreme: Osiguranje pravilne selekcije vakumskih kontakatora, i strogi kontrola kvaliteta komisije, prenosa i prihvatanja.

• Pravovremeno praćenje operacije: Jačanje praćenja tokom operacije kako bi se pravo vreme identifikovali i rešili problemi.

• Optimizacija postupaka održavanja: Dalje shvatanje stvarnih uslova opreme, i revizija i unapređenje postupaka održavanja na osnovu metoda i iskustva rešavanja problema.

• Jačanje inspekcije i upravljanja često korišćenom opremom: Jačanje intenziteta inspekcije i upravljanja vakumskih kontakatora u često korišćenoj opremi.

• Fokus na inspekciju mehaničkih delova: Pažnja na inspekciju mehaničkih delova vakumskog kontakatora, uključujući proveru da li je mehanizam dobro smešten, fleksibilno radi i nema zategnutosti. Posebna pažnja treba da se posveti proveri zategnutosti između savijanja elektromagneta isključivanja i spojnica zubca isključivanja.

• Iscoristavanje perioda isključenja jedinica za održavanje: Potpuno iskoristavanje perioda isključenja i pripremnosti jedinica za održavanje mehanizma vakumskog kontakatora i izvođenje preventivnih testiranja, poput testa akcione naponske vrednosti cilindra zatvaranja i isključivanja. To pomaže u shvatanju trenda deteriornacije i pravo vreme prilagođavanju i rešavanju potencijalnih problema.

5. Zaključak

Vakumski kontaktori nakon obrade su uvedeni u operaciju skoro jednu godinu bez grešaka poput odbijanja isključivanja ili spaljenja cilindra. Termoelektrana je ponovo proverila vakumskog kontakatora u sistemu rukovanja ugljem koji je novi skupio 500 do 1000 operacija i izvršila test minimalne akcione naponske vrednosti. Rezultati su pokazali da su DC otpornost i izolacija cilindra isključivanja u dobrim stanju, akcionska naponska vrednost nije značajno porasla, a testovi električnog isključivanja na mestu i na daljinu su bili precizni i pouzdani. Ovo je značajno poboljšalo zdravstveni nivo i pouzdanost opreme, smanjivši rad na održavanju i štedeći troškove održavanja.