От чего зависит качество работы высоковольтных выключателей?

Качество функционирования высоковольтных выключателей (ВВ) – одна из составляющих надёжной и безопасной работы всей системы передачи и распределения электроэнергии как в нормальных, так и в аварийных режимах. Когда имеется неисправность в линии электропередачи, основная задача выключателя – быстро и эффективно выйти из этой ситуации путем отключения цепи и изолирования  неисправности от источника питания. Быстрое размыкание снижает ущерб, вызванный высокими токами короткого замыкания, которые могут повредить оборудование. Или, например, в режимах частой перекоммутации оборудования на подстанции, обусловленной сезонными изменениями потребления электроэнергии, необходима четкая работа выключателей. Именно поэтому важно тестировать выключатели так, чтобы быть полностью уверенным в том, что они функционируют правильно.

Диагностика выключателей осуществляется согласно нормативной документации. В зависимости от типов выключателей (масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные) перечень измеряемых характеристик, на основании которых делается вывод о состоянии выключателя, может быть различным. Кроме измерений формальных параметров ВВ, существует целый ряд тестов, дающих дополнительную информацию о состоянии оборудования. При этом, именно такая дополнительная информация может указать на зарождающиеся дефекты, когда все основные параметры будут находиться в паспортных значениях. Один из наиболее распространенных тестов – это определение скоростных и временных характеристик главных контактов, которые непосредственно показывает время отключения. Рассмотрим ситуацию, когда выключатель выводят из эксплуатации для тестирования, но при этом, он не был задействован в течение продолжительного времени, так как находился в резерве. За время простоя узлы выключателя испытывали недостаток в смазке, а подшипники могут иметь коррозию. Эти проблемы замедлят первые срабатывания. Но если перед началом тестирования осуществить хотя бы одну операцию включения или отключения, происходит самоочистка от следов коррозии или залипших подшипников, что приведет время срабатывания выключателя к стандартным величинам. Поэтому при определении реальных временных характеристик, этой проблемы может не быть и обслуживающий персонал примет решение, что этот выключатель в хорошем состоянии и не нуждается в дальнейшем обслуживании. Но спустя какое-то время неисправность появится снова, и этот выключатель не будет размыкаться достаточно быстро или не станет размыкаться совсем. Поэтому важно фиксировать параметры первых срабатываний, так как при этом могут быть обнаружены зарождающиеся проблемы в выключателе.

Измерение при первом срабатывании – это часть оперативного тестирования, результаты которого несут в себе очень много полезной информации. Остановимся на трех измеряемых параметрах: токи катушек, управляющее напряжение и время срабатывания контактов. Но, кроме того, доступны и другие параметры – это время срабатывания дополнительных контактов, вибрация, токи электродвигателей, ход и скорость контактов и др.

Токи катушек измеряются, в том числе, для определения каких-либо проблем со смазкой внутри главных подшипников или в защелке. Анализ токов катушек также может показать изменения сопротивления, вызванные короткозамкнутыми витками, сгоревшими катушками и т.п. Управляющее напряжение измеряется во время работы для индикации состояния батарей аккумуляторов. Перед работой напряжение станционной батареи должно быть в норме, и контролироваться зарядными устройствами. Однако во время работы расход электроэнергии батареи может быть слишком большим. Если это напряжение упадет ниже 10% от номинального, то это может быть признаком неисправности аккумуляторной батареи. Если выключатель имеет три приводных механизма, то токи обмоток и управляющие напряжения должны измеряться для каждого механизма.

Чтобы выполнить квалифицированную диагностику высоковольтного оборудования персоналу необходимо иметь четкое представление о механизмах и кинематике исследуемых выключателей. Рассмотрим кратко принцип действия на примере элегазового выключателя.

Рис. 1. Основные элементы элегазового выключателя:
1 Дугогасительное устройство; 2 Металлический корпус; 3 Ввод; 4 Трансформатор тока; 5 Несущая рама; 6 Шкаф управления с приводом; 7 Опорная стойка;

Более подробно остановимся на дугогасительном устройстве (1)

Рис. 2. Принцип размыкания

Составными частями токовой цепи являются контактодержатель (1), цоколь (6) и подвижный контактный цилиндр (5). Во включенном положении (рис. 2 а) ток проходит через главный контакт (2). Параллельно имеется дугогасительный контакт (3). В процессе отключения  (рис. 2 б) размыкается главный контакт (2), вследствие чего ток подается в цепь, проходящую через все еще замкнутый дугогасительный контакт. Когда в ходе последующего выполнения этой коммутационной операции дугогасительный контакт (3) тоже размыкается (рис. 2 в), между его частями возникает дуга. Тем временем, контактный цилиндр (5) перемещается вглубь цоколя (6), сжимая имеющийся там дугогасящий газ. Сжатый газ устремляется через контактный цилиндр (5) в сторону, противоположную направлению перемещения подвижных контактных деталей, достигает дугогасительного контакта и гасит электрическую дугу.

При отключении большого тока короткого замыкания элегаз, находящийся в области дугогасительного контакта, сильно нагревается электрической дугой. Это приводит к увеличению давления в контактном цилиндре. В этом случае, повышение давления до уровня, необходимого для гашения дуги, происходит без потребления энергии от привода. В ходе дальнейшего процесса отключения (рис. 2 г)  неподвижная часть дугогасительного контакта освобождает сопло (4). При этом газ устремляется из контактного цилиндра в сопло и гасит электрическую дугу.

Одновременное измерение временных характеристик в пределах одной фазы важно в том случае, когда последовательно соединены несколько контактов. Такая схема выключателя работает как делитель напряжения, и если разность размыкания контактов по времени будет значительна, то на одном из контактов может произойти перенапряжение. Допуск по одновременности размыкания контактов для большинства типов выключателей не превышает 2 мс.

Рис. 3. График хода

Высоковольтный выключатель сконструирован специально для разрыва цепи при определенном токе короткого замыкания, а это требует срабатывания с заданной скоростью для создания необходимого охлаждающего потока элегаза (воздуха или масла в зависимости от типа выключателя). Если поток охлаждает электрическую дугу достаточно хорошо, то ток прерывается при следующем переходе через ноль. Важно прервать ток так, чтобы дуга не загорелась снова до того, как контакт войдет в так называемую демпферную зону (Рис. 3, участок кривой DE). Скорость рассчитывается по двум точкам на кривой хода контакта. Верхняя точка задается расстоянием (мера длины, градусы или процент хода) от: а) положения при включенном выключателе; б) точки замыкания или размыкания контакта. Нижняя точка определена, базируясь на верхней точке. Это может быть либо расстояние ниже верхней точки, или время до верхней точки. Время прохождения контакта между этими двумя точками лежит в пределах 10...20 мс, что соответствует 1-2 переходам через ноль. Расстояние, на котором должна быть погашена электрическая дуга, обычно называют зоной дугогашения (Рис. 3, участок кривой CD). Демпфирование – очень важный параметр для механизмов, используемых для включения/отключения выключателей. Если демпфирующее устройство не функционирует исправно, то возникают механические деформации, которые могут сократить срок службы выключателя и привести к серьезным повреждениям. Демпфирование в операции отключения обычно измеряется по скорости, но также можно измерять время прохождения контактов между двумя точками, расположенными над линией, которая соответствует отключенному положению.

Существующие средства диагностики высоковольтных выключателей позволяют регистрировать все необходимые параметры для принятия решения о выводе оборудования в ремонт или продолжении его работы. При этом измерения могут производиться по всем трем фазам одновременно, что существенно уменьшает время проверки.

Практически для всех типов выключателей существуют базы данных графиков скорости, перемещения, ускорения и других характеристик, соответствующих состоянию нового, исправного оборудования. При периодической диагностике ВВ, в процессе их эксплуатации, сопоставляя получаемые графики с «эталонными», возможно отследить состояние выключателя в динамике – наглядно увидеть развитие дефекта. Таким образом, эксплуатирующим предприятиям получается минимизировать издержки, связанные с внезапно проявляющимся неисправностями или с выводом в плановый ремонт исправного оборудования.

Представленный материал информационно-аналитический, не носит рекламный характер и не призывает к действию. Сведения предназначены для информирования пользователей сайта www.skbpribor.ru о продукте производителя.