Cum asigură aparatele de comutare de înaltă tensiune funcționarea sigură și stabilă a sistemelor de alimentare?

Cum asigură aparatele de comutare de înaltă tensiune funcționarea sigură și stabilă a sistemelor de alimentare?

I. Definiția miezului și poziționarea în industrie a aparatelor de comutare de înaltă tensiune

Aparatul de comutare de înaltă tensiune este un set complet de bază de echipamente de distribuție a energiei în sistemul de transport și distribuție a energiei. Conform standardelor generale ale industriei energetice, se referă în mod specific la aparatele de comutare închise cu o tensiune nominală de funcționare mai mare de 36 kV, care poate realiza conectarea, deconectarea, monitorizarea, protecția și controlul circuitelor de putere de înaltă tensiune. Spre deosebire de echipamentele obișnuite de distribuție a energiei de joasă tensiune, aparatele de distribuție de înaltă tensiune se află într-o stare de așteptare încărcată pentru o perioadă lungă de timp, rămâne în poziție închisă pentru cea mai mare parte a timpului și efectuează operațiuni de deschidere și declanșare numai în timpul întreținerii echipamentelor, defecțiunilor de linie și dispecerării rețelei electrice, cu toleranță la defecțiuni extrem de scăzută și cerințe de fiabilitate extrem de ridicate.

Fiind un centru cheie al rețelelor electrice, al centralelor electrice, al întreprinderilor industriale și miniere și al sistemelor de distribuție a energiei electrice la scară largă, aparatele de comutare de înaltă tensiune determină în mod direct stabilitatea, siguranța și continuitatea alimentării cu energie. Nu numai că poate întrerupe cu precizie curenții de defect, cum ar fi suprasarcina, scurtcircuitul și supratensiunea fulgerului, dar poate realiza și distribuția rezonabilă a energiei electrice, izolarea liniilor și protecția echipamentului, făcându-l un echipament central indispensabil în sistemul de distribuție a energiei de înaltă și joasă tensiune. În ultimii 15 ani, odată cu îmbunătățirea inteligenței energetice și ecologizarea, tehnologia întrerupătoarelor de înaltă tensiune s-a repetat rapid. Întrerupătoarele minime de ulei și întrerupătoarele cu explozie de aer au fost îmbunătățite treptat, iar întreruptoarele cu hexafluorură de sulf (SF6) au devenit configurația principală de bază a instalațiilor de comutare de înaltă tensiune datorită izolației excelente și performanței lor de stingere a arcului.

II. Diviziunea completă a nivelurilor de tensiune ale aparatului de comutare

În funcție de tensiunea nominală de funcționare, industria energetică împarte aparatele de comutare în trei categorii: joasă tensiune, medie și înaltă tensiune. Cele trei tipuri de echipamente au diferențe semnificative în scenariile de aplicare, configurația structurală și standardele de siguranță, adaptându-se la nevoile diferitelor scenarii de distribuție a energiei:

1. Aparatură de joasă tensiune (LV)

Cu o tensiune nominală de funcționare ≤ 1 kV, este instalat în principal pe partea de joasă tensiune a transformatoarelor de distribuție a energiei și este utilizat pe scară largă în scenarii de distribuție a energiei terminale, cum ar fi ateliere industriale, clădiri comerciale și comunități rezidențiale. Este responsabil pentru distribuția energiei electrice terminale și protecția circuitului de bază, cu structură simplă, funcționare convenabilă și costuri de întreținere reduse.

2. Aparatură de comutare de medie tensiune (MV)

Gama de tensiune nominală de funcționare este de 1 kV ~ 75 kV. Este un echipament comun în producția industrială și substații mici și mijlocii. Este adaptat în principal generatoarelor, circuitelor de alimentare, motoarelor mari, liniilor regionale de transport și distribuție și alte echipamente, ținând cont de eficiența distribuției de energie și de capacitățile de protecție a defecțiunilor și adaptându-se la scenariile de transmisie de putere medie.

3. Aparatură de înaltă tensiune (HV)

Cu o tensiune nominală de funcționare ≥ 75kV, este un echipament special pentru transmisia și distribuția de energie de înaltă tensiune. Proiectat pentru condiții de lucru de înaltă tensiune, curent mare și sarcină mare, este echipat cu un set complet de dispozitive de protecție de siguranță îmbunătățită și componente de monitorizare de precizie. Este utilizat în principal în scenarii de putere cu risc ridicat și cu sarcină mare, cum ar fi substații mari, centrale electrice, linii de transport interprovinciale, industria petrochimică și industria grea metalurgică și este garanția de bază pentru funcționarea stabilă a rețelelor electrice de înaltă tensiune.

III. Explicație detaliată a componentelor de bază și a funcțiilor complete ale aparatului de comutare de înaltă tensiune

Aparatul de distribuție de înaltă tensiune are o structură de dulap închisă modulară, care este împărțită în forme de instalare interioare și exterioare. Întregul este compus din trei module: echipamentul circuitului principal primar, echipamentul secundar de control și monitorizare și echipamentul de protecție de siguranță. Toate componentele lucrează împreună pentru a construi un sistem complet de distribuție, protecție și monitorizare a energiei. Funcțiile componentelor de bază sunt următoarele:

1. Întrerupător de înaltă tensiune (componentă executivă de bază)

Cunoscută ca „inima” aparatelor de comutare de înaltă tensiune, este singura componentă de bază care poate porni și opri circuite cu sarcină și poate întrerupe curenții de defect de scurtcircuit. Viteza de răspuns a echipamentului poate atinge milisecunde. Când apar suprasarcină, scurtcircuit, scurgeri și alte defecțiuni în linie, acesta poate întrerupe instantaneu circuitul de defecțiune, poate preveni răspândirea defecțiunii și poate proteja echipamentul back-end și întreaga linie de transmisie. În prezent, tipul principal este întrerupătorul SF6, care are avantajele unei capacități puternice de stingere a arcului, performanțe bune de izolație, rata scăzută de eșec și durată lungă de viață, adaptându-se la condițiile de funcționare neîntreruptă pe termen lung.

2. Transformatoare de instrumente (nucleul de monitorizare și măsurare)

Împărțite în transformatoare de curent (CT) și transformatoare de tensiune (VT), acestea sunt „organele senzoriale” ale aparatului de comutare. Funcția de bază este de a converti tensiunea înaltă și curentul mare în semnale standard de joasă tensiune și curent mic. Pe de o parte, oferă date precise pentru măsurarea instrumentelor și monitorizarea datelor de putere; pe de altă parte, furnizează semnale de declanșare pentru releele de protecție, realizând avertizarea timpurie și declanșarea automată a defecțiunilor și asigurând funcționarea vizualizată și controlabilă a sistemului de alimentare.

3. Întrerupător de împământare (nucleul protecției de siguranță)

Este o componentă de siguranță obligatorie, utilizată în principal în condițiile de întreținere a echipamentelor. După ce întrerupătorul și separatorul sunt deschise și oprite, întrerupătorul de împământare poate stabili rapid un circuit de împământare, poate elibera complet sarcinile induse și tensiunea reziduală rămasă în linie și echipament, poate elimina pericolul ascuns al funcționării sub tensiune și poate asigura pe deplin siguranța personală a personalului de întreținere și a echipamentelor.

4. Transformator Step-Up/Step-Down

Este cel mai mare și mai scump echipament de conversie a puterii din aparatul de comutare. Transformatoarele step-up sunt utilizate în principal la capătul transmisiei pentru a reduce curentul de transmisie prin creșterea tensiunii și pentru a reduce pierderea de putere în transmisia pe distanțe lungi; transformatoarele coborâtoare sunt utilizate la terminalul de distribuție a energiei pentru a converti energia electrică de înaltă tensiune în energie electrică de joasă tensiune potrivită pentru echipamente industriale și civile, realizând o transmisie eficientă și o adaptare rezonabilă a energiei electrice.

5. Întrerupător de deconectare (componentă de izolare)

Cunoscut și ca izolator, este un comutator manual mecanic fără funcție de stingere a arcului și este strict interzis să funcționeze cu sarcină. Funcția sa principală este de a realiza izolarea fizică între echipamente și rețeaua de alimentare, de a forma un punct de întrerupere evident, de a oferi condiții de funcționare sigure pentru întreținerea echipamentelor și operarea și întreținerea liniei și este dispozitivul de bază de garantare a siguranței pentru funcționarea de înaltă tensiune.

6. Releu de protecție (componentă de control inteligent)

„Creierul inteligent” al tabloului de distribuție poate monitoriza parametrii de funcționare, cum ar fi tensiunea de linie, curentul și temperatura în timp real, 24 de ore pe zi și poate identifica cu exactitate condițiile anormale de lucru, cum ar fi scurtcircuit, suprasarcină și defecțiune la pământ. Odată detectată o defecțiune, trimite imediat o instrucțiune pentru a declanșa întrerupătorul de circuit la declanșare și, în același timp, stinge arcul de defecțiune și înregistrează datele de defecțiune, realizând izolarea și trasabilitatea rapidă a defecțiunii.

7. Bare colectoare (canal de transmisie a energiei electrice)

Fabricat din materiale conductoare cu impedanță scăzută, este canalul principal pentru transmiterea energiei electrice în interiorul tabloului de distribuție. Este responsabil pentru conectarea tuturor componentelor de bază, cum ar fi întrerupătoarele, transformatoarele și transformatoarele, asigurând transmiterea eficientă și stabilă a energiei electrice în dulap. Calitatea materialului și procesul de instalare afectează în mod direct eficiența generală de transmisie a tabloului de distribuție.

8. Descărcătoare de supratensiune și rețea de împământare (sistem de protecție la supratensiune)

Descărcătoarele de supratensiune sunt special concepute pentru impacturi tranzitorii de înaltă tensiune, cum ar fi supratensiunea fulgerului și supratensiunea de comutare. Ele pot absorbi rapid energia de supratensiune și pot evita defalcarea de înaltă tensiune a straturilor de izolație a echipamentelor; Rețeaua de împământare de susținere este compusă din electrozi metalici subterani și bare de împământare, care pot conduce rapid curentul de defect și curentul de supratensiune în pământ, oferind protecție dublă echipamentelor împotriva daunelor tranzitorii de înaltă tensiune.

9. Contactor

Potrivit pentru circuite auxiliare de joasă tensiune sub 1 kV, poate porni și opri frecvent circuitele de control și circuitele de putere de la distanță, controlând în principal sarcini precum motoare, condensatoare și echipamente de iluminat. În comparație cu întreruptoarele de circuit, contactoarele au o frecvență de funcționare mai mare și o durată de viață mecanică mai lungă, dar nu are capacitate de rupere a defectelor de înaltă tensiune și sunt utilizați doar ca componente auxiliare de control de joasă tensiune.

IV. Două tipuri principale de aparate de comutație de înaltă tensiune și compararea avantajelor și dezavantajelor acestora

În funcție de diferitele medii de izolare, industria împarte aparatele de comutație de înaltă tensiune în două categorii: aparate de comutație izolate cu aer (AIS) și aparate de comutație izolate cu gaz (GIS). Cele două au diferențe semnificative în scenariile de adaptare, caracteristicile de performanță și costurile de operare și întreținere:

1. Aparatură de distribuție izolată cu aer (AIS)

Cu aerul natural ca mediu de izolare, acesta este tipul principal de aparate tradiționale de înaltă tensiune. Avantajele sale de bază sunt structura simplă, costul redus, instalarea convenabilă, diagnosticarea intuitivă a defecțiunilor și dificultatea redusă de întreținere zilnică; dezavantajele sale sunt volumul mare al dulapului, performanța de izolare foarte afectată de mediu și degradarea ușoară a izolației în medii umede, prăfuite și poluate. Este potrivit în principal pentru stații convenționale exterioare și scenarii de distribuție a energiei de înaltă tensiune, cu condiții bune de lucru.

2. Aparatură de distribuție izolată cu gaz (GIS)

Folosind gaz de hexafluorură de sulf de înaltă puritate (SF6) ca mediu de izolare și de stingere a arcului, toate componentele sub tensiune sunt sigilate în dulapul umplut cu gaz. Avantajele sale de bază sunt dulapul compact, suprafața mică a podelei, performanța stabilă de izolare, neafectat de praful extern, umiditate și vremea nefavorabilă, fiabilitatea de funcționare extrem de ridicată și rata de eșec extrem de scăzută; dezavantajele sale sunt costul ridicat al echipamentului, procesul complex de întreținere și cerințe stricte privind performanța de etanșare. Este potrivit în principal pentru scenarii de ultimă generație, cum ar fi substații urbane, săli de mașini închise, condiții dure de lucru și transmisie de putere de înaltă densitate.

V. Defecțiuni obișnuite și scheme standardizate de depanare ale aparatelor de comutare de înaltă tensiune

Rata generală de eșec a aparatului de comutare de înaltă tensiune este scăzută, dar funcționarea pe termen lung, eroziunea mediului, funcționarea necorespunzătoare și îmbătrânirea componentelor pot cauza diverse defecte. Combinată cu experiența de operare și întreținere din prima linie, această lucrare sortează cauzele defecțiunilor de înaltă frecvență și soluții standardizate, care sunt potrivite pentru lucrările zilnice de inspecție și întreținere a echipamentelor:

1. Mânerul de operare nu poate fi blocat: Este cauzată în principal de rugină, blocaj, îmbătrânire a mecanismului de blocare intern sau chei nepotrivite. Metoda de tratament: Verificați cheia specială de operare, curățați și îndepărtați ruginarea mecanismului de blocare, adăugați unsoare specială lubrifiantă și înlocuiți direct componentele deteriorate pentru a asigura funcționarea normală a blocării mecanice.

2. Zgomot anormal în interiorul dulapului: Cauzele principale sunt vibrațiile electromagnetice cauzate de șuruburile de fixare slăbite ale plăcii despărțitoare și cablurile care ating placa de presare. Metoda de tratament: Fixați complet șuruburile plăcii despărțitoare ale dulapului și aplicați etanșant pentru a fixa interfața cablului pentru a elimina zgomotul de vibrații de contact.

3. Îmbinările cablajului supraîncălzite: Este cauzată în principal de șuruburi slăbite, funcționare de suprasarcină pe termen lung și rezistență excesivă la contact. Metoda de tratament: Funcționați strict în funcție de curentul nominal al echipamentului, fixați toate șuruburile de cablare și înlocuiți în timp util barele și îmbinările îmbătrânite și oxidate.

4. Test de izolație necalificat și defecțiuni frecvente la pământ: Principalele cauze sunt izolatoarele fisurate, umede și contaminate, ceea ce va duce la o scădere semnificativă a performanței izolației. Metoda de tratament: Înlocuiți izolatoarele deteriorate, curățați componentele izolatoare ale dulapului cu agenți speciali de curățare a izolației și uscați bine zonele umede pentru a restabili performanța izolației.

5. Deschiderea și închiderea anormală a obloanelor de protecție: Deformarea obloanelor, lipsa uleiului în piesele mobile și blocarea articolelor diverse vor duce la nedeschiderea și închiderea normală. Metoda de tratament: Curățați articolele diverse din piesele mobile, corectați obloanele deformate, adăugați ulei lubrifiant și reglați precizia deschiderii și închiderii.

6. Stingerea luminilor indicatoare de stare: Cauzele obișnuite includ deteriorarea becului, arderea siguranței/rezistorului, contactul slab al întrerupătoarelor auxiliare și defecțiuni ale comutatorului de limită. Metoda de tratament: Înlocuiți becurile și siguranțele deteriorate, curățați contactele întrerupătoarelor auxiliare și verificați starea de funcționare a întreruptorului de circuit la bornă.

7. Funcționarea dezordonată a unității de comandă: Motivele principale sunt șuruburile slăbite ale blocului terminal și contactul slab al ștecherului de control. Metoda de tratament: Fixați toate șuruburile terminalelor, reconectați și blocați conectorul de control pentru a asigura un contact stabil al liniei.

VI. Cele cinci funcții de protecție de prevenire ale aparatului de comutare de înaltă tensiune (nucleu de siguranță)

Funcția de interblocare cu cinci prevenire este designul de bază de siguranță al aparatului de comutare de înaltă tensiune, care este o configurație standard obligatorie în industrie. Poate elimina mecanic accidentele majore de putere cauzate de funcționarea greșită umană și este garanția de bază pentru siguranța funcționării la înaltă tensiune:

1. Preveniți închiderea cu sarcină: După ce căruciorul întrerupător este închis în poziția de testare, blocarea mecanică blochează căruciorul, care nu poate fi împins în poziția de lucru sub tensiune, eliminând accidentul de închidere cu sarcină.

2. Preveniți închiderea cu linia de împământare: Când întrerupătorul de împământare al dulapului este în poziția închis, întrerupătorul nu poate fi închis și pornit, evitând scurtcircuitul și explozia cauzate de transmiterea forțată a puterii fără a îndepărta linia de împământare.

3. Preveniți intrarea accidentală în intervalul live: Când întrerupătorul este în starea de funcționare închisă și sub tensiune, ușa din spate a dulapului este blocată de încuietoarea mecanică și nu poate fi deschisă, împiedicând personalul să intre în zona sub tensiune și să primească un șoc electric.

4. Preveniți suspendarea liniei de împământare cu electricitate: Când întrerupătorul este în starea de funcționare închisă și sub tensiune, mecanismul de operare al întrerupătorului de împământare este blocat și nu poate fi închis și împământat, eliminând defecțiunea de scurtcircuit cauzată de suspendarea liniei de împământare cu electricitate.

5. Preveniți tragerea cuțitului cu sarcină: Când întrerupătorul este în stare închisă cu sarcină, căruciorul nu poate fi mutat din poziția de lucru și este interzisă deschiderea întrerupătorului de izolare cu sarcină.

VII. Rezumatul de bază al textului complet

Aparatul de înaltă tensiune este setul complet de bază de echipamente de distribuție a energiei pentru sistemele de alimentare de înaltă tensiune de peste 75 kV. Bazându-se pe munca coordonată a componentelor modulare, cum ar fi întrerupătoarele, transformatoarele de instrumente, releele și sistemele de împământare, acesta integrează cinci funcții de bază: distribuția energiei electrice, controlul circuitelor, protecția împotriva defecțiunilor, protecția de siguranță și monitorizarea în timp real. În ceea ce privește categoriile, este împărțit în principal în două tipuri: aparate de comutație izolate cu aer AIS, cu structură simplă și operare și întreținere convenabile, și aparate de comutație izolate cu gaz GIS, cu performanțe stabile și potrivite pentru scenarii high-end.

Echipamentul în ansamblu are caracteristicile unei rate scăzute de eșec, durată lungă de viață și fiabilitate ridicată și se află într-o stare de funcționare de așteptare pentru o lungă perioadă de timp. Garanția sa de bază de siguranță provine din designul standardizat de interblocare cu cinci prevenire și mecanismele perfecte de protecție la supratensiune, suprasarcină și scurtcircuit. Defecțiunile zilnice de funcționare sunt cauzate în mare parte de îmbătrânirea componentelor, instalarea slăbită, eroziunea mediului și funcționarea necorespunzătoare, iar probabilitatea de defecțiune poate fi redusă mult prin inspecție regulată și operare și întreținere standardizate. În domenii precum transportul rețelei de energie electrică, distribuția de energie industrială și puterea nouă a energiei, funcționarea stabilă a aparatelor de comutare de înaltă tensiune este fundația cheie pentru funcționarea sigură, eficientă și continuă a întregului sistem de alimentare.

VIII. Întrebări frecvente de înaltă frecvență (general de industrie)

Î1: Care este diferența de bază dintre aparatele de comutație de înaltă tensiune și cele de joasă tensiune?

A1: Diferențele de bază se află în tensiunea nominală, nivelul de izolație și poziționarea funcțională. Aparatul de comutare de înaltă tensiune (≥75kV) are stingerea arcului de înaltă tensiune, capacitate de întrerupere a scurtcircuitului și protecție cu cinci prevenire, care este utilizat pentru transmisia pe linia principală; aparatura de comutare de joasă tensiune (≤1kV) este utilizată numai pentru distribuția de energie la terminale, cu structură simplă și fără protecție de înaltă tensiune.

Î2: Cum se selectează între aparatele de comutare de înaltă tensiune GIS și AIS?

A2: Alegeți AIS pentru exterior convențional, condiții bune de lucru și buget limitat; alegeți GIS pentru zonele centrale urbane, săli de mașini închise, condiții dure de lucru și spațiu limitat.

Î3: Pot fi operate frecvent aparatele de comutare de înaltă tensiune?

A3: Nu. Întreruptoarele de circuit de înaltă tensiune sunt interzise să funcționeze frecvent cu sarcină; numai contactoarele de joasă tensiune pot porni și opri frecvent circuitele auxiliare, altfel va accelera îmbătrânirea echipamentului și va provoca pericole ascunse.

Î4: Funcția de cinci prevenire a aparatului de comutare de înaltă tensiune poate fi eliberată manual?

A4: Este strict interzis să-l eliberezi fără permisiune. Numai personalul profesionist de operare și întreținere îl poate debloca temporar conform specificațiilor în timpul întreținerii și după luarea măsurilor de protecție de siguranță și trebuie restabilit imediat după operare.

Î5: Care sunt principalele pericole și principiile de tratament ale îmbinărilor supraîncălzite ale aparatului de distribuție?

A5: Pericolele includ accelerarea îmbătrânirii componentelor, provocând scurtcircuite și chiar incendii; principii de tratament: verificați sarcina, fixați îmbinările, înlocuiți componentele învechite și eliminați suprasarcina.

Î6: Este necesară oprirea pentru întreținere dacă există zgomot anormal în interiorul tabloului de înaltă tensiune?

A6: Da. Zgomotul anormal este o avertizare timpurie a anomaliilor echipamentului. Dacă este lăsat necontrolat pentru o perioadă lungă de timp, va provoca defecte. Este necesar să se închidă imediat pentru a verifica și a elimina pericolele ascunse înainte de a relua funcționarea.

Î7: Ce indicatori trebuie detectați zilnic pentru tablourile de distribuție izolate cu gaz SF6?

A7: Detectați în mod regulat gazul SF6 (presiune, puritate, micro-apă) și etanșeitatea carcasei și verificați performanța izolației și flexibilitatea funcționării mecanice.