Обслуживание масляных выключателей

 

Масляные выключатели бывают с большим объемом масла (серий МКП, У, С и др.) и маломасляные выключатели (серий ВМГ, ВМП, МГГ, ВМК и др.).

В баковых масляных выключателях с большим объемом масла используется масло как для гашения дуги, так и для изоляции токопроводящих частей от заземленных конструкций.

В маломасляных выключателях масло используется в основном для гашения дуги и может быть при необходимости использовано для изоляции от земли частей, находящихся под напряжением. Их баки специально изолируются от земли.

Гашение дуги в масляных выключателях обеспечивается воздействием на нее масла, которое является дугогасящей средой. При этом образуется сильный нагрев, сопровождающийся разложением масла и образованием в камере выключателя газа с температурой газовой смеси, достигающей 2500 К.

Высокую дугогасящую способность масла определяет наличие в газовой смеси до 70 % водорода. Быстрое нарастание давления в газовой смеси до 3–8 МПа способствует эффективной деионизации межконтактного пространства в выключателе.

При расхождении контактов дуга гаснет в момент прохождения тока через нулевое значение, поскольку в это время мощность к ней не подводится, температура дуги падает и дуговой промежуток практически теряет проводимость.

Однако дуга может повториться, что зависит от двух противоположных друг другу факторов: скорости нарастания восстанавливающегося напряжения, стремящегося пробить промежуток между контактами, и от скорости нарастания изолирующих свойств промежутка, препятствующих пробою. Отсюда ясно, что если скорость восстановления напряжения на контактах полюса выключателя окажется выше скорости восстановления изолирующих свойств среды, то дуга вновь загорится и процесс ее гашения повторится.

В современных масляных выключателях используются эффективные дугогасящие устройства, которые ускоряют восстановление электрической прочности межконтактного промежутка. Также снижению скорости восстановления напряжения способствуют шунтирующие резисторы, присоединяемые параллельно главным контактам дугогасительных камер, которые применяются в некоторых типах выключателей.

Кроме того, на длительность горения дуги влияет сила отключаемого тока, с увеличением которого происходит более сильное газообразование и, следовательно, более успешное гашение дуги.

При малых токах отключения гашение дуги затягивается, так как ее энергии оказывается недостаточно для эффективного гашения.

При отключении токов намагничивания процесс гашения дуги сопровождается возникновением перенапряжений, связанных с обрывом тока до момента его прохождения через нуль. Перенапряжения приводят к повторным пробоям. В этих случаях целесообразно применение шунтирующих резисторов, позволяющих снизить кратность перенапряжений. С этой же целью шунтирующие резисторы целесообразно применять и при отключении зарядных токов ЛЭП, так как через них разряжается емкость отключаемых линий.

Важную роль при гашении дуги играет и высота слоя масла над контактами. С увеличением слоя масла возрастает давление в газовом пузыре и интенсивней проходит процесс деионизации. Однако высокий уровень масла в баке снижает объем воздушной подушки, что может привести к повышению давления внутри бака и сильному удару масла в его крышку.

При небольшом слое масла над контактами горючие газы, проходя через него, не успевают охладиться, и в результате соединения с кислородом воздуха могут образовать гремучую смесь.

Большое значение в выключателе имеет скорость расхождения контактов. При высокой скорости их движения дуга быстро достигает своей критической длины, при которой восстанавливающее напряжение становится недостаточным для пробоя большого промежутка. Эффективным способом увеличения скорости удлинения дуги является увеличение числа последовательных разрывов в каждом полюсе выключателя.

На скорость движение контактов отрицательно влияет вязкость масла в выключателе, которая возрастает с понижением температуры масла.

Существенное влияние на скоростные характеристики масляных выключателей оказывают загрязнение и загустение смазки трущихся частей приводов и передаточных механизмов, так как при этом замедляется скорость движения контактов вплоть до их остановки и зависания. Это следует учитывать при очередных ремонтах, в процессе которых необходимо удалить старую смазку и заменить ее на новую консистентную незамерзающую смазку, например, марок ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221.

Для отключения и включения выключателей используют электромагнитные, пневматические или пружинные приводы.

По способу включения и отключения приводы бывают полуавтоматические и автоматические.

Выключатель с полуавтоматическим приводом включают вручную, а отключают как вручную, так и дистанционно от релейной защиты. Автоматические приводы осуществляют включение и отключение выключателя как дистанционно от релейной защиты, так и вручную.

Привод выключателя состоит из следующих основных частей:

силовое устройство, служащее для преобразования подведенной энергии в механическую;

передаточный и операционный механизмы, служащие для передачи движения от силового устройства к механизму выключателя и для удержания его во включенном положении;

отключающее устройство.

Электромагнитные приводы постоянного тока применяются для управления всеми типами масляных выключателей 10—220 кВ.

Электромагнитный привод представляет собой корпус с электромагнитом включения и операционным механизмом. В корпусе размещены также электромагнит отключения, контакты вспомогательных цепей, механизм ручного отключения и жестко связанный с валом указатель положения выключателя.

Рассмотрим кратко принцип работы и схему управления электромагнитного привода выключателей; при этом остановимся на тех элементах электромагнитного привода, с которыми чаще всего приходится иметь дело оперативному персоналу на практике. К таким элементам относятся запирающий механизм, отключающее устройство и механизм свободного расцепления.

Запирающий механизм требуется для удержания выключателя во включенном положении. Для надежности запирающего механизма трущиеся поверхности ролика и защелки шлифуются; они должны регулярно смазываться незамерзающей смазкой и содержаться в чистоте.

Отключающее устройство состоит из электромагнита и ферромагнитного сердечника со штоком, перемещающегося внутри его обмотки. При подаче напряжения на обмотку электромагнита его сердечник втягивается и, ударяя по защелке, расцепляет запирающий механизм привода. Электромагнитные механизмы отключения должны обладать быстродействием и постоянством динамических характеристик независимо от колебаний напряжения сети и температуры окружающей среды. Для этого должно быть обеспечено свободное перемещение сердечника электромагнита на всем его пути, отрегулирован запас его хода, а также проверена надежная работа электромагнитного механизма отключения при отклонениях напряжения на его выводах от номинального.

Механизм свободного расцепления представляет собой систему складывающихся рычагов в приводе и является связывающим звеном между силовым устройством и передаточным механизмом. Он разобщает силовое устройство с передаточным механизмом для последующего отключения выключателя независимо от того, продолжает или нет действовать сила, осуществляющая включение.

Необходимость такого механизма обусловлена требованием мгновенного отключения выключателя действием релейной защиты при включении его на неустраненное КЗ.

Кроме перечисленных элементов коммутации, защиты и управления схемы управления выключателем содержат также цепи блокировки и сигнальные цепи.

Наиболее важной является блокировка против повторений операций включения и отключения, когда предпринимается попытка включения выключателя после его автоматического отключения на неустраненное КЗ. В этом случае команда на включение, поданная ключом, затягивается, и тем временем выключатель отключится под действием релейной защиты, что может привести к повторному включению выключателя. В данном случае блокировка запрещает повторные включения.

В схемах управления имеются сигнальные лампы, показывающие, включен или отключен выключатель, звуковая сигнализация о несоответствии положения выключателя и его ключа управления, а также сигнализация контроля цепей включения и отключения выключателя.

Кроме того, в цепях управления имеются вспомогательные контакты для электромагнитов включения и отключения, сигнальных ламп и других цепей постоянного тока. Эти контакты управляются с помощью кинематических передач между валом привода и валом контактора.

Схемы управления и сигнализации применяются на ПС в различных вариантах в зависимости от типа выключателя и его привода и ряда других условий (например, использования устройств телемеханики).

Пневматические приводы, имеющие в качестве источника сжатый воздух, применяются для управления масляными выключателями серий У, С и др.

В качестве силовых элементов применяются поршневые пневматические блоки одностороннего действия, показанные на рис. 4.1.

Сжатый воздух подается с одной стороны поршня 3, а обратный ход поршня осуществляется действием пружины 4.

Привод крепится на баке выключателя и соединяется тягой с механизмом его полюса. Каждый полюс имеет самостоятельную схему управления, обеспечивающую дистанционное трехполюсное и пофазное управление выключателем.

 

 

Рис. 4.1. Принципиальная схема поршневого пневматического блока одностороннего действия:

1 — подача сжатого воздуха; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — пружина; 5 — шток

 

Пружинные приводы применяются в маломасляных выключателях 6—10 кВ. Источником энергии в таких приводах служат мощные предварительно взведенные рабочие пружины. Завод пружины осуществляется электродвигателем, соединенным с редуктором, но возможен и ручной завод съемным рычагом. Время завода пружин в зависимости от типа привода составляет от нескольких секунд до десятков секунд.

Включение выключателя может происходить лишь после полного завода пружин, что контролируется специальной блокировкой и сигнализируется указателем готовности привода к работе. Завод пружин возможен как при отключенном, так и при включенном выключателе.

Отключение выключателя выполняется отключающими пружинами, которые расположены в механизме выключателя и заводятся при его включении.

В пружинных приводах установлены электромагниты включения и отключения, кнопки подачи команд на электромагниты, указатель готовности привода к включению и механический указатель положения выключателя.

Пружинные приводы не требуют для своей работы источника постоянного оперативного тока. Питание оперативных цепей управления, релейной защиты и автоматики, цепей обогрева шкафов КРУ осуществляется от источника переменного тока в виде выносных однофазных трансформаторов, подключенных к вводам линии или трансформаторов собственных нужд.

Выявление и устранение неполадок в работе масляных выключателей. Под неполадками в работе выключателей подразумеваются их отказы и повреждения, которые могут привести к авариям с образованием пожаров в РУ.

Наиболее частыми неполадками являются отказы выключателей в отключении токов КЗ, неисправности контактных систем, перекрытия внутренней и внешней изоляции, поломки изолирующих частей, отказы передаточных механизмов и приводов.

В настоящее время в связи с развитием энергосистем возрастают значения токов КЗ, в том числе до значений, недопустимых для отключения ранее установленными на ПС выключателями. В таких условиях эксплуатации необходимо систематически проверять соответствие параметров выключателей практическим условиям их работы. Кроме того, нельзя допускать такие схемы работы ПС, при которых мощность КЗ превышает отключающую способность выключателей, а также принимать меры по ограничению токов КЗ.

Неполадки в контактных системах нарушают процессы включения и отключения выключателей и могут привести к образованию дуги с последующим взрывом выключателя.

К неполадкам контактных систем относятся недовключение подвижных контактов, их зависание в промежуточном положении, поломка розеточных контактов и др.

Наиболее массовым видом повреждений выключателя является перекрытие изоляции. Такое может иметь место при коммутационных и грозовых перенапряжениях или при загрязнении изоляции. При загрязнении и увлажнении изоляции могут возникнуть перекрытия опорной изоляции.

Перекрытия внутри баков у выключателей наружной установки возникали при попадании в них влаги, всплытии льда при наступлении оттепели, снижении диэлектрических свойств масла, его вытекании из бака.

К неполадкам изолирующих деталей относятся разрушения фарфоровых тяг выключателей (часто у выключателей ВМГ) и изоляционных тяг (у выключателей ВМПП-10). Разрушение фарфоровых тяг приводит к перекрытию выключателей.

Повреждения передаточных и операционных механизмов приводов возникают из-за поломок отдельных деталей и нарушения регулировки. Это приводит к заеданию валов, застреванию тяг и нарушению контактных систем, что является одной из важных причин аварий выключателей.

Частыми причинами отказов приводов являются некачественная регулировка затирания в механизме расцепления и сердечников электромагнитов, дефекты пружин, нарушения связи между частями механизма привода по причине выпадения осей или пальцев.

Осмотры и меры по предупреждению отказов масляных выключателей. При осмотрах масляных выключателей прежде всего проверяют соответствие положения каждого выключателя показаниям его сигнального устройства согласно оперативной схеме.

Кроме того, проверяют состояние поверхности фарфоровых покрышек вводов, изоляторов и тяг, целостность мембран предохранительных клапанов и отсутствие выбросов масла из газоотводов, а также отсутствие следов просачивания масла через сварные швы, разъемы и краны.

На слух проверяется отсутствие шума и треска внутри выключателя.

По цвету термопленок определяется температура контактных соединений.

При значительном понижении уровня масла из бака принимаются меры, препятствующие отключению выключателя током нагрузки или током КЗ. С этой целью автоматические выключатели отключают и снимают предохранители на обоих полюсах шин электромагнита отключения. Затем собирают схему, при которой цепь с неуправляемым выключателем отключается другим выключателем — шиносоединительным (ШСВ) или обходным.

Зимой при температуре окружающего воздуха ниже минус 25 °C из-за повышения вязкости масла резко ухудшаются условия гашения дуги в масляных выключателях. Поэтому для улучшения условий работы масляных выключателей в зимнее время должен включаться электроподогрев, отключение которого производится при температуре выше минус 20 °C.

На надежность выключателей большое влияние оказывает качество работы их приводов, особенно при отклонениях напряжения от номинального в сети оперативного тока. Любое отклонение напряжения в ту или иную сторону представляет опасность для выключателя.

Так, при понижении напряжения в силовых цепях привод может недовключить выключатель, что представляет опасность при работе в режиме АПВ.

При повышении напряжения электромагниты могут развить слишком большие усилия, которые приведут к поломкам деталей привода и повреждению запирающего механизма.

Для предупреждения отказов в работе приводов их периодически проверяют при напряжении 0,8 и 1,15 U _ном. При отказе в отключении выключатель должен быть выведен в ремонт.