Общий вид элегазового выключателя серии 300 на номинальное напряжение 52-145 кВ фирмы Альстон

 

Кинематическая схема действия элегазового выключателя:

1 - крышка с токоведущим выводом; 2 - наполнитель газа; 3 - дугогасительный контакт;

4 - рабочий контакт; 5 - форсунка для дутья; 6 - розеточный контакт; 7 - поршень;

8 - цилиндр; 9 - покрышка дугогасительной камеры; 10 - промежуточный фланец с токоведущим выводом; 11 - подвижный контакт; 12 - изоляционная тяга; 13 - опорный изолятор

 

 

Нагрев выводов одного из полюсов элегазового выключателя 35 кВ ВГБ-35

Причинами нагрева (10-кратный перегрев между выводами соседних полюсов) могут являться:

- скопление влаги в нижней части покрышки;

- несимметричная токовая нагрузка во вторичных токовых цепях;

- разомкнутые обмотки встроенных ТТ;

- повышенные диэлектрические потери внутренней изоляции вводов;

- образование трещин и пустот (с заполнением их влагой) в заливочной массе вводов и др.

 

1 - литая эпоксидная втулка; 2 - виниполовый заполнитель; 3 - покрышка; 4 - место скопления влаги; 5 - трансформаторы тока

 

Методика ИК-контроля

 

Внешние контакты и контактные соединения (КС) выключателей, если они доступны визуальному осмотру и находятся на воздухе, при проведении ИК-диагностики оцениваются по значению превышения температуры, регламентированному ГОСТ 8024-90 (Л.12).

Например, анализ термограммы нижнего узла подсоединения шины к выключателю ВМП-10 (рис.3-17) показывает, что для фазы А (левая фаза) - это КС, после пересчета к номинальному току значение превышения температуры характеризует его аварийное состояние.

Термопрофиль 1 фазы выключателя показывает точку максимального перегрева.

Пересчет температур от номинальной нагрузки к рабочей при близких их значениях можно производить исходя из отношения

,

где D t_н и I_н - соответственно превышение температуры и ток при рабочей нагрузке;

D t_ном и I_ном - то же при номинальной нагрузке.

В зависимости от материала контакта заводами-изготовителями электрооборудования установлены предельные значения превышения температуры нагрева контакта над температурой масла при номинальном токе:

- для контактов из меди D t_ном принимается - 35 °С;

- для контактов металлокерамических с содержанием вольфрама и молибдена D t_ном - 45 °С.

Контакты дугогасительных камер выключателей с малым объемом масла (серий ВМГ-133, ВМП-10, МГГ, МГ-110, ВМТ, ВМК), контакты дугогасительных камер и отделителей воздушных выключателей, контакты вакуумных и элегазовых выключателей рекомендуется оценивать по характеру распределения температуры по высоте дугогасительной камеры и значению избыточной температуры. В качестве иллюстрации на (рис.) приведены термопрофили дугогасительных камер выключателя ВМП-10.

У левой фазы характер распределения температуры по высоте выключателя не имеет резких перепадов, что свидетельствует об исправном состоянии дугогасительного устройства.

Средняя фаза выключателя имела неудовлетворительное КС линейного вывода и повышенное переходное сопротивление дугогасительных контактов. Термопрофиль показывает участки выключателя, имевшие аномальные зоны перегрева.

Контакты выключателей указанных выше серий находятся в относительно небольшом объеме масла.

Процесс теплообмена от контакта к поверхности корпуса (покрышки) выключателя происходит путем перехода тепла от точек с более высокой температурой к точкам с меньшей температурой.

Поскольку конструкция дугогасительных камер всех фаз выключателя одинакова, процесс теплообмена в них носит идентичный характер. Поэтому по температурам, измеренным на поверхности корпуса (покрышки) фаз, можно судить о тепловом состоянии контактов дугогасительных камер.

Сравнивая между собой измеренные температуры разных фаз, можно по значению "избыточной" температуры осуществлять дефектацию дугогасительной камеры. Так, если значение избыточной температуры, т.е. разность между максимальной температурой одной фазы, измеренной на поверхности корпуса выключателя в зоне расположения дугогасительных контактов, и минимальной температурой другой фазы находится в пределах 5-10 °С при нагрузке 0,5 I_ном, выявленную неисправность необходимо устранить во время ремонта, запланированного по графику и т.д.

Контакты дугогасительных камер (ДК) масляных баковых выключателей 35-220 кВ размещены в изоляционных конструкциях (рис.3-13) и отделены от баков выключателей слоем масла и внутрибаковой изоляцией. Процесс теплопередачи от контактов ДК к корпусу выключателя носит сложный характер, который можно рассмотреть на примере тепловой модели (рис.3-21). Модель состоит из бака 1, наполненного маслом 2, в который помещена металлическая пластина 3 в изоляции 4, имитирующей стенки ДК. Через пластину площадью F пропускается электрический ток, создающий в ней потери P.

Тогда удельные тепловые потери

.

Передача тепла от металлической пластины к наружной поверхности изоляции осуществляется путем теплопроводности.

Перепад температуры D t_из между металлической пластиной и к наружной поверхности изоляции определяется законом Фурье:

,

где d - толщина изоляции, м;

l - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м·°С);

R_u - тепловое сопротивление, м²·°С/Вт.

Корпус ДК выполнен из бумажной или тканой изоляции, пропитанной смолой и разделенной слоями масла.

Расчет коэффициента теплопроводности такой композиции представляет определенные сложности, тем более что он зависит от температуры, возрастая при ее увеличении. От поверхности изоляции тепло отводится путем естественной конвекции, которая характеризуется свободным движением масла вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц.

Непосредственно прилегающие к поверхности изоляции частицы масла нагреваются больше, нежели частицы, расположенные дальше от поверхности. Свободное движение масла вдоль нагретой поверхности изоляции определяет процесс конвективного теплообмена, который подчиняется закону Ньютона:

,

где a _м - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°С);

t_т - температурный напор, т.е. превышение температуры поверхности над температурой масла, °С.

Движение масла в основном определяется температурным напором. При малых значениях t_т преобладает ламинарный, при больших значениях - турбулентный режим движения.

Нагрев контакта ДК носит локальный характер и должен проявляться в виде теплового "пятна" на поверхности бака выключателя. Значение температуры "пятна", его конфигурация и размеры будут зависеть от температуры окружающего воздуха, масла, а также вида и местоположения дефекта в ДК.

Так, при ИК-контроле МВ-110 кВ на поверхности его бака было обнаружено небольшое тепловое "пятно" (рис.) с температурой 20,8 °С (при температуре воздуха 10 °С), расположенное в зоне нагретого масла (вид I). Ревизия выключателя выявила характер дефекта в ДК: нарушение контакта гибкой связи в нижней части камеры (рис.- вид I). При нарушении верхнего подвижного контакта ДК (рис.3-13 - вид II) конфигурация и размеры теплового "пятна" носят более ярко выраженный характер (рис.- вид II). Методика инфракрасного контроля выключателей определяется следующими факторами:

- контроль желательно проводить ранним утром, до восхода солнца, с тем чтобы исключить влияние солнечной радиации;

- перед проведением контроля необходимо оценить состояние поверхностей бака выключателя (равномерность окраски, отсутствие ржавчины, подтека масла и т.п.), что может отразиться на значениях коэффициента излучения;

- при проведении ИК-контроля рекомендуется вести запись на видеомагнитофон или на дискету с последующей обработкой данных на компьютере;

- подогрев баков выключателя, если ИК-контроль проводится в зимнее время года, должен быть заблаговременно отключен;

- фиксируются: нагрузка, температура окружающего воздуха, климатические факторы;

- ИК-контроль желательно проводить с использованием объектива 7°;

- осмотр поверхности баков выключателя необходимо вести для каждой фазы в отдельности, с обязательной записью изображения участка поверхности бака, расположенного вблизи ДК;

- при выявлении локального участка нагрева рекомендуется повторить через 12-24 ч ИК-контроль с записью изображения при иной (большей или меньшей) нагрузке.

В общем случае при оценке состояния контактов ДК при проведении ИК-контроля можно исходить из следующих соображений. При нормальном состоянии токоведущей контактной системы выключателя, сопротивление которой находится в пределах нескольких сотен мкОм, тепловыделения в зонах контактных соединений и контактов ДК сравнительно невелики и равномерно распределяются по объему масла выключателя. Если не учитывать небольшое рассеивание тепла при переходе с контакта в масло, то можно с приемлемой для ИК-контроля точностью считать одинаковыми температуры масла в баке и поверхности бака (фарфоровой покрышки) выключателя. По мере ухудшения состояния контакта ДК тепловыделение увеличивается, температура масла за счет конвекции повышается.

 

 

Рис.3-21. Тепловая модель токоведущего контакта в масле:

1 - бак; 2 - масло; 3 - металлическая пластина; 4 - изоляция; 5 - распределение температуры по высоте поверхности бака

 

На ранней стадии развития дефекта в ДК бак выключателя будет выглядеть светлее (при черно-белом дисплее тепловизора), нежели баки остальных фаз. Аварийные перегревы контактов ДК характеризуются появлением на поверхности баков MB локальных тепловых "пятен".

При получении неудовлетворительных результатов ИК-контроля контактов дугогасительных камер рекомендуется произвести внеочередное измерение переходного сопротивления всей токоведущей цепи каждого полюса выключателя и в зависимости от его значения произвести ревизию ДК или установить учащенную периодичность ИК-контроля.

 

Разъединители и отделители

Разъединители наружной установки РЛМД, РНД, РВ и др. (рис.3-23) и отделители серии ОД35 - 220 кВ в основном состоят из одной или двух колонок изоляторов, на фланцах которых смонтирована контактная система. Она состоит из двух полуножей или одного ножа, аппаратных зажимов для подсоединения ошиновки, гибкой связи, контактных переходных пластин и т.д. в зависимости от конструкции аппарата.

 

Коэффициенты l, :

фарфор - (3-4,5)·10^-6;

чугун - 11·10^-6;

алюминий - 25·10^-6;

цементная замазка - (10-28)·10^-6.

F ₁ - механические воздействия на изолятор, возникающие при коммутации с разъединителем;

F ₂ - механические напряжения, возникающие в армировке

 

Рис.3-23. Разъединитель опорного типа РЛНД-110-2:

1 - полунож; 2 - контактная плита; 3 - гибкая связь; 4 - экран; 5 - контактный вывод;

6 - изолятор

 

Как показывают результаты ИК-контроля разъединителей и отделителей, наиболее частыми причинами повышенного нагрева элементов контактной системы являются: малая надежность плакированных медью контактных выводов из алюминиевых сплавов, окисление контактных поверхностей, ослабление контактного нажатия в результате потери жесткости пружин и другое.

При ИК-контроле наряду с определением нагрева контактов и контактных соединений проверяется состояние опорно-стержневых изоляторов на предмет выявления трещин в фарфоре и увлажнения цементной армировки фланцевых соединений. Опыт эксплуатации опорно-стержневых изоляторов показал, что основная отбраковка происходит по результатам внешнего осмотра на отключенном оборудовании, при котором в фарфоре обнаруживаются продольные и кольцевые трещины.

В отдельных случаях трещины были видны невооруженным глазом и достигали 1,5 и 2 мм, а их поверхность имела желтизну или была затемнена.

Отбраковка изоляторов во многом определяется их конструкцией, длительностью эксплуатации и механическими усилиями, возникающими при операциях с разъединителями (табл.3-9).

 

Таблица 3-9

 

Факторы, связанные с повреждаемостью опорно-стержневых изоляторов разъединителей

1. Отказы разъединителей из-за поломок изоляторов составляют около 75% всех отказов. 2. Наибольшее количество отказов в классе напряжения 110 кВ. 3. Максимум повреждений изоляторов приходится на период февраль-апрель, когда в течение одних суток отмечаются значительные перепады температуры с переходом с плюса на минус (рис.3-24). 4. Максимальная повреждаемость изоляторов отмечается после 10 лет эксплуатации и связана, с одной стороны, со снижением механической прочности фарфора, а с другой - возрастанием усилий (во времени) воздействия на изолятор от привода и других элементов разъединителей (ухудшением состояния трущихся частей механизма разъединителя, нарушением плакировки ножей и т.п.). 5. При отключении разъединителей повреждаемость изоляторов почти в 2 раза выше, чем при включении. Излом фарфора, как правило, происходит у нижнего фланца изолятора. 6. Наиболее повреждаемые типы изоляторов: СТ-110, УСТ-110, АКО-110, ОНС-110/300, ОНС-110/1000, КО-110/1250, ИОС-110/300, ИОС-110/400.

 

 

Рис.3-24. Повреждаемость изоляторов разъединителей в течение года

 

Изломы фарфора могут быть обусловлены следующими факторами:

- резким снижением механической прочности фарфора за время эксплуатации;

- увлажнением цементной армировки в местах заделки фарфора;

- возникновением при отрицательных температурах в результате замерзания влаги в цементной армировке механических усилий, направленных на срез фарфора.

При динамическом воздействии на изолятор при коммутациях с разъединителем эти механические усилия способствуют разрушению (излому) фарфора.

Выявление потенциально опасных в этом отношении изоляторов с увлажненной армировкой целесообразно проводить поздней осенью до наступления заморозков. При увлажнении цементной армировки происходит увеличение тока утечки, протекающего через нее, "разогрев" армировки с повышением температуры.

Последнее фиксируется тепловизором и после обработки результатов съемки на компьютере выдается в виде термограммы.

Из термограммы видно, что температура на поверхности армировки при ее увлажнении примерно в 3-4 раза выше, нежели на поверхности изолятора.

Критерии оценки состояния фарфоровых изоляторов при ИК-контроле недостаточно выработаны и носят рекомендательный характер - путем сравнительного анализа термограмм обследованных изоляторов.

 

 

Шинный мост 6 кВ с опорно-стержневыми изоляторами:

1 - дефектный изолятор; 2 - исправный изолятор

 

 

Шинный мост 6 кВ со штыревыми изоляторами:

1 - дефектный изолятор; 2 - исправный изолятор