диплом 10.05.22. Общие технические сведения 1 Современное состояние и перспективы развития средств контроля масляных выключателей
 Скачать 0.82 Mb.
|
 СОДЕРЖАНИЕ Введение 1 Глава Общие технические сведения 1.1 Современное состояние и перспективы развития средств контроля масляных выключателей 1.2 Особенности устройства, основные показатели проверки масляных выключателей 1.3 Требования, предъявляемые к электрооборудованию масляных выключателей 2 Глава Технологическая часть 2.1 Организационные мероприятия подготовки испытаний масляных выключателей 2.2 Обзор применяемого оборудования для проведения испытаний масляных выключателей 2.3 Объем, этапы и содержание испытания масляных выключателей 2.4 Оформление результатов при испытании масляных выключателей 3 Глава Техническая часть 3.1 Способы диагностики и методы устранения основных неисправностей масляных выключателей 4 Глава Охрана труда и требования безопасности 4.1 Организационные и технические меры обеспечения производства испытаний масляных выключателей 4.2 Основные меры электробезопасности при проведении испытаний и измерений Заключение Список литературы Приложение А Введение Надежная и безопасная эксплуатация электроустановок невозможна без работоспособного высоковольтного электрооборудования и качественного функционирования электрических сетей, которые являются завершающим звеном в системе обеспечения потребителей электрической энергией. При этом работоспособность электротехнических комплексов определяется работой их главных компонентов. Одним из таких компонентов является высоковольтный выключатель, предназначенный для включения и выключения электроустановок и устройств высокого напряжения в нормальных режимах, а также для автоматического отключения электрических цепей при токах перегрузки и короткого замыкания (КЗ) с целью предотвращения развития аварий в электроэнергетических системах. Наибольшее количество парка высоковольтных выключателей, более 50% cоставляют масляные выключатели, являющиеся одними из первых видов коммутационных электрических аппаратов. Физический износ, старение и, как следствие, отказ в работе и аварийность масляного высоковольтного выключателя снижают эффективность и надежность функционирования электротехнического комплекса, приводят к ухудшению условий производственной среды, к появлению опасных факторов в рабочей зоне электротехнического персонала. Отказы в работе масляного выключателя могут привести к прекращению подачи электричества на значительной территории, в результате чего без электрической энергии останутся потребители I и II категории. Для поддержания в работоспособном состоянии и безаварийной работы электрических сетей с высоковольтными масляными выключателями в практике их технической эксплуатации проводятся плановые испытания, основанные на методах контроля и диагностирования возможных поломок и дефектов в электрооборудовании. Поэтому для предупреждения поломок и отказов в комплексах электрооборудования и обеспечения безопасности электротехнического персонала, необходимо развивать методы диагностики и контроля масляного электрооборудования. Таким образом, организация работ при испытании масляных выключателей в процессе их эксплуатации является актуальной. Объект исследования: процесс организации работ при испытании масляных выключателей. Предмет исследования: мероприятия диагностического контроля состояния масляных выключателей. Цель работы: исследование организации работ при испытании масляных выключателей напряжением 35 кВ Для достижения цели исследования поставлены следующие задачи: произвести сравнительный анализ современного состояния и перспектив развития масляных выключателей; рассмотреть основные показатели и индикаторы проверки состояния масляных выключателей при испытании; сформировать требования к электрооборудованию масляных выключателей; систематизировать организационные мероприятия подготовки испытаний масляных выключателей; конкретизировать объем, этапы и методику проведения испытаний масляных выключателей; выработать способы диагностики и методы устранения основных неисправностей масляных выключателей; обобщить требования безопасности при проведении испытаний масляных выключателей. При выполнении дипломного проекта применены методы наблюдения, обобщения, сравнения, анализа, синтеза, структурирования, систематизации, исследования операций, математической статистики, методы технического диагностирования, теории моделирования и методов оптимизации сложных систем. Структура работы соответствует логике исследования и включает в себя введение, четырех глав, заключения, список литературы, приложения. Пояснительная записка содержит страницы 64, таблиц 18, рисунков 5, Приложений 2. 1 Глава Общие технические сведения Современное состояние и перспективы развития средств контроля масляных выключателей В настоящее время для диагностирования масляных выключателей применяются как простые приборы, так и сложные измерительные комплексы Российского и зарубежного производства. Наиболее доступные – это индикаторы, мегомметры, токовые клещи и т. д. Более сложными приборами являются комбинированные многофункциональные аналоговые и цифровые приборы: тестеры, мультиметры. С их помощью контролируется ряд параметров: мегомметром – сопротивление, ваттметром – мощность, вольтметром – напряжение и т. д. Реже для диагностирования масляного выключателя используются осциллографы, анализаторы, частотомеры, позволяющие осуществлять контроль параметров на более высоком качественном уровне. Предлагаемые сегодня российскими разработчиками новые приборы по своей сути являются модернизацией более ранних разработок с целью улучшения их метрологических характеристик – повышения класса точности, быстродействия, а также введения дополнительных сервисных функций (программирования, оперативной памяти, мультиплексирования и т. д.). Разрабатывая приборы, как правило, стационарного применения, необходимо иметь в виду, что они не универсальны, сложны в эксплуатации, за счет высоких метрологических параметров имеют высокую стоимость. Особенности устройства, основные показатели проверки масляных выключателей Масляный выключатель — это коммутационное устройство, предназначенное для включения и отключения силовых высоковольтных цепей и электрооборудования под нагрузкой и без неё. Этот процесс разрыва электрической цепи выполняется выключателем за счет размыкания силовых контактов, погружённых в трансформаторное масло. За счет этого происходит гашение электрической дуги между ними, т.е. масло служит дугогасительной средой. В зависимости от назначения масла можно выделить две основные группы масляных выключателей: баковые (многообъёмные) масляные выключатели, в которых масло используется для гашения и изоляции токоведущих частей от заземлённого бака; маломасляные (малообъемные) масляные выключатели, в которых масло используется только для гашения дуги и изоляции между разомкнутыми контактами одного полюса. В электроустановках напряжением 35 кВ в качестве отключающих аппаратов применяют многобаковые масляные выключатели ВМ-35 (рисунок 1).  Рисунок 1 - Многобаковый масляный выключатель ВМ-35: а — общий вид выключателя, б — разрез бака; 1 — шкаф с приводом, 2 — кнопка отключения, 3 — газоотводная трубка с выхлопным клапаном, 4 — съемная лебедка, 5 — поддерживающая конструкция, 6 — ввод, 7 — приводной механизм, 8 — маслоуказатель, 9 — направляющая труба, 10 — экран, 11 — подвижный контакт, 12 — масловыпускной вентиль, 13 — вал с. соединительной муфтой, 14 — крышка, 15 — трансформатор тока, 16 — дугогасительная камера, 17 — бак, 18 — изоляция бака. Основой конструкции бакового масляного выключателя является бак цилиндрической или эллипсоидальной формы, внутри которого и на нем монтируются контактная и дугогасительные системы, вводы и привод. Бак заливается до определенного уровня трансформаторным маслом. Между поверхностью масла и крышкой бака должен остаться некоторый свободный объем (обычно 20 -- 30 % объема бака) - воздушная буферная подушка, сообщающаяся с окружающим пространством через газоотводную трубку. Воздушная подушка снижает давление, передаваемое на стенки бака при отключении, исключает выброс масла из бака и предохраняет выключатель от взрыва при чрезмерном давлении. В современных масляных выключателях применяются эффективные дугогасящие устройства, ускоряющие восстановление электрической прочности промежутка. Помогают снизить скорость восстановления напряжения в выключателях некоторых типов шунтирующие резисторы, присоединяемые параллельно главным контактам дугогасительных камер. Кроме скорости восстановления напряжения на длительность горения дуги в масляных выключателях влияют следующие факторы: сила тока, отключаемого выключателем; высота слоя масла над контактами; скорость расхождения контактов. Чем больше предельный отключаемый ток, тем интенсивнее газообразование и тем успешнее гашение дуги. При отключении небольших токов гашение дуги может затянуться, так как энергии, выделяемой при этом дугой, бывает недостаточно для ее гашения. При отключении токов намагничивания процесс гашения сопровождается возникновением перенапряжений, связанных с обрывом (срезом) тока до момента его естественного прохождения через нуль. Перенапряжения приводят к повторным пробоям. Упомянутые выше шунтирующие резисторы позволяют снизить кратность перенапряжений. Положительную роль они играют и при отключении зарядных токов линий электропередачи. Через шунтирующие резисторы разряжается емкость отключаемой линии, благодаря чему напряжение на проводах, созданное остаточным зарядом, понижается. При сниженной амплитуде напряжения, воздействующего на каждый полюс выключателя, уменьшается вероятность повторных пробоев. Высота слоя масла над контактами имеет существенное значение при гашении дуги. Чем больше слой масла, тем больше давление в газовом пузыре, тем интенсивнее процесс деионизации. Вместе с тем высокий уровень масла в баке снижает объем воздушной подушки, что может привести к опасному повышению давления внутри бака и сильному удару масла в крышку. При небольшом слое масла над контактами горючие газы, проходя через него, не успеют охладиться и в результате смешения с кислородом воздуха могут образовать гремучую смесь. Скорость расхождения контактов в выключателе играет положительную роль. При высокой скорости движения контактов дуга быстро достигает своей критической длины, при которой восстанавливающееся напряжение оказывается недостаточным для пробоя большого промежутка. Одним из способов увеличения скорости удлинения дуги является увеличение числа последовательных разрывов в каждом полюсе выключателя. Вязкость масла в выключателе отрицательно сказывается на скорости движения контактов. Вязкость увеличивается с понижением температуры масла. Загустение и загрязнение смазки трущихся частей передаточных механизмов и приводов в значительной степени отражаются на скоростных характеристиках выключателей. В ряде случаев движение контактов может оказаться замедленным или вообще прекратиться, контакты зависнут. При ремонтах необходимо удалять старую смазку в узлах трения и заменять ее новой консистентной незамерзающей смазкой марок ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-201, ГОИ-54. Принцип действия выключателя основан на гашении электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, потоком газомасляной смеси, которая образуется в результате интенсивного разложения трансформаторного масла (им заполнен выключатель) под действием высокой температуры дуги. Этот поток получает определенное направление в дугогасительном устройстве, размещенном в зоне горения дуги. В дугогасительных устройствах традиционных масляных выключателей гашение дуги осуществляется путем эффективного ее охлаждения в потоке газопаровой смеси, вырабатываемой дугой в результате разложения и испарения масла (рисунок 2).  а б в Рисунок 2 - Принципы организации автодутья дугогасительных камер в масляных выключателях В состав газопаровой смеси, возникающей в результате разложения масла под действием дуги, входит до 70 % водорода Н2, обладающего по сравнению с воздухом в 8 раз более высокой теплопроводностью, но меньшей предельной электрической прочностью. Поток газопаровой смеси в зоне горения дуги обладает высокой температурой 800—2500 К. Механизм охлаждения столба дуги при больших (обычно выше 100 А) и малых значениях тока дуги различен. При больших токах охлаждение дуги происходит главным образом за счёт принудительной конвекции в потоке газопаровой смеси при большом давлении. С увеличением тока интенсивность конвективного охлаждения и давление в зоне гашения дуги увеличиваются. При небольших токах конвекция и давление газа в зоне гашения дуги снижаются, условия охлаждения дуги ухудшаются и время гашения дуги затягивается. Повышение давления в зоне гашения дуги в результате принудительной подачи масла может существенно улучшить условия гашения дуги при отключении небольших токов. Можно считать, что основными условиями для наиболее эффективного гашения дуги являются: интенсивное дутье газопаровой смеси в зоне дуги, особенно в момент тока, близкого к нулю; максимально возможное высокое давление газопаровой смеси в области дуги в конце полупериода тока. Дугогасительные системы с автоматическим дутьём получили наиболее широкое применение благодаря своей эффективности и простоте конструкции. В зависимости от конструкции дугогасительных камер различают продольное дутье (рисунок 1 а), когда поток газопаровой смеси направлен вдоль столба дуги, поперечное (рисунок 1 б), когда поток направлен перпендикулярно или под некоторым углом к столбу дуги, и встречное (рисунок 2 в), когда поток направлен противоположно по отношению к направлению движения подвижного контакта с дугой. Часто в дугогасительных устройствах используется их комбинация. На рисунке 3 представлены этапы гашения дуги с автодутьём в масляных выключателях.  а б в Рисунок 3 - Этапы гашения дуги с автодутьём в масляных выключателях Гашение дуги может быть разбито на три основных этапа: первый этап (рисунок 3 а). После размыкания контактов дуга горит в замкнутом, как правило, небольшом, пространстве, создавая за счёт разложения масла значительные давления. Это так называемый «режим замкнутого пузыря». В течение этого этапа в результате выделяющейся в дуге энергии в замкнутом объёме создаётся (аккумулируется) высокое давление (до 10 МПа), которое используется на следующем этапе гашения дуги; второй этап (рисунок 3 б) наступает с момента начала истечения газопаровой смеси из области замкнутого объёма через рабочие каналы, открываемые при перемещении подвижного контакта за пределы предкамерного объёма. Этап характеризуется изменением давления газопаровой смеси в камере и рабочих каналах, куда затягивается дуга, а также интенсивного истечения газопаровой смеси и завершается процессами распада столба дуги и восстановления электрической прочности межконтактного промежутка; третий этап (рисунок 3 в). Происходят удаление из камеры оставшихся после гашения дуги горячих газов, продуктов разложения масла и заполнение внутренней полости камеры свежим маслом. На этом этапе происходит подготовка камеры для последующего ее включения и нового отключения. В масляных выключателях, предназначенных для работы в цикле АПВ, этот этап имеет очень важное значение. Эффективность ДУ и ресурс масляных выключателей в значительной мере обусловливаются физико-химическими процессами, происходящими в зоне горения дуги. Образующиеся под влиянием дуги продукты разложения масла (Н2, С и др.), ионизированный газ, пары материала контактов понижают отключающую способность ДУ и ограничивают коммутационный ресурс. Три полюса выключателя устанавливаются на литое основание, в котором расположены рычаги механизма, связанные со встроенным пружинным приводом. Полюс выключателя (рисунок 4 а) образован изоляционным цилиндром 1, внутри которого проходят токоведущие элементы, соединённые с верхним неподвижным розеточным контактом 2 и обоймой 3, присоединённой к направляющим стержням 4. Токоподвод к подвижному контакту 5 от направляющих стержней осуществляется роликовым устройством 6. Подвижный контакт 5 присоединён к рычагу механизма управления 11 посредством изоляционной тяги 7. На обойму 3 сверху устанавливается распорный цилиндр 8, а на него дугогасительное устройство 9. Маслоуказатели 10 поплавкового типа расположены наверху полюса. На рисунке 4 б представлена конструкция дугогасительной камеры комбинированного масляного дутья, состоящей из пакета изоляционных пластин разной конфигурации, стянутых шпильками. Верхняя перегородка имеет кольцо 12, изготовленное из дугостойкого материала (фторопласта). Камера имеет центральное отверстие для прохода подвижного стержня. В верхней части камеры изоляционные пластины образуют три поперечные, расположенные одна под другой, дутьевые щели 13 для больших токов, связанные вертикальным каналом 14 с под камерным и надкамерным пространствами. В нижней части камеры имеются два глухих масляных кармана 15 для гашения малых токов. При гашении малых токов ввиду недостаточности давления газопаровой смеси, создаваемого в течение первого этапа, дуга не гаснет при движении стержня вдоль дутьевых щелей 13 и достигает глухих карманов 15. В этом случае вследствие незначительности объёмов этих полостей масло, содержащееся в них, даже при незначительном токе отключения испаряется взрывообразно. Это приводит к попытке отрыва столба дуги за счёт импульсного повышения давления от токоведущего стержня, так как выброс газопаровой смеси будет происходить вверх в зону, свободную от контактной свечи. Конусная втулка, установленная в средней части камеры, служит для предотвращения чрезмерного разгона подвижного стержня под воздействием высокого давления, возникающего в камере при отключении токов К.З. В настоящее время масляные выключатели за рубежом практически не выпускаются, но в отечественных сетях все еще встречаются.  Рисунок 4 - Полюс масляного выключателя ВМ-35 (а) и его дугогасительная камера (б) Для контроля масляных выключателей, существуют методы оценки их технического состояния, по которым определяется их состояние и пригодность к эксплуатации. Набор диагностических методов, используемых для контроля технического состояния выключателей, входят четыре группы технически различающихся методов: 1. Контроль состояния главных контактов: контроль технического состояния поверхностей главных выключателя контактов по графикам токов в моменты замыкания и размыкания; определение разновременности работы фаз выключателя на основании анализа токов; контроль температуры главных контактов; учет использования коммутационного ресурса выключателя статистическим методом; 2. Контроль состояния изоляционной системы: контроль состояние изоляции выключателя под напряжением по наличию и распределению частичных разрядов; оперативный контроль основных технологических параметров изоляционной среды выключателя (масла, элегаза); 3. Контроль механических параметров привода выключателя: анализ временного графика изменения мощности, потребляемой приводным электродвигателем выключателя; контроль графиков изменения токов соленоидов, управляющих работой выключателя; анализ динамических процессов в выключателе, анализ состояния привода и конструкции выключателя по вибрационным параметрам; 4. Контроль параметров дополнительного оборудования, находящегося в ячейке и подключенного к выключателю: контроль технического состояния подходящих шин и отходящих линий; |