Анализ причин отказов электромагнитных блокировок - Основные причины отказов

В качестве одной из основных причин отказов электромагнитных оперативных блокировок в Сургутских электрических сетях обозначен климатический фактор - замерзание узлов КСА и блок-замков. В качестве второго по значимости вида отказов является невозможность регулировки блок-контактов коммутирующего устройства КСА из-за сварного соединения вертикальных тяг привода разъединителя. Этот вид дефектов является издержкой “индустриализации” монтажа разъединителей, когда вместо тонкой трудоемкой наладки блок-контактов КСА блокировок разъединителей (процедура предусмотрена в “Инструкции по эксплуатации оперативных блокировок безопасности в распределительных устройствах высокого напряжения” [3]) производились разрезание вертикальных валов привода и сварка их “по месту”. Это варварское решение в дальнейшем практически не дает возможности наладить электромагнитные блокировки разъединителя. Из этого следует вывод, что конструкция электромагнитной блокировки разъединителей по своему конструктивному исполнению не должна требовать дополнительной регулировки ее после монтажа разъединителя.

Конструкция электромагнитной блокировки разъединителя должна быть выполнена так, чтобы ее полная и точная наладка производилась на заводе и после сборки разъединителя не требовала дополнительной наладки на месте монтажа.

Рис. 3. Закрепленный к свае электрический шкаф разъединителя 220 кВ на подстанции 500/220/110 кВ Сомкинская Сургутских электрических сетей с двумя штырями для крепления кабеля электромагнитной блокировки

Рис. 4. Электрический шкаф разъединителя 220 кВ с деформированной нижней полкой

Эксплуатирующий персонал подстанций станет доверять системе электромагнитной оперативной блокировки только в том случае, если ее срабатывание будет всегда “неотвратимым”, как отметил главный инженер МЭС Северо-Запада В. В. Панасенко на селекторном совещании в РАО “ЕЭС России” [4].
Электромагнитная блокировка разъединителя - неотъемлемая часть его конструкции и ее аппаратура (коммутирующие устройства КСА и блок- замки) размещена в электрическом шкафу, установленном обычно под рамой разъединителя ВНИИ ") в 2000 г. в Сургутских электрических сетях ОАО Тюменьэнерго провел выборочное обследование технического состояния узлов электромагнитных блокировок разъединителей с целью выявления причин их отказов. Обследование проводилось на подстанциях Сургутских электрических сетей:
110/36/6 кВ Вега, ввода 1982 г.;
220/110/10 кВ Пимская, ввода 1986 г.;
500/220/10 кВ Сомкинская, ввода 1988 г.;
220/110 кВ Полоцкая, ввода 1981 г.
Обследовались узлы механической части блокировок разъединителей, коммутирующие устройства КСА систем блокировки, блок-замки разъединителей, подводы контрольных кабелей к шкафам приводов разъединителей.
Подстанции Сургутских электрических сетей сооружены: на искусственных площадках, создаваемых намыванием песка гидродинамическим способом или отсыпкой. Сооружения подстанций и электрические аппараты, в том числе и разъединители, установлены, в основном, на сваях, что обусловлено пучинистым характером грунтов.
На подстанциях часть контрольных кабелей вторичной коммутации проложена в железобетонных лотках. Практически все кабели электромагнитных блокировок с пластмассовой оболочкой к шкафам приводов разъединителей проложены в земле на глубине около 50 см.
Шкафы приводов разъединителей жестко закреплены к сваям, на которых смонтирован электрический аппарат. Предусмотрено несколько вариантов защиты кабелей от механических повреждений:

1. отрезком трубы, прикрепленным к шкафу привода и заглубленным в землю;
2. отрезком трубы, прикрепленным к шкафу привода и находящимся над уровнем земли в 15-30 см;
3. коробчатым профилем, прикрепленным одним концом к шкафу привода разъединителя, а другим - заглубленным в землю.

На рис. 1 показано, что при первом варианте механической защиты кабеля в результате морозного пучения происходит движение кабеля и он повреждается краем трубы. Второй вариант механической защиты не позволяет выполнить эффективно механическую защиту кабелей, так как наиболее уязвимые участки кабелей оказываются незащищенными.
Выполнение механической защиты кабелей по третьему варианту, так же, как и по первому, кроме повреждения кабеля в земле, приводит к деформации нижней полки шкафа привода из-за движения коробчатого профиля (трубы) в результате морозного пучения (рис. 2, 3). Есть вариант прокладки кабелей в подвесных металлических лотках на подстанциях 110 кВ типа КТПБ Сургутских электрических сетей, где в какой-то мере устраняются недостатки приведенных трех вариантов механической защиты кабелей.

Рис. 5. Конструкция электрического шкафа разъединителя 110 кВ на подстанции 110/35/6 кВ Вега Сургутских электрических сетей с выдвижной шторкой для блок-замков

Рис. 6. Общий вид электрического шкафа разъединителя 110 кВ на подстанции 220/110 кВ Полоцкая Сургутских электрических сетей, состоящего из трех секций, секция блок-замков открыта в сторону, корпус шкафа, закрывающий нижние секции, опущен вниз

Шкафы ручных приводов разъединителей, эксплуатируемых на подстанциях Сургутских электрических сетей, изготовлены из стального листа и имеют уплотнения только для защиты от погодных воздействий (от прямого попадания воды во время дождя и влаги в виде снега) и не уплотнены снизу (не предусмотрено конструкцией) (рис. 4, 5, 6).
Шкафы двигательных приводов разъединителей, в том числе и разъединителей 500 кВ, имеют резиновые уплотнения по периметру дверной створки (рис. 7).
Все шкафы приводов не имеют подогрева, позволяющего избежать конденсации влаги на устройствах, находящихся в шкафу. При выполнении операций с разъединителями оперативный персонал пользуется ключами для блок-замков. Для этого в некоторых конструкциях шкафов ручных приводов предусмотрена возможность раздельного доступа к блок-замкам с открыванием специальной шторки, перемещением ее по вертикали вниз (рис. 5), или специальной дверцы (рис. 6).
Коммутирующие устройства КСА размещены в шкафах приводов разъединителей. Вследствие частых отказов электромагнитной блокировки, происходящих по совокупности разных причин, эксплуатационному персоналу требуется многократно полностью открывать шкафы приводов с целью доступа к КСА. В ряде конструкций шкафов предусмотрена возможность полного открывания шкафов приводов с одновременным открыванием отсека блок-замков и КСА.
Как показано на рис. 4, при выполнении операций с разъединителями для прямого попадания влаги доступны не только блок-замки, но и КСА. Отсутствие уплотнений в шкафах ручных приводов разъединителей дает возможность проникновению мелкого песка внутрь шкафа, приводит к коррозии электрических контактов коммутирующих устройств КСА. Коррозия электрических контактов КСА (подвижных и неподвижных) происходит в результате попадания внутрь шкафа воды и конденсационной влаги. Даже наличие уплотнений из микропористой резины на шкафах двигательных приводов разъединителей не позволяет избежать коррозии как на подвижных, так и на неподвижных контактах КСА. В зимних условиях попадания влаги приводит к замерзанию блок- замков и подвижных контактов КСА, а, следовательно, к отказу в работе электромагнитной блокировки.
Для большинства разъединителей 110 - 220 кВ с ручным приводом механическое соединение вала КСА с валом управления разъединителем соответствует схемам, показанным на рис. 8. Конструктивное исполнение и компоновочные решения в расположениях блок-замков и КСА в шкафах приводов разъединителей, обследованных на подстанциях Сургутских электрических сетей, отличаются большим разнообразием. Для разъединителей 110 - 220 кВ с ручным приводом в соединениях валов разъединителя и КСА в большинстве случаев отсутствует регулирующее устройство с плавным бесступенчатым регулированием углов установки вала привода разъединителя и вала КСА в этом соединении.
Обследования, проведенные в Сургутских электрических сетях, показали, что при выборочном осмотре до 50% КСА у контактов в положении “включено” наблюдается недоход контактов до положения распора.
Коммутирующее устройство КСА (рис. 9) состоит из поворотной части (ротора) с шестигранным валом 1, на котором нанизаны контактные шайбы, состоящие из латунного элемента, заармированного в пластмассу. Контактные шайбы 2 нанизаны: на вал 1 попеременно с изоляционными опорными пластинами б, и все вместе стягиваются в блок шпильками 7.

Рис. 7. Общая компоновка оборудования в электрическом шкафу разъединителя 500 кВ с двигательным приводом на подстанции 500/220/110 кВ Сомкинская Сургутских электрических сетей

Рис. 8. Схемы установки КСА и соединения его с валом разъединителя: а - по соосной схеме; б - со смещением осей валов КСА и привода; 1 - вал привода разъединителя; 2 - блок-замок; 3 - коммутирующее устройство КСА; 4 - регулирующее устройство; 5 - корпус электрического шкафа разъединителя

При сборке КСА каждая контактная пластина оказывается между двумя подвижными контактами 5, смонтированными на неподвижных контактах 4, на концах которых на резьбе установлены контактные винты 5.
Положение недохода контактных шайб до распора может приводить к полному нарушению электрического контакта в цепи (рис. 9, б).
Причинами таких дефектов могут быть:
дефекты монтажа разъединителя;
большие зазоры в шарнирных соединениях тяг механизма управления разъединителем.
Устранение таких дефектов может быть выполнено за счет регулирующего устройства в соединениях вала привода разъединителя и КСА. Однако такие элементы в большинстве типов приводов разъединителей отсутствуют.
Некоторая возможность грубой регулировки положения контактных шайб с шагом в угле поворота 60° есть за счет полной разборки КСА и перестановки этих шайб на шестигранном вале переключающего устройства. Такая работа должна производиться в специализированных мастерских и не всегда гарантирует получение требуемого результата.
Наиболее приемлема регулировка контактов КСА за счет регулирующего устройства в соединении вала привода разъединителя и вала КСА, если таковое имеется в конструкции привода разъединителя. Такие регулировочные элементы (на практике они дают дополнительные люфты) в виде поводков с рычажками показаны на рис. 10. На этом же рисунке видно, насколько грубо монтируются элементы привода механической части электромагнитных блокировок разъединителей.
Схема электропитания блок-замка представляет собой электрическую цепочку из последовательно соединенных блок-контактов КСА, винтовых контактов, кабелей и проводов вторичной коммутации.
На рис. 11 показана электрическая схема питания блок-замка электромагнитной оперативной блокировки подстанции 110 кВ Полоцкая Сургутских электрических сетей. Общая длина кабелей от источника питания блокировки до блок-замка составляет: от +ШБП - 235 м, от - ШБП - 1066 м, число подвижных контактов - 45 шт., число винтовых соединений в цепях - 272, подобные электрические цепи с множеством подвижных соединений содержатся в цепях всех блок-замков электромагнитной оперативной блокировки подстанции.
Учитывая условия, в которых работают контакты КСА, винтовые контакты, способы прокладки кабелей и условия, в которых они работают, схемные решения электропитания блок-замков электромагнитных блокировок оказываются крайне ненадежными.

Рис. 9. Поперечное сечение коммутирующего устройства КСА:
а - контакты контактной шайбы в положении распора; б - контакты контактной шайбы в положении недохода

Рис. 10. Вид на блок-замки и коммутирующее устройство КСА при открытом электрическом шкафе привода разъединителя 110 кВ на подстанции 220/110/10 кВ Пимская Сургутских электрических сетей

Рис. 11. Электрическая схема питания блок-замка заземляющего ножа второй системы шин 110 кВ подстанции Полоцкая