Базовые знания о высоковольтных распределительных устройствах.

Высоковольтные распределительные шкафы широко используются в системах распределения электроэнергии для приема и распределения электроэнергии. Часть силового оборудования или линий может быть введена в эксплуатацию или выведена из строя в зависимости от работы энергосистемы, а поврежденная часть может быть быстро отключена от сети при выходе из строя силового оборудования или линии, что обеспечивает нормальную работу исправной части энергосистемы, а также безопасность оборудования и обслуживающего персонала. Поэтому высоковольтные распределительные устройства являются очень важным оборудованием для распределения электроэнергии, и их безопасная и надежная работа имеет огромное значение для энергосистемы.

1. Классификация высоковольтных распределительных устройств

Тип структуры:
Бронированный тип. Все типы изолированы и заземлены металлическими пластинами, например, типы KYN и KGN.
Интервальный тип. Все типы разделены одной или несколькими неметаллическими пластинами, например, тип JYN.
Коробчатый тип имеет металлический корпус, но количество отсеков меньше, чем у бронированных или отсековых типов, таких как тип XGN.
Размещение автоматического выключателя:
Тип пола. Тележка с автоматическими выключателями сама приземлилась и была задвинута в шкаф.
Тележка, установленная посередине, размещается в центре распределительного шкафа, а для погрузки и разгрузки тележки требуется специальная погрузочно-разгрузочная тележка.

Тележка, установленная посередине

Напольная тележка

Тип изоляции
Распределительное устройство в металлическом корпусе с воздушной изоляцией
Распределительное устройство в металлическом корпусе с газовой изоляцией SF6 (надувной шкаф)

2. Конструкция высоковольтного распределительного шкафа KYN.

Распределительный шкаф состоит из неподвижного корпуса и выдвижных частей (называемых тележкой).

 

один. Кабинет
Корпус и перегородки распределительного устройства изготовлены из алюминиево-цинковой стальной пластины. Весь шкаф отличается высокой точностью изготовления, коррозионной стойкостью и устойчивостью к окислению, а также высокой механической прочностью и привлекательным внешним видом. Шкаф имеет сборную конструкцию и соединен заклепочными гайками и высокопрочными болтами. Благодаря этому собранное распределительное устройство обеспечивает единообразие габаритов.
Распределительный шкаф разделен перегородками на помещение для тележек, шинопровод, кабельный отсек и помещение для релейных приборов, и каждый блок имеет надежное заземление.
Комната А-Автобуса
В верхней части задней стенки распределительного шкафа расположено помещение для шин, предназначенное для установки и размещения трехфазных высоковольтных шин переменного тока, а также для подключения к статическим контактам через ответвленные шины. Все шины герметизированы пластиковыми изоляционными втулками. При прохождении шины через перегородку распределительного шкафа она фиксируется шинным вводом. В случае возникновения внутренней дуги короткого замыкания это позволяет ограничить распространение аварии на соседние шкафы и обеспечить механическую прочность шины.

 

Помещение с тележкой (автоматическим выключателем) B
В помещении с автоматическими выключателями установлена ​​специальная направляющая для перемещения тележки с выключателями. Тележка может перемещаться между рабочим и испытательным положениями. На задней стенке помещения с тележкой установлена ​​перегородка (ловушка) для статического контакта. Когда тележка перемещается из испытательного положения в рабочее, перегородка автоматически открывается, и тележка движется в обратном направлении для полного заполнения, обеспечивая тем самым, чтобы оператор не касался заряженного объекта.
Автоматические выключатели можно разделить на устройства, гасящие дугу:
• Масляный автоматический выключатель. Он делится на выключатели с большим и малым количеством масла. Все они имеют разомкнутые и соединенные контакты в масле, а трансформаторное масло используется в качестве среды для гашения дуги.
• Пневматический автоматический выключатель. Автоматический выключатель, использующий сжатый воздух высокого давления для гашения электрической дуги.
• Автоматический выключатель на основе SF6. Автоматический выключатель, использующий газ SF6 для гашения дуги.
• Вакуумный автоматический выключатель. Автоматический выключатель, контакты которого размыкаются и замыкаются в вакууме, и дуга гасится в вакуумных условиях.
• Автоматический выключатель с твердотельным газогенератором. Автоматический выключатель, использующий твердые газогенераторные материалы для гашения дуги путем разложения газа под действием высокой температуры дуги.
• Автоматический выключатель с магнитным вентилятором. Автоматический выключатель, в котором дуга запускается в дугогасительную сетку магнитным полем воздуха, благодаря чему она удлиняется и охлаждается, гася дугу.

 

В зависимости от различных форм энергии, используемой рабочим механизмом, рабочие механизмы можно разделить на следующие типы:
Ручной механизм (ПС): относится к механизму управления, который использует силу человека для закрытия тормоза.
2. Электромагнитный механизм (ЭД): относится к механизму управления, который использует электромагниты для замыкания.
3. Пружинный механизм (ПФ): относится к механизму закрытия с пружинным приводом, который использует ручную работу или двигатель для накопления энергии в пружине с целью закрытия.
4. Моторный механизм (МФ): относится к механизму управления, который использует двигатель для закрытия и открытия.
5. Гидравлический механизм (ГФ): относится к рабочему механизму, который использует масло под высоким давлением для перемещения поршня с целью закрытия и открытия.
6. Пневматический механизм (ПМ): относится к механизму управления, который использует сжатый воздух для перемещения поршня с целью закрытия и открытия.
7. Механизм с постоянными магнитами: В нем используются постоянные магниты для удержания положения автоматического выключателя. Это электромагнитный механизм, обеспечивающий удержание с помощью постоянных магнитов и электронное управление.

Комната с С-кабелем
В кабельном помещении можно установить трансформаторы тока, заземляющие выключатели, грозозащитные устройства (защита от перенапряжения), кабели и другое вспомогательное оборудование, а внизу подготовлена ​​съемная алюминиевая пластина с прорезями для удобства монтажа на месте.

Комната с D-релейным оборудованием
Панель релейного помещения оборудована устройствами защиты микрокомпьютера, рукоятками управления, защитными нажимными пластинами розеток, измерительными приборами, индикаторами состояния (или дисплеями состояния) и т. д.; в релейном помещении имеются клеммные колодки, выключатели питания постоянного тока контура управления микрокомпьютерной защитой, а также рабочие источники питания постоянного тока микрокомпьютерной защиты, выключатель питания двигателя с накопителем энергии (постоянного или переменного тока) и вспомогательное оборудование, отвечающее особым требованиям.

Три позиции в тележке распределительного устройства

Рабочее положение: автоматический выключатель подключен к основному оборудованию. После замыкания питание передается от шины к линии электропередачи через автоматический выключатель.

Положение для проверки: Вторичный штекер можно вставить в розетку для подачи питания. Автоматический выключатель может быть замкнут или разомкнут, при этом загорается соответствующий индикатор; Автоматический выключатель не соединен с основным оборудованием и может выполнять различные операции, но не оказывает никакого влияния на нагрузку, поэтому это положение называется положением для проверки.

Положение для технического обслуживания: отсутствует контакт между автоматическим выключателем и основным оборудованием (шной), питание отключено (вторичный штекер отсоединен), автоматический выключатель находится в разомкнутом положении.

Блокировочное устройство распределительного шкафа

Распределительный шкаф оснащен надежным блокировочным устройством, отвечающим требованиям пяти мер предосторожности, и эффективно обеспечивает безопасность операторов и оборудования.

А. Дверь приборной комнаты оборудована кнопкой предупреждения или переключателем, предотвращающим случайное замыкание и размыкание автоматического выключателя.

B. Если рука, удерживающая автоматический выключатель, находится в испытательном или рабочем положении, выключатель может быть активирован, а в положении замыкания выключателя рука не должна двигаться, чтобы предотвратить неправильное нажатие на рукоятку выключателя.

C. Переместить тележку с автоматическим выключателем из положения для проверки/технического обслуживания в рабочее положение можно только тогда, когда заземляющий выключатель находится в разомкнутом положении. Включение заземляющего выключателя возможно только тогда, когда тележка находится в положении для проверки/технического обслуживания. Таким образом, предотвращается случайное включение заземляющего выключателя и его повторное включение со временем.

D. Когда заземляющий выключатель находится в разомкнутом положении, нижняя и задняя дверцы распределительного шкафа не могут быть открыты, чтобы предотвратить случайные перебои в подаче электроэнергии.

E. Если ручка автоматического выключателя находится в испытательном или рабочем положении, отсутствует управляющее напряжение, возможно только ручное открытие, но не закрытие.

F. Когда пульт управления автоматическим выключателем находится в рабочем положении, вторичный штекер заблокирован и не может быть вынут.

 

G) Каждый корпус шкафа может обеспечивать электрическую блокировку.

H. Соединение между вторичной линией коммутационного оборудования и вторичной линией тележки автоматического выключателя осуществляется с помощью ручного вторичного штекера. Подвижный контакт вторичного штекера соединен с тележкой автоматического выключателя через нейлоновую гофрированную термоусадочную трубку. Тележка автоматического выключателя только в испытательном, разъединенном положении может вставлять и вынимать второй штекер; в рабочем положении тележка автоматического выключателя из-за механической блокировки второй штекер заблокирован и не может быть извлечен.

3. Порядок эксплуатации высоковольтных распределительных устройств

Несмотря на то, что конструкция распределительного устройства гарантирует правильную последовательность действий и блокировку, оператор должен строго следовать инструкциям и требованиям, не допуская необязательных операций и не оставляя заклинивших элементов в процессе работы без предварительного анализа, иначе это может привести к повреждению оборудования и даже к авариям.

Процедура эксплуатации высоковольтных распределительных устройств

(1) Закройте все дверцы шкафа и задние уплотнительные пластины и зафиксируйте их.

(2) Вставьте рукоятку управления заземляющего выключателя в шестигранное отверстие в нижней правой части средней дверцы, поверните ее против часовой стрелки примерно на 90°, чтобы заземляющий выключатель оказался в открытом положении, выньте рукоятку управления, блокировочная плата в отверстии управления автоматически вернется в исходное положение, закроет отверстие управления, и задняя дверца шкафа управления заблокируется.

(3) Проверьте, работают ли приборы и сигналы верхней дверцы шкафа нормально. Если горит индикатор питания устройства защиты микрокомпьютера, индикатор положения ручного теста, индикатор открытия автоматического выключателя и индикатор накопления энергии, то откройте дверцу шкафа и убедитесь, что выключатель питания шины замкнут. Если он замкнут, но индикатор все еще не горит, необходимо проверить контур управления.

(4) Вставьте рукоятку тележки с автоматическим выключателем, вставьте штифт рукоятки и сильно нажмите на него, поверните рукоятку по часовой стрелке, распределительное устройство 6 кВ примерно на 20 оборотов, при снятии рукоятки в этом положении будет слышен отчетливый щелчок, тележка находится в рабочем положении, второй штекер заблокирован, пропустите рукоятку выключателя через держатель, посмотрите на соответствующий сигнал (в этот момент загораются индикаторы положения тележки, одновременно гаснет индикатор положения проверки руки), одновременно следует отметить, что когда рука находится в рабочем положении, блокировочная пластина в рабочем отверстии ножа заклинивает и не может быть нажата.

(5) Прибор на двери, включите питание выключателя, прибор загорится, одновременно загорится красный индикатор на двери, погаснет зеленый индикатор тормозной системы, проверьте электронное табло, положение механических точек выключателя и другие соответствующие сигналы, все в порядке, 6 (при работе с выключателем, поверните ручку по часовой стрелке в положение на панели, после отпускания ручка должна автоматически вернуться в заданное положение).

(6) Если автоматический выключатель автоматически размыкается после замыкания или автоматически размыкается во время работы, необходимо определить причину неисправности и устранить ее, после чего можно повторно передать сигнал в соответствии с вышеуказанной процедурой.

4. Механизм управления автоматическим выключателем

1. Механизм электромагнитного управления

Электромагнитный механизм управления — это зрелая технология, использующая более ранний тип механизма управления автоматическим выключателем. Он имеет простую конструкцию, количество механических компонентов составляет около 120. В его работе используется электромагнитная сила, создаваемая током в катушке замыкания, приводящая в действие сердечник выключателя, а для замыкания используется ударный механизм замыкающего звена. Величина энергии замыкания полностью зависит от величины коммутируемого тока, поэтому требуется большой ток замыкания.

Преимущества электромагнитного механизма управления заключаются в следующем:

Конструкция проста, работа более надежна, требования к обработке не очень высоки, изготовление несложное, себестоимость производства низкая;

Возможно дистанционное управление и автоматическое повторное включение;

Он обладает хорошими характеристиками скорости закрытия и открытия.

К основным недостаткам электромагнитного механизма управления относятся:

Ток замыкания велик, и мощность, потребляемая катушкой замыкания, также велика, что требует мощного источника постоянного тока для работы.

Ток замыкания велик, и обычные вспомогательные выключатели и релейные контакты не могут удовлетворить требованиям. Необходимо установить специальный контактор постоянного тока, а для управления током замыкания используется контакт постоянного тока с катушкой подавления дуги, что позволяет контролировать работу катушки замыкания и размыкания.

Скорость срабатывания механизма низкая, контактное давление малое, легко происходит скачок контактов, время замыкания длительное, а изменение напряжения питания оказывает большое влияние на скорость замыкания;

Стоимость материалов, громоздкий механизм;

Корпус и механизм управления выключателя наружной подстанции обычно собираются вместе. Такой интегрированный выключатель, как правило, имеет только функции управления электрическим током, электропитания и ручного управления, и не имеет функции ручного управления. В случае отказа блока управления и отказа выключателя питания необходимо произвести отключение электроэнергии.

2. Пружинный механизм управления

Пружинный механизм управления состоит из четырех частей: пружинный механизм накопления энергии, механизм закрытия, механизм открытия и механизм открытия. Количество частей велико, около 200. Энергия, накопленная в результате растяжения и сжатия пружины, используется для управления закрытием и открытием автоматического выключателя. Накопление энергии пружины осуществляется за счет работы механизма замедления двигателя-накопителя, а действие закрытия и открытия автоматического выключателя контролируется катушкой закрытия и открытия. Таким образом, энергия, затрачиваемая на закрытие и открытие автоматического выключателя, зависит от энергии, накопленной пружиной, и не зависит от величины электромагнитной силы, поэтому не требуется большой ток закрытия и открытия.

Преимущества пружинного механизма заключаются в следующем:

Ток включения и выключения невелик, поэтому не требуется мощный источник питания;

Его можно использовать для дистанционного накопления электроэнергии, электрического закрытия и открытия, а также для локального ручного накопления энергии и ручного закрытия и открытия. Поэтому его можно использовать и для ручного закрытия и открытия в случае отключения электропитания или отказа механизма управления. Он отличается высокой скоростью закрытия и открытия, не зависит от изменения напряжения питания и обеспечивает быстрое автоматическое повторное закрытие.

Двигатель с накопителем энергии обладает низкой мощностью и может использоваться как для переменного, так и для постоянного тока.

Пружинный механизм позволяет добиться оптимального соответствия передачи энергии и обеспечить единый механизм управления для всех типов автоматических выключателей с различными характеристиками тока отключения, а также выбрать пружину с различным накопителем энергии, что делает процесс экономически эффективным.

Основные недостатки пружинного механизма заключаются в следующем:

Конструкция сложная, производственный процесс сложный, точность обработки высокая, себестоимость производства относительно высока;

Большой оперативный персонал, высокие требования к прочности компонентов;

Легко возникают механические неисправности, из-за которых механизм управления перестает двигаться, перегорает катушка замыкания или концевой выключатель;

Наблюдается явление ложного скачка, иногда ложный скачок после открытия происходит не в нужном месте, что затрудняет оценку его комбинированного положения;

Характеристики скорости открытия оставляют желать лучшего.

3. Механизм работы постоянного магнита

Механизм управления с постоянным магнитом использует новый принцип работы и конструкцию, состоит из постоянного магнита, катушки замыкания и катушки тормоза-размыкания, в отличие от пружинного механизма управления, электромагнитного механизма и механизма перемещения, шатуна, запорного устройства. Он имеет простую конструкцию, очень мало деталей (около 50), при этом основная движущаяся часть работает одновременно, что обеспечивает очень высокую надежность. Он использует постоянный магнит для удержания положения автоматического выключателя. Это механизм управления, сочетающий электромагнитное управление, удержание постоянным магнитом и электронное управление.

Принцип работы механизма с постоянными магнитами: После замыкания катушки тока, он воздействует на верхнюю часть магнитной цепи постоянного магнита в направлении, противоположном магнитному потоку. Магнитная сила, создаваемая суперпозицией двух магнитных полей, вызывает динамическое движение сердечника вниз. После того, как движение достигает примерно половины хода катушки, из-за уменьшения магнитного зазора в нижней части, линии магнитного поля постоянного магнита смещаются в нижнюю часть, в том же направлении, что и магнитное поле замыкающей катушки, и поле постоянного магнита, так что скорость движения железного сердечника вниз увеличивается. В этот момент ток замыкания исчезает. Постоянный магнит использует канал низкого магнитоимпеданса, обеспечиваемый подвижным и неподвижным железными сердечниками, для удержания подвижного железного сердечника в устойчивом положении замыкания. Когда в катушке тормоза возникает электрический ток, генерируемый в нижней части магнитной цепи и постоянном магните в направлении, противоположном магнитному потоку, магнитная сила, создаваемая суперпозицией двух магнитных полей, заставляет динамический сердечник двигаться вверх. После того, как движение достигает примерно половины хода, из-за уменьшения верхнего воздушного зазора магнитной цепи, силовая линия постоянного магнита передается вверх, магнитное поле катушки тормоза совпадает с магнитным полем постоянного магнита, так что скорость движения подвижного железного сердечника вверх увеличивается. В конечном итоге, когда ток затвора исчезает, постоянный магнит использует канал низкого магнитоимпеданса, обеспечиваемый подвижным и неподвижным железными сердечниками, для удержания подвижного железного сердечника в устойчивом состоянии размыкания.

Преимущества механизма работы с постоянными магнитами заключаются в следующем:

Используется бистабильный механизм с двойной катушкой. В механизме управления стрелочным переводом используется катушка замыкания с постоянным магнитом, согласованная с катушкой замыкания стрелок, что лучше решает проблему переключения стрелок на высокую мощность, поскольку постоянный магнит обладает магнитной энергией и может использоваться в качестве катушки замыкания, уменьшая потребность стрелок в энергии для катушки замыкания, поэтому не требуется слишком большой ток замыкания стрелок.

Благодаря движению вверх и вниз подвижного железного сердечника, через поворотный рычаг изолирующий стержень воздействуют на динамический контакт вакуумной дуговой камеры выключателя, реализуя точки срабатывания выключателя или выполняя другие действия, заменяя традиционный способ механической блокировки. Это значительно упрощает механическую конструкцию, уменьшает количество материалов, снижает затраты, уменьшает количество точек отказа, значительно повышает надежность механического действия, позволяет осуществлять необслуживаемое обслуживание и экономить на затратах на техническое обслуживание.

Постоянная магнитная сила механизма привода с постоянными магнитами практически не исчезает, а срок службы достигает 100 000 циклов. Электромагнитная сила используется для операций открытия и закрытия, а постоянная магнитная сила — для поддержания бистабильного положения, что упрощает механизм передачи и снижает энергопотребление и шум механизма привода. Срок службы механизма привода с постоянными магнитами более чем в 3 раза дольше, чем у электромагнитного и пружинного механизмов привода.

В качестве вспомогательного переключателя используется бесконтактный электронный бесконтактный выключатель без движущихся компонентов, износа и дребезга контактов, что исключает проблемы с плохим контактом, обеспечивает надежное срабатывание, не зависит от внешней среды, имеет длительный срок службы и высокую надежность, а также решает проблему дребезга контактов.

Применяется технология синхронного переключения через ноль. Динамические и статические контакты автоматического выключателя управляются электронной системой управления, что позволяет изменять форму напряжения системы на каждом уровне, а при прохождении тока через ноль в точке разрыва минимизировать пусковой ток и амплитуду перенапряжения, снижая влияние на работу сети и оборудования. При этом электромагнитный механизм управления и пружинный механизм управления работают случайным образом, что может приводить к возникновению высоких пусковых токов и амплитуды перенапряжения, оказывающих значительное воздействие на электросети и оборудование.

Механизм управления с постоянными магнитами позволяет осуществлять локальное/дистанционное открытие и закрытие, а также выполнять функции защитного закрытия и повторного включения, и может открываться вручную. Благодаря малой потребляемой мощности и использованию конденсаторов для прямого импульсного питания, время зарядки конденсаторов короткое, зарядный ток малый, а также высокая ударопрочность, после отключения электроэнергии автоматический выключатель может оставаться включенным и выключенным.

Основные недостатки механизмов работы с постоянными магнитами заключаются в следующем:

Невозможно выключить вручную, во время работы исчезает питание, разряжается конденсатор, если конденсатор не заряжается, выключение невозможно;

Для ручного открывания требуется достаточно большая начальная скорость открывания, поэтому необходимо приложить значительное усилие, иначе открывание будет невозможно.

Качество конденсаторов для хранения энергии неоднородно, и гарантировать их качество сложно;

Получить идеальные характеристики скорости открытия довольно сложно;

Увеличить выходную мощность открытия механизма управления с постоянными магнитами сложно.