Fehleranalyse und Gegenmaßnahmen bei Schaltanlagen

Was ist eine Schaltanlage?

Eine Schaltanlage besteht aus einer oder mehreren Niederspannungsschaltanlagen und zugehöriger Steuerungs-, Mess-, Signal-, Schutz-, Regelungs- und weiterer Ausrüstung. Der Hersteller ist für alle internen elektrischen und mechanischen Verbindungen sowie die vollständige Montage der Bauteile verantwortlich. Die Hauptfunktion eines Schaltschranks besteht darin, elektrische Anlagen bei der Stromerzeugung, -übertragung, -verteilung und -umwandlung zu steuern, zu schalten und zu schützen. Zu den Hauptkomponenten eines Schaltschranks gehören Leistungsschalter, Trennschalter, Lastschalter, Betätigungsmechanismen, Induktivitäten und verschiedene Schutzeinrichtungen.

Fehleranalyse und Gegenmaßnahmen bei Schaltanlagen
Schaltanlagen im Spannungsbereich von 12 bis 40,5 kV stellen den größten Anteil der Umspannwerksausrüstung im Stromnetz dar. In den letzten Jahren kam es vermehrt zu Schaltanlagenunfällen, die wirtschaftliche Verluste, Todesopfer und weitere negative soziale Folgen nach sich zogen.
Die versteckten Gefahren von Unfällen und systembedingten Mängeln betreffen hauptsächlich die Verdrahtungsart, die interne Lichtbogenabschaltkapazität, die interne Isolierung, die Wärmeentwicklung und den Fehlverriegelungsschutz usw. Durch die Entwicklung gezielter Gegenmaßnahmen konnte die Anzahl der Unfälle in Schaltanlagen und Ringnetzschränken deutlich reduziert und die Zuverlässigkeit des Stromnetzbetriebs stetig verbessert werden.

1. Versteckte Probleme im Verdrahtungsmodus
1.1. Versteckte Gefahrenart
1.1.1 Der Überspannungsableiter im Fernsehschrank ist direkt mit dem Bus verbunden.
Gemäß den üblichen Konstruktionsspezifikationen muss der Lichtbogenableiter für Fernseher hinsichtlich der Verbindung zwischen Handwagen und Bus, der Anordnung der TV-Rack-Position, des Anschlussmodus und verschiedener anderer Faktoren geprüft werden. Einige Lichtbogenableiter für Fernseher sind über einen Trennhandwagen mit dem Bus verbunden. Wenn bei einer Reparatur des Fernsehers der Trennhandwagen entfernt wird, bleibt der Blitzableiter unter Spannung, wodurch das Personal im Lager einem Stromschlagrisiko ausgesetzt ist. Die Verdrahtung des Ableiters im TV-Schrank ist im Wesentlichen wie in Abbildung 2 dargestellt:

Der Schaltanlagen-Anschlussmodus ist ausgeblendet

1, Verdrahtungsmodus eins: Blitzableiter für den TV-Schrank und TV-Gerät im hinteren Lagerraum installiert, Sicherung im Fahrzeug installiert, Blitzableiter ist direkt mit dem Bus verbunden, TV ist über den Trennschalter mit dem Bus verbunden;
2, Verdrahtungsmodus zwei: Blitzableiter für den TV-Schrank im Busraum installiert, direkt mit dem Bus verbunden, TV und Sicherung im Fahrzeug installiert;
3, Verdrahtungsmodus drei: Blitzableiter für den TV-Schrank separat im hinteren oder vorderen Stauraum installiert, direkt mit dem Bus verbunden, TV und Sicherung im Fahrzeug installiert.
4, Verdrahtungsmodus vier: Fernseher und Sicherung im festen Schaltschrank der XGN-Serie installiert, Überspannungsableiter separat in einem anderen Fach installiert und direkt mit dem Bus verbunden;
5, Verdrahtungsmodus fünf: Blitzableiter, Fernseher und Sicherung sind im hinteren Lagerraum installiert, der Blitzableiter ist direkt mit dem Bus verbunden, der Fernseher ist über den Trennhandwagen mit dem Bus verbunden;
6, Verdrahtungsmodus sechs: Blitzableiter, Sicherung und TV sind im selben Handwagen installiert, der Blitzableiter ist nach der Stufe mit der Sicherung verbunden.
Diese Anordnung gehört zur falschen Verdrahtung; sobald die Sicherung im Betrieb durchbrennt, verliert das Gerät den Schutz des Überspannungsableiters.

1.1.2 Der untere Schrank des Schaltschranks ist nicht vollständig vom hinteren Schrank isoliert.
Die unteren und hinteren Gehäuse einiger Schaltschränke der KYN-Serie, wie z. B. der Haupttransformator-Schaltschränke, der Kupplungsschaltschränke und der Abzweigschaltschränke, sind nicht vollständig isoliert. Beim Betreten der unteren Gehäuse besteht die Gefahr, dass Personal versehentlich die Sammelschiene oder den stromführenden Teil des Kabelkopfes berührt und dadurch einen Stromschlag erleidet.
Die versteckte Gefahr beschränkt sich nicht auf den unteren und den hinteren Teil des Schaltschranks, wie in Abbildung 3 dargestellt:

Abbildung 3: Zwischen dem unteren Schrank und dem hinteren Schrank des Schaltschranks besteht keine versteckte Gefahr.

1.2 Gegenmaßnahmen
Der Schaltschrank mit verdeckter Verdrahtung sollte einmal neu gestaltet werden.
Das schematische Diagramm der Umstellung der Schaltschrankverdrahtung ist in Abbildung 5 dargestellt:

Abb. 5 Schematische Darstellung der Umrüstung des Schaltanlagen-Verdrahtungsmodus

1.2.1 Technisches Reformkonzept für die Verdrahtungsart des Blitzableiters im Fernsehschrank
1. Bei der Verdrahtungsvariante 1 wird der Blitzableiter im Fach entfernt. Die TV-Verdrahtung bleibt unverändert. Die ursprüngliche Stromschienendurchführung durch die Wand wird verschlossen. Der Blitzableiter wird in einen Sicherungsableiter umgewandelt. Der Blitzableiter ist parallel zur Sicherung und zum TV-Stromkreis geschaltet.
2. Bei der Verdrahtungsvariante zwei wird der Blitzableiter im Busabteil entfernt, in den Mobilwagen verlegt und dort als Sicherung und Blitzableiter wieder eingebaut. Anschließend werden die Montageplatte des unteren Kontaktkastens, die Blende des Kontaktkastens und der Ventilmechanismus hinzugefügt. Der Fernseher wird im hinteren Fach installiert und über die Leitung mit dem unteren Kontakt des Trennhandwagens verbunden.
Dieses Konzept kann am bestehenden Handwagen umgesetzt werden, es kann aber auch der Austausch des Handwagens in Betracht gezogen werden.
3. Bei der Verdrahtungsvariante drei wird der Blitzableiter aus dem ursprünglichen Fach entfernt, in den mobilen Wagen verlegt und dort als Sicherung und Blitzableiter eingebaut. Anschließend wird die Wandöffnung des ursprünglichen Busraums verschlossen. Die Montageplatte des unteren Kontaktkastens des Handwagens, die Blende des Kontaktkastens und der Ventilmechanismus werden hinzugefügt. Der Fernseher wird im hinteren Fach installiert und über das Anschlusskabel mit dem unteren Kontakt verbunden.
Dieses Konzept kann am bestehenden Handwagen umgesetzt werden, es kann aber auch der Austausch des Handwagens in Betracht gezogen werden.

4. Bei Verdrahtungsmodus vier entfernen Sie den Überspannungsableiter in den anderen Abteilen, verlegen ihn in die Sicherungs- und TV-Abteile, verbinden ihn mit dem Trennschalter und schalten ihn parallel zum Sicherungs- und TV-Stromkreis.
5. Bei der Verdrahtungsart fünf, Blitzableiter, TV-Installationsposition unverändert, wird die ursprüngliche Blitzableiterleitung direkt mit dem Trennkontakt des Autos verbunden, der ursprüngliche Busraum durch die Wandöffnung.
6. Bei Anschlussart 6 ist die Anordnung der Anschlüsse fehlerhaft. Sobald die Sicherung im Betrieb auslöst, verliert das Gerät den Schutz des Überspannungsableiters.
Entfernen Sie den Blitzableiter und die Sicherung im Original-Handwagen, ändern Sie die Verdrahtungsposition, schließen Sie den Blitzableiter oberhalb der Sicherung und parallel zur Sicherung und zum TV-Stromkreis an.

1.2.2 Vorsichtsmaßnahmen bei unvollständiger Isolation zwischen dem unteren Gehäuse und dem hinteren Gehäuse des Schaltschranks
Da die Struktur dieser Schaltschrankkonstruktion fest ist, verändert sich bei der Umrüstung durch den Einbau einer Trennwand die interne Struktur und Raumaufteilung, wodurch die Schutzfunktion des Produkts nicht mehr gewährleistet werden kann. Daher muss vor Beginn der Arbeiten die Wartung der 10-kV-Seite des Haupttransformators sowie die Wartung der Haupttransformatorschalter bestätigt werden.

2. Unzureichende interne Lichtbogenfreigabekapazität
2.1 Arten versteckter Gefahren
Im tatsächlichen Betrieb können Mängel im geschlossenen Metallschaltschrank selbst, gepaart mit schlechten Betriebsbedingungen aufgrund von Verschlechterung der Isolationsleistung oder Fehlbedienung und anderen Gründen, zu internen Lichtbogenfehlern führen.
Der durch einen Kurzschluss erzeugte Lichtbogen weist eine hohe Temperatur und große Energie auf. Er besteht aus einem sehr leichten Plasmagas. Unter dem Einfluss von elektrischer Energie und heißem Gas breitet sich der Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit im Schaltschrank aus und führt zu einer raschen Ausdehnung des Fehlerbereichs.
Vergasung in diesem Fall, Isoliermaterialien, Metallschmelzen, Temperatur- und Druckanstieg im Schaltschrank, wenn kein geeigneter Druckentlastungskanal konstruiert oder installiert ist, kann der hohe Druck dazu führen, dass sich der Schrank gegen andere Platten, Türbretter, Scharniere und Fenster verformt und diese stark beschädigt, und dass es zu Brüchen kommt. Der durch die Hochtemperaturluft erzeugte Lichtbogen kann dazu führen, dass sich der Schrank an anderer Stelle verformt und das in der Nähe befindliche Wartungspersonal schwer verbrennt.
Sogar lebensbedrohlich.
Aktuell gibt es einige Probleme, wie zum Beispiel, dass kein Druckentlastungskanal vorhanden ist, ein ungeeigneter Druckentlastungskanal vorhanden ist, die interne Lichtbogenentlastungskapazität nicht geprüft und verifiziert wurde und die Bewertung während des Tests nicht streng genug ist.

2.2 Gegenmaßnahmen
[Auswahl] Die Lichtbogenfestigkeit des Schaltschranks sollte dem IAC-Niveau entsprechen, die zulässige Dauer des internen Lichtbogens sollte nicht weniger als 0,5 s betragen, der Prüfstrom ist der Nennkurzzeit-Brennstrom.
Bei Produkten mit einem Nennkurzschlussausschaltstrom über 31,5 kA kann eine interne Fehlerlichtbogenprüfung gemäß 31,5 kA durchgeführt werden.
[Änderung] Fügen Sie den Druckentlastungskanal hinzu oder ändern Sie ihn und führen Sie die interne Lichtbogenprüfung und -verifizierung in strikter Übereinstimmung mit den Anforderungen der Typprüfnorm durch.
[Schutz] Durch angemessene Komprimierung des Schutzpegelunterschieds des Haupttransformators wird die Dauerausfallzeit des Fehlerlichtbogens reduziert.

3. Problem mit der internen Isolierung
3.1 Versteckte Gefahrenart
In den letzten Jahren hat sich das Volumen der Schaltschrankprodukte verringert, die Isolationsleistung der Schränke ist jedoch schlechter geworden, und es traten vermehrt Fehler auf.
Hauptleistungsmerkmal: Die Kletterdistanz und der Luftabstand sind nicht ausreichend, insbesondere beim Handverteilerkasten. Viele Hersteller reduzieren derzeit die Größe des Verteilerkastens, indem sie die Anzahl der im Verteilerkasten installierten Leistungsschalter, die Anzahl der Trennstecker und den Abstand zum Boden stark verringern, ohne jedoch wirksame Maßnahmen zur Gewährleistung der Isolationsfestigkeit zu ergreifen.
Mangelhafter Montageprozess: Aufgrund schlechter Montagequalität kann zwar eine einzelne Komponente im Schaltschrank den Drucktest bestehen, der gesamte Schaltschrank jedoch nicht.
Bei unzureichender oder schlechter Kontaktkapazität kommt es zu lokalem Temperaturanstieg, verminderter Isolationsleistung und Flastizität gegen Erde oder Phase.
Kondensationsphänomen, die eingebaute Heizung wird leicht beschädigt und kann nicht normal funktionieren, Kondensationsphänomen im Schaltschrank verringert die Isolationsleistung;
Mangelhafte Isolationsleistung der Befestigungselemente.
Um die Kosten zu senken, verwenden einige Hersteller ein niedrigeres Isolationsniveau bei den unterstützenden Komponenten, wodurch die Gesamtisolationsleistung des Schaltschranks beeinträchtigt wird.

3.2 Gegenmaßnahmen
Wir sollten die Miniaturisierung von Schaltanlagen nicht blindlings vorantreiben. Vielmehr sollten wir die jeweils geeigneten Schaltanlagen entsprechend der Projektsituation, dem Umspannwerkslayout, dem Betrieb und der Wartung, der Anlagenüberholung und anderen Faktoren auswählen.
Bei Geräten, die Luft oder ein Luft-/Isoliermaterialgemisch als Isoliermedium verwenden, sollten die Dicke, die Auslegungsfeldstärke und die Alterung des Isoliermaterials berücksichtigt werden, und der Hersteller sollte einen Kondensationstest gemäß den Standardanforderungen durchführen;
Bei Bauteilen wie der Wandhülse im Schaltschrank und im Ringnetzschrank, dem mechanischen Ventil und der Krümmung der Sammelschiene muss der Leiter mit einem Isoliermantel versehen werden, wenn der Netto-Luftisolationsabstand weniger als 125 mm (12 kV) bzw. 300 mm (40,5 kV) beträgt.
Um elektrische Feldverzerrungen in den Bereichen zu vermeiden, in denen die Feldstärke konzentriert ist, wie z. B. an der Ein- und Auslassbuchse, am mechanischen Ventil und an der Ecke der Sammelschiene, sollten Maßnahmen wie Anfasen und Polieren ergriffen werden.
Die Stromschiene im Schaltschrank trägt Geräte, deren Isolationslänge die Anforderungen an die Verschmutzungsbeständigkeit nicht erfüllt, wie beispielsweise Porzellanflaschen. Durch das Aufsprühen einer RTV-Isolierbeschichtung lassen sich die technischen Betriebsbedingungen der alten Geräte verbessern.

4. Fieberdefekt
4.1 Arten versteckter Gefahren
Bei schlechtem Kontakt an den Schleifenverbindungspunkten steigt der Kontaktwiderstand, es treten deutliche Erwärmungsprobleme auf, z. B. mangelhafte Kontaktisolierung;
Die Belüftungskonstruktion des metallgepanzerten Schranks ist nicht sinnvoll, die Luftzirkulation ist unzureichend, die Wärmeableitung ist schlecht, und es kommt vermehrt zu Überhitzungsproblemen im Schrank.
Wandgehäuse, Stromwandler und andere Installationsstrukturen bilden einen elektromagnetischen geschlossenen Stromkreis, der zu Wirbelströmen führt und bei einigen Isolierblechmaterialien ein starkes Erwärmungsphänomen verursacht.
Bei teilweise geschlossenen Schaltschränken für Trockentransformatoren (Stromwandler in Gussbauweise, Spannungswandler in Gussbauweise, Trockentransformatoren) ist der gewählte Wicklungsdrahtdurchmesser unzureichend, die Kontrolle des Gießprozesses ist nicht streng genug, wodurch es leicht zu Überhitzungsschäden kommen kann.
4.2 Gegenmaßnahmen
Die Wärmeableitung des Schaltschranks verbessern und ein Gebläse sowie einen Saugzugventilator installieren;
Bei Stromausfall sollten der Anpressdruck der dynamischen und statischen Kontakte überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Gleichzeitig sollte die Kontaktfeder ausgetauscht werden.
Die Forschung zur Temperaturmesstechnik im Schaltschrank sollte intensiviert und neue Technologien wie die drahtlose Temperaturmessung eingesetzt werden, um das schwierige Problem der Temperaturmessung zu lösen.

5. Die Fehlerverhinderung durch Sperren ist nicht perfekt.
5.1 Mögliche Gefahren
Die meisten Schaltschränke sind mit einer Anti-Fehler-Verriegelungsvorrichtung ausgestattet, deren umfassende und obligatorische Anti-Fehler-Verriegelung jedoch nicht den Anforderungen genügt.
Ein Teil des gepanzerten Schaltschranks an der Rücktür kann geöffnet werden, es gibt keine fehlersichere Verriegelung, keine doppelte Trennwand, nach dem Öffnen können die stromführenden Teile direkt berührt werden, und die Schrauben sind gewöhnliche Sechskantschrauben, wodurch es leicht zu einem Stromschlagunfall im stromführenden Schrank kommen kann;
Ein Teil des Haupttransformators, z. B. der weibliche Schalter, der TV-Schalter, der Transformator und andere Schalter ohne Erdungsschalter, nachdem die folgende Schranktür und der Erdungsschalter keine mechanische Verriegelung gebildet haben, kann durch Entfernen der Schraube direkt geöffnet werden. Wenn die Tür nicht geschlossen ist, kann auch die Stromversorgung unterbrochen werden, was leicht dazu führen kann, dass Wartungspersonal sie versehentlich öffnet, in den elektrischen Bereich gelangt und einen Stromschlagunfall verursacht.
Bei manchen Schaltschränken lassen sich der obere und der untere Teil der Rücktür nicht unabhängig voneinander verriegeln; die obere Tür wird durch die untere Tür verriegelt.
Wenn der Schutzschalter der Steckdose geschlossen ist, wird die Verriegelung der unteren Schranktür entfernt, und die hintere Schranktür kann ebenfalls geöffnet werden, was leicht zu einem Stromschlagunfall führen kann.
Zum Beispiel die Schaltanlage KYN28;
Nachdem einige Schaltwagen herausgezogen wurden, lässt sich der Isolationsblock leicht nach oben schieben. Ohne Sicherung gegen versehentliches Verriegeln liegt der geladene Körper frei, und das Personal kann leicht versehentlich die statische Kontaktklappe des Schalters öffnen, was zu einem Stromschlag führen kann.

5.2 Gegenmaßnahmen
Da die Anti-Fehler-Funktion des Schaltschranks nicht perfekt ist, kann die Rückseite der Schranktür geöffnet werden, und beim Öffnen können die stromführenden Teile des Hochspannungsschaltschranks direkt berührt werden. Daher ist ein mechanisches Vorhängeschloss installiert, und es ist eine computergestützte Anti-Fehler-Programmverriegelung konfiguriert.
Installieren Sie eine Verriegelung zwischen dem Erdungsschalter und der hinteren Schranktür an Schaltschränken wie GG1A und XGN und installieren Sie ein Live-Anzeigegerät, um die Funktion des Erdungsschalters zu sperren.
Überprüfen Sie regelmäßig die Zuverlässigkeit der Fehlererkennungseinrichtung und prüfen Sie bei Stromausfall die mechanische Verriegelungsvorrichtung zwischen Handwagen und Erdungsschalter sowie den Trennschalter und den Erdungsschalter.

6, die abschließende
Schaltschrankanlagen sind wichtige Primäranlagen in Umspannwerken des Stromnetzes. Um ihren stabilen Betrieb zu gewährleisten, muss die Kontrolle in allen Bereichen wie Konstruktion, Material, Verarbeitung, Prüfung, Typenauswahl, Betrieb und Wartung verstärkt werden.
Unter strikter Einhaltung der typischen Konstruktionsanforderungen sowie nationaler und branchenspezifischer Normen werden technische Konstruktionsanforderungen formuliert, um versteckte Gefahren in der Verdrahtung grundsätzlich zu beseitigen;
Gemäß den nationalen und branchenspezifischen Normen sowie den Maßnahmen zur Unfallverhütung werden strenge Anforderungen an die Ausschreibungsunterlagen für Ausrüstung formuliert, um zu verhindern, dass unqualifizierte Produkte in den Netzbetrieb gelangen;
Die Fertigungsüberwachung vor Ort wird verstärkt, die wichtigsten Produktions- und Werksprüfungspunkte werden streng überwacht, und es wird entschieden verboten, dass unqualifizierte Produkte das Werk verlassen.
Führen Sie ein aktives Fehlermanagement für Schaltschränke durch und verstärken Sie die Umsetzung von Maßnahmen zur Unfallverhütung;
Die Anti-Fehler-Funktion des Schaltschranks soll verbessert, die Verwaltung der Anti-Fehler-Verriegelungseinrichtung verstärkt, eine Live-Anzeigeeinrichtung installiert und mit dem „Fünf-Präventions“-System zusammengearbeitet werden, um eine umfassende und obligatorische Anti-Fehler-Verriegelung zu gewährleisten.