In der modernen Gesellschaft ist die stabile Stromversorgung eine entscheidende treibende Kraft für die wirtschaftliche Entwicklung und den sozialen Betrieb. Hochspannungs-Schalter sind die Kernausrüstung im Stromsystem, die in Kraftwerken, Schaltstationen, Industrieunternehmen und städtischen Stromnetzen sowie in anderen Verbindungsleitungen weit verbreitet eingesetzt wird. Hochspannungs-Schalter können die schnelle Verbindung und Trennung von Schaltkreisen unter dem Einfluss hoher Spannung und hoher Ströme realisieren, um den normalen Betrieb des Stromsystems zu gewährleisten und Störungen zu isolieren.

Nach dem Ausfall des Hochspannungs-Schalters und des Hochspannungs-Schaltgeräts kann dies sehr wahrscheinlich zu großflächigen Stromausfällen führen und große Verluste für die soziale Produktion und das Leben der Menschen mit sich bringen. In einigen großflächigen Industriebetrieben kann ein plötzlicher Stromausfall die Produktionslinie unterbrechen und zu einer großen Menge an Rohstoffabfällen und Produktabfall führen; im städtischen Stromnetz kann ein Stromausfall das normale Leben der Anwohner beeinträchtigen und eine Reihe von Problemen auslösen, wie Verkehrsstockungen, Kommunikationsstörungen usw.

Durch die Eignungsprüfung für die elektrische Prüfung von Hochspannungs-Schutzschaltern können die Leistungsindizes der Geräte umfassend geprüft werden und potenzielle Mängel und versteckte Gefahren rechtzeitig erkannt werden, um sicherzustellen, dass die Geräte nach ihrer Inbetriebnahme stabil und zuverlässig lange Zeit funktionieren können. Dies trägt nicht nur dazu bei, die Stromversorgungskvalität des Stromsystems zu verbessern und die Häufigkeit von Stromausfällen zu reduzieren, sondern bietet auch eine starke Garantie für die sichere Produktion und die wirtschaftlichen Vorteile für Stromerzeugungsbetriebe.

1. Funktionsprinzip und gängige Typen von Hochspannungs-Schaltern

1.1 Funktionsprinzip verschiedener Hochspannungs-Schalter

Das Öl-Schutzschalter ist eine Art Hochspannungs-Schalter, der in den frühen Tagen weit verbreitet war und dessen Wirkprinzip auf dem Gas basiert, das durch die Zerfall von Isolieröl unter der Wirkung der hohen Temperatur des elektrischen Lichtbogens entsteht, um den Lichtbogen zu löschen. Im Bremsvorgang trennen sich die beweglichen und statischen Kontakte, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen löst das umgebende Isolieröl auf und führt zu einer schnellen Zersetzung von Wasserstoff, Acetylen und anderen Gasen. Diese Gase bilden in der Lichtbogenlöschkammer einen hohen Druck, der den Ölfluss zur Lichtbogenquelle fördert, wodurch der Lichtbogen schnell abgekühlt, verkürzt und schließlich gelöscht wird. Das Isolieröl für mehrölige Schalter wird nicht nur zur Löschung des Lichtbogens verwendet, sondern auch als Isolationsmedium zwischen dem aufgeladenen Teil und der Erdungsabdeckung. Die Struktur ist relativ einfach, aber der Volumenanteil ist enorm. Der Ölgehalt ist hoch, und es besteht die Gefahr von Feuer und Explosionen. Ein kleineres Öl-Schutzschalter reduziert die Menge des Isolieröls; nur das Isolieröl fungiert als Lichtbogenlöschmittel; die aufgeladene Stelle der Hülle und die Erdung der Isolation zwischen dem Isolator und anderen Materialien sind im Vergleich zu einem größeren Öl-Schutzschalter kleiner. Die Sicherheit ist verbessert, aber das Isolieröl muss weiterhin regelmäßig geprüft und gewartet werden.

Vakuumpaneele verwenden ein Hochvakuum, um den Lichtbogen zu unterdrücken. Die Lichtbogenlöschkammer besteht aus Keramik oder Glas und anderen isolierenden Materialien. Der Innenraum wird in ein Hochvakuum gepumpt, dynamische und statische Kontakte werden in der Lichtbogenlöschkammer verschlossen. Wenn der Schaltschrank ausfällt, breiten sich die von dem Lichtbogen in dem Vakuum erzeugten Kontaktabstände schnell aus, da es in dem Vakuum fast keine Gasmoleküle gibt, der Lichtbogen kann nicht gehalten werden und wird daher schnell unterdrückt. Vakuumpaneele haben die Vorteile von kleinem Format, geringem Gewicht, schneller Reaktion, kurzer Lichtbogenbrandzeit, langer Lebensdauer, keinem Explosionsrisiko usw. Sie eignen sich für häufige Einsatzfälle, wie z. B. in Stromverteilungsräumen von Industrieunternehmen und in Schließ- und Öffnungsanlagen von städtischen Verteilnetzen.

SF6-Schutzeinrichtungen verwenden SF6-Gas als Isolationsmedium und als Löschmittel für Funken. SF6-Gas weist eine hervorragende Isolierung und Löschfähigkeit auf und hat eine Isolationsfestigkeit von etwa 2,5 bis 3-mal der Luft. Wenn der Schutzeinrichtung die Stromleitung geöffnet ist, bläst das hohe Druckniveau des SF6-Gases den Funken aus. SF6-Schutzeinrichtungen verwenden in der Regel Druckgas, selbstenergiebasierte oder hybride Löschmethoden. Druckgepumptes SF6-Schutzeinrichtung wird über die Kolbenkompression SF6-Gas erzeugt; die Bildung eines schnellen Gasstroms, der auf den Funken geblasen wird, wird durch die selbstenergiebasierte SF6-Schutzeinrichtung bewirkt; die selbstenergiebasierte SF6-Schutzeinrichtung nutzt die eigene Energie des Funks und die Kompression des SF6-Gases, was zu einem Blasstrom des Funkenstroms führt; die hybride SF6-Schutzeinrichtung kombiniert die Vorteile des Druckgases und der selbstenergiebasierten SF6-Schutzeinrichtungen: eine starke Brechkraft, hohe Spannung am Brechpunkt, einfache Wartung und Bedienung sowie lange Standzeiten und ist daher weit verbreitet in Hochspannungs- und Ultravollspannungs-Schutzeinrichtungen. Es wird häufig in Hochspannungs- und Ultravollspannungsnetzen eingesetzt.

2. Teststandards für Hochspannungs-Schalter

Eine Reihe von Normen, die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) erarbeitet wurden, wie die Normen der IEC 62271-Reihe, legen detaillierte Vorschriften für die Prüfmethoden und technischen Anforderungen für Hochspannungs-Schaltanlagen und -Steuerungseinrichtungen fest, die eine wichtige Referenz für die Prüfungen der Akzeptanz von Hochspannungs-Schaltanlagen und -Steuerungseinrichtungen auf globaler Ebene darstellen. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat ebenfalls zahlreiche verwandte Normen herausgegeben, wie die Normen der IEEE Std C37-Reihe, die in der Leistungsprüfung und der Zuverlässigkeitsbewertung von Hochspannungs-Schaltanlagen eine große Bedeutung haben. Unter der Anleitung dieser Normen konzentrieren sich ausländische Stromerzeugungsunternehmen und Gerätehersteller im Rahmen des Zulassungsverfahrens auf umfassende und strenge Tests verschiedener Leistungsindizes der Geräte, um die hohe Qualität und Zuverlässigkeit der Geräte zu gewährleisten. Renommierteste internationale Hersteller von elektrischen Geräten wie ABB und Siemens verwenden in der F&E- und Produktionsphase von Hochspannungs-Schaltanlagen fortschrittliche automatisierte Testgeräte und hochpräzise Messinstrumente, um die mechanischen Eigenschaften, die elektrischen Leistungen, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Geräte zu bewerten. Die mechanischen Eigenschaften der Geräte werden präzise gemessen und analysiert, sodass potenzielle Fehler frühzeitig erkannt und die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Geräte verbessert werden können.

3. Hochspannungs-Schalter-Einbauprüfung

3.1 Inhalt der Prüfungsfragen

3.1.1 Isolationsprüfung

Die Isolierleistung ist der entscheidende Indikator für den sicheren Betrieb von Hochspannungs-Schaltern, da sie direkt mit der Stabilität der Geräte unter Hochspannungsbedingungen sowie der Sicherheit von Personal und Ausrüstung zusammenhängt. Die Isolierwiderstandsmessung ist eine der grundlegenden Methoden zur Bewertung der Isolierleistung von Hochspannungs-Schaltern. Mit einem Isolierwiderstandsmessgerät wird der Isolierwiderstand zwischen dem leitenden Teil des Hochspannungs-Schalters und dem Massepunkt, zwischen den leitenden Teilen der verschiedenen Phasen usw., gemessen. Der Isolierwiderstandswert darf nicht niedriger als der Wert des Massepunkts sein. In der Regel sollte der Isolierwiderstandswert nicht niedriger als der festgelegte Standardwert sein. Für Hochspannungs-Schalter mit unterschiedlichen Spannungsebenen ist der Isolierwiderstandskriterium unterschiedlich. Für Hochspannungs-Schalter mit 10 kV beträgt der Isolierwiderstand in der Regel mehrere hundert Megohm. Wenn der Isolationswiderstandswert zu niedrig ist, deutet dies auf Feuchtigkeit, Alterung, Bruch und andere Probleme des Isoliermaterials hin, die das Risiko eines Defekts der Isolation der Ausrüstung erheblich erhöhen und zu schweren Stromausfällen führen können.

Aufgrund der Unterschiede in ihrer Struktur und dem verwendeten Zündmittel gibt es bei verschiedenen Hochspannungs-Schaltern unterschiedliche Methoden und Normen für die Isolationswiderstandsmessung. Bei Mehröl-Schutzschaltern gibt es zahlreiche Isolationskomponenten, darunter Buchsen, Isolierbänder, Unterbrechungskammern und Isolieröl. Bei der Isolationswiderstandsmessung ist ein Megohmmeter mit einer Spannung von 2500 V oder höher erforderlich. Im geschlossenen Zustand muss der Fokus auf die Prüfung des Verbindungsstabs zur Erdisolierung gerichtet sein, um sensibel festzustellen, ob die Isolierstange Feuchtigkeit aufweist, Risse aufweist oder ob die Oberfläche mit Verschmutzung bedeckt ist. Bei schwerwiegenden Isolationsfehlern der Leitungshülle können auch die Pfahlstreifen und die Pfahlstreifenverbindung sowie die Verbindung zwischen den Streifen und der inneren Isolierkammer erkennbar sein. Im Schaltzustand muss hauptsächlich die Isolierung zwischen den Streifen und der inneren Isolierkammer überprüft werden, um Feuchtigkeit oder Risse zu erkennen und so eine sichere Betriebsfähigkeit der Anlage zu gewährleisten.

Die Isolationskomponenten des Ölstromschalters bestehen hauptsächlich aus Porzellanmantel, Isolierstab und Isolieröl. Bei der Prüfung wird dieselbe Methode verwendet: eine Megohmmeter mit 2500 V geschlossenem Zustand zur Prüfung der Isolierung des Verbindungsstabes an die Erde und ein offener Zustand zur Prüfung der Isolierung zwischen den Bremsen sowie der Kondition der internen Lichtbogenlöschkammer. Für das aus isoliertem Verbindungsstab gefertigte organische Material legt die Übergabetestnorm fest, dass dessen Isolationswiderstand bei Raumtemperatur strengen numerischen Anforderungen genüge muss; eine andere Nennspannung entspricht einer anderen Norm; beispielsweise bei 3–15 kV beträgt der Isolationswiderstand des Übergabetest nicht weniger als 1200 MΩ, nach der Überholung darf er nicht unter 1000 MΩ sinken und bei der Anwendung der Normen zur Beurteilung der Isolierleistung der Ausrüstung darf er nicht unter 300 MΩ liegen. Diese Normen bieten eine klare Grundlage für die Beurteilung der Isolierleistung der Ausrüstung.

Der Luftstromschutzschalter misst hauptsächlich die Isoliertemperatur seiner Trägerporzellanmantel und verwendet in der Regel einen Isoliertemperaturprüfer mit einer Widerstandswertgrenze von 2500 V. Dieser höhere Wert stellt die Isolierbarkeit des Luftstromschutzes während des Betriebs sicher. Vakuumstromschutzschalter und SF6-Stromschutzschalter messen hauptsächlich die Isoliertemperatur primärer Schaltungen wie unterstützende Keramikbuchsen und Verbindungsstangen an die Erde, wobei der gleiche Isoliertemperaturprüfer mit 2500 V verwendet wird. Der Wert sollte jedoch mehr als 5000 V betragen. Darüber hinaus ist die Messung der Isoliertemperatur von Hilfsschaltungen und Steuerleitungen nicht zu vernachlässigen und es ist notwendig, zunächst Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen und dann einen Isoliertemperaturprüfer mit 500 V (oder 1000 V) zu verwenden. Der Wert sollte jedoch mehr als 2 MΩ betragen. Bei Schaltgeräten mit einer Leistung von 500 kV sollte der Isolationswiderstand mit einem 1000-V-Testgerät gemessen werden, und der Wert sollte mehr als 2 MΩ betragen. Diese detaillierten Prüfanforderungen und Normen garantieren umfassend die Isolationsleistung von Hochspannungs-Schaltern. Diese detaillierten Prüfanforderungen und Normen garantieren die Isolationsleistung von Hochspannungs-Schaltern in allen Aspekten und legen eine solide Grundlage für den stabilen Betrieb von Stromnetzen.

3.1.2 Kontaktwiderstandstest: ein wichtiger Indikator für die elektrische Leitfähigkeit

Der Kontaktwiderstand ist ein entscheidender Indikator für die elektrische Leitfähigkeit eines Hochspannungs-Schalters. Er spiegelt den Grad der Dichtheit und der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Schaltkontakten und zwischen den Kontakten und dem Leiter wider. Bei der Verwendung von Hochspannungs-Schaltern ist ein zu hoher Kontaktwiderstand wie eine verborgene Zeitbombe, die viele ernsthafte Gefahren mit sich bringen kann. Aufgrund des thermischen Effekts des Stroms durch den Kontaktwiderstand führt die übermäßige Kontakteinheit gemäß der Jouleschen Gesetze zu einer großen Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme, was die Temperatur des Kontaktbereichs stark ansteigen lässt. Dies wird nicht nur die Oxidation und den Verschleiß der Kontakte beschleunigen und deren Lebensdauer verkürzen, sondern kann auch ernsthafte Probleme wie Kontakterosion und Schweißen verursachen und sogar dazu führen, dass der Hochspannungs-Schalter nicht mehr richtig öffnet und schließt, was den sicheren und stabilen Betrieb des gesamten Stromnetzes gefährden würde.

Um die tatsächliche Kontaktwiderstandslage genau und effektiv zu ermitteln, wird während des Tests normalerweise ein Strom von mehr als 100 A verwendet. Dies liegt daran, dass Hochspannungs-Schalter in der tatsächlichen Anwendung große Ströme übertragen müssen und kleinere Testströme möglicherweise nicht in der Lage sind, den Kontaktzustand der Kontakte im Falle großer Ströme wirklich zu widerspiegeln. Bei geringem Teststrom können oxidierte Filme, Öl und andere Verunreinigungen auf der Oberfläche der Kontakte den Stromfluss behindern und so die gemessene Kontaktwiderstandswertung stark erhöhen und die tatsächliche Kontaktwiderstandslage der Kontakte nicht genau wiedergeben. Die Verwendung eines hohen Stroms von mehr als 100 A für den Test ermöglicht es effektiv, diese Oberflächenverunreinigung zu beseitigen und die Messwerte so an die tatsächliche Betriebskontaktwiderstandswertung zu bringen, was eine zuverlässige Grundlage für die Beurteilung der elektrischen Leitfähigkeit des Hochspannungs-Schalters bietet.

3.1.3 Widerstandspannungstest: Isolierfähigkeit von Hochspannungs-Schaltern

Die Beständigkeit gegen Spannungswechsel ist eine strenge Prüfung der Isolierleistung von Hochspannungs-Schaltern. Unter der angegebenen Prüfsspannung wird die Wechselspannung in der Hochspannungs-Schaltung kontinuierlich angewendet, um zu prüfen, ob die Ausrüstung die Spannung ohne Isolationsausfall oder Blitzbrand überstehen kann. Die Prüfsspannung liegt in der Regel höher als die Nennspannung des Geräts, um die Überspannungsbedingungen zu simulieren, die während des Betriebs auftreten können. Durch die Prüfsspannung unter der Frequenz kann die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit der Isolierschicht effektiv überprüft werden, um sicherzustellen, dass der Hochspannungs-Schalter einen guten Isolationszustand auch unter normalen Betriebszuständen und kurzzeitigen Überspannungszuständen aufrechterhalten kann.

Die Testspannung wird gemäß der Nennspannung des Schalters, der Isolationsstruktur und anderen Faktoren bestimmt. So beträgt die Frequenzbeständigkeitstestspannung beispielsweise für Hochspannungs-Schalter mit einer Nennspannung von 10 kV 42 kV; für Hochspannungs-Schalter mit einer Nennspannung von 35 kV beträgt die Testspannung in der Regel 95 kV. Diese Normen wurden durch viel theoretische Forschung und praktische Erfahrung entwickelt und können die Isolationsleistung von Hochspannungs-Schaltern effektiv testen.

Im Testprozess ist es notwendig, streng den Betriebsanweisungen zu folgen. Die Testpersonale sollten eine gute Arbeitsteilung betreiben, die gegenseitigen Verantwortlichkeiten klären und spezielle Personen einsetzen, um die Sicherheit am Standort zu überwachen und den Zustand des Testobjekts zu beobachten. Das Testobjekt sollte zunächst gereinigt werden und absolute Trockenheit sichergestellt werden, um Schäden am Testobjekt zu vermeiden und die Genauigkeit der Testergebnisse zu beeinträchtigen. Bei großflächigen Tests sollte dies in der Regel zuerst durchgeführt werden, d. h. ohne Spannung auf das Testobjekt, ohne Kalibrierung verschiedener Messgeräte und ohne Einstellung des Kugelhälftenabstands, um den normalen Betrieb der Testausrüstung und die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten.

3.1.4 Mechanische Eigenschaftenprüfung

Die mechanischen Eigenschaften des Hochspannungs-Schalters haben direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit seiner Öffnungs- und Schließvorgänge, was wiederum eine wichtige Rolle bei der sicheren und stabilen Funktion des Stromnetzes spielt. Die Schaltzeit bezeichnet die Zeitspanne zwischen dem Erhalt der Öffnungs- und Schließbefehle und dem vollständigen Trennen oder Schließen der Schaltkontakte. Eine zu lange Schaltzeit führt zu einer verlängerten Fehlerservicezeit, was die Fehlersuche verlängern und die Stabilität des Stromnetzes beeinträchtigen kann. Eine zu lange Schließzeit kann die normale Wiederherstellung der Stromversorgung des Stromnetzes beeinträchtigen und in manchen Fällen sogar zu Systemoszillationen führen. Verschiedene Typen und Spannungsebenen von Hochspannungs-Schaltern haben strenge Standardanforderungen hinsichtlich ihrer Öffnungs- und Schließzeit; in der Regel liegen diese zwischen einigen Zehntelsekunden und Hunderten von Zehntelsekunden.

Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit ist ebenfalls ein wichtiger mechanischer Parameter. Eine geeignete Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit kann sicherstellen, dass die Kontakte während des Öffnungsprozesses schnell getrennt oder geschlossen werden und so den Lichtbogen effektiv unterdrücken, Berührungsbrandungen reduzieren und die Öffnungs- und Schließfähigkeit des Schalters verbessern. Eine zu schnelle Geschwindigkeit kann zu übermäßigen mechanischen Belastungen und Beschädigungen der Gerätekomponenten führen; eine zu langsame Geschwindigkeit kann den Lichtbogen nicht rechtzeitig abschalten und zu Ausfällen der Geräte führen.

Simultaneität bezieht sich auf die Konsistenz der Kontaktzeit der einzelnen Phasen des dreiphasigen Hochspannungs-Schalters im Öffnungs- und Schließprozess. Wenn die Simultaneität den Anforderungen nicht entspricht, kann dies zu einem Ungleichgewicht des Dreiphasenstroms führen, zusätzliche elektromagnetische Kräfte und mechanische Belastungen erzeugen, den normalen Betrieb der Anlage beeinträchtigen und sogar zu einer fehlerhaften Funktion der Relais-Schutzvorrichtung führen. Daher muss die Simultaneität des Hochspannungs-Schalters im Rahmen der Zulassungstests streng überwacht werden, um sicherzustellen, dass der Zeitunterschied zwischen den Phasen innerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Die allgemeine Vorgabe lautet, dass der Fehler in der Simultaneität zwischen den Phasen nicht mehr als ein paar Millisekunden betragen darf.

3.1.5 Hauptstromtest: Überprüfung der Stromtragfähigkeit

Die Hauptprüfung für hohe Ströme überprüft die Leistung des Hochspannungs-Schalters bei der Durchleitung hoher Ströme. Während der Prüfung wird der Hochspannungs-Schalter mit einem speziellen Hochstrom-Prüfkreislauf verbunden, um einen Strom zu übertragen, der weit über den normalen Betriebsstrom liegt. Die Stromtragfähigkeit und die thermische Stabilität des Schalters werden evaluiert, indem verschiedene Parameter des Schalters unter Hochstrom überwacht werden, wie beispielsweise die Kontakttemperatur und die Änderungen des Kontaktwiderstands. Wenn der Schalter bei der Prüfung mit hohen Strömen Probleme wie Überhitzung der Kontaktflächen oder schlechte Kontaktierung aufweist, deutet dies auf eine unzureichende Stromtragfähigkeit hin und darauf, dass die Struktur oder das Material des Schalters verbessert werden müssen.

3.1.6 Sekundär-Relaisprüfung: Sicherstellung einer zuverlässigen Schutzfunktion

Die Sekundärstromschutzprüfung ist eine umfassende Prüfung des Sekundärschutzsystems eines Hochspannungs-Schalters. Durch die Simulation verschiedener Störzustände wird geprüft, ob die Relaisschutzvorrichtung präzise funktioniert, den fehlerhaften Stromkreis rechtzeitig abschaltet und die Sicherheit des Stromnetzes schützt. Im Testprozess sollten die Aktionswerte, Rückwert, Aktionszeit und andere Parameter der Relaisschutzvorrichtung genau gemessen und angepasst werden, um sicherzustellen, dass sie den Designanforderungen entsprechen. Gleichzeitig ist es auch notwendig, zu prüfen, ob die Verkabelung des Sekundärstromkreises korrekt und zuverlässig ist, um zu verhindern, dass die Schutzvorrichtung aufgrund eines Fehlers des Sekundärstromkreises nicht funktioniert oder nicht mehr einschaltet.

3.1.7 Teilstromabläufetest: Erkennen von potenziellen versteckten Gefahren

Im Isolationssystem von Hochspannungs-Schaltern entsteht bei ungleichmäßiger Feldverteilung innerhalb des Isoliermaterials oder bei zu hoher lokalem Feldstärke auf der Elektrodenoberfläche ein Defekt. Dies führt zu einer Partialentladung. Diese Art von Entladung tritt in der Regel in der Luftspalte innerhalb des Isoliermaterials auf, wobei Verunreinigung, Ablösung oder winzige Unebenheiten auf der Elektrodenoberfläche eine Rolle spielen. Obwohl die Entladungsenergie relativ gering ist, wirkt sie wie eine Zeitbombe, die im Dunkeln verborgen ist und die Isolierleistung des Hochspannungs-Schalters erheblich beeinträchtigen kann.

Die Schäden durch Teilentladung spiegeln sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten wider: Erstens beschleunigt sie das Altern der Isolierung. Die von der Teilentladung erzeugte Energie führt dazu, dass das Isoliermaterial lokal thermische Zerfallsprozesse, Oxidationen und andere chemische Reaktionen erleidet, die die molekulare Struktur des Isoliermaterials allmählich zerstören und zu einer allmählichen Abnahme der Isolierleistung führen. Langzeitliche Teilentladung führt zu einer erheblichen Beschleunigung des Alterungsprozesses der Isolierung und verkürzt damit deutlich die Lebensdauer der Anlage.

Zweitens reduziert die partiellen Entladungen die Isolierfestigkeit. Im Entladungszyklus wirken die erzeugten Elektronen, Ionen und andere geladene Partikel weiterhin auf das Isoliermaterial aus, wodurch dessen Inneregrad zunehmend kleine Risse und Schäden verursacht. Während der Entladung werden diese Schäden allmählich akkumuliert und führen zu einer kontinuierlichen Abnahme der Isolierfestigkeit. Wenn die Isolierfestigkeit auf einen bestimmten Grad reduziert ist, kann es unter normaler Betriebspannung zu einer Isolationsausfällung kommen, was zu Ausfall der Geräte führt.

Zudem kann eine ernsthafte Teilladung schließlich zu einer Isolationsausfällung führen, die zu Kurzschlüssen, Erdungen und anderen Störungen der Geräte führen kann. Diese Ausfälle führen nicht nur direkt zu Beschädigungen der Geräte, der Notwendigkeit der Reparatur oder des Austauschs von Komponenten, einer Erhöhung der Instandhaltungskosten und des Zeitaufwands, sondern verursachen auch Ausfallzeiten der Geräte, beeinträchtigen die normale Stromversorgung des Stromnetzes und verursachen große Unannehmlichkeiten für Produktion und Lebensqualität und können sogar große wirtschaftliche Verluste mit sich bringen. .

Darüber hinaus wird der Teilentladeprozess hochfrequente elektromagnetische Strahlung erzeugen; diese elektromagnetische Strahlung kann Interferenzen bei den umgebenden elektronischen Geräten und Kommunikationssystemen verursachen. In Gebieten mit stark konzentrierten Stromversorgungsanlagen, wie etwa im Netz, können Teilentladungen von elektrischen Geräten die normale Funktion von Relaisschutzvorrichtungen, Automatisierungssystemen usw. beeinträchtigen und die Stabilität und Zuverlässigkeit des Stromnetzes beeinträchtigen.

Um die Teilentladungsituation rechtzeitig zu erkennen und genau zu bewerten, gibt es verschiedene derzeit übliche Testmethoden zur Bestimmung der Teilentladungsintensität. Zu diesen Methoden gehört insbesondere die Ultraschalldetektion. Dabei wird die charakteristische Ultraschallwelle erzeugt, die durch den Ultraschallsensor erfasst und anschließend ausgewertet wird. Die Frequenz der Ultraschallwellen liegt höher als der Hörbereich des menschlichen Gehörs und liegt in der Regel zwischen 20 kHz und 200 MHz. Die Vorteile dieser Methode sind, dass die akustische Welle langsam und leicht zu erfassen ist, keine teuren Sensoren erforderlich sind und nur auf mechanische Vibrationen reagiert, eine hohe Resistenz gegenüber elektromagnetischen Störungen aufweist.

Das akustische Signal, das durch die Teilentladung erzeugt wird, verringert sich jedoch schnell im Übertragungsprozess, und in gasisolierten, metallgehäusegeführten Schaltanlagen (GIS) kann die Distanz zwischen den Sensoren nicht länger als 1 Meter betragen, und es müssen eine größere Anzahl von Sensoren angeordnet werden, was eine größere Messbelastung mit sich bringt. Gleichzeitig besteht bei einem weit entfernten Sensor vom Teilentladepunkt die Möglichkeit, dass das Entladesignal nicht erfasst werden kann, und die Methode ist anfällig für mechanische Schwingungsstörungen, Schwierigkeiten bei der Entladungstyperkennung, relativ geringen Detektionsbereich und ist daher nur als Hilfsmittel zur Messung einsetzbar. .

Durch den Teilentladungsprüfungsbericht kann die Isolationszustand der Hochspannungs-Schaltanlage anhand der Testergebnisse genau eingeschätzt werden. Wenn die Testergebnisse zeigen, dass die Teilentladungsmenge im Normbereich liegt und es keine abnormalen Entladungs-Signalmerkmale gibt, kann davon ausgegangen werden, dass der Isolationszustand der Hochspannungs-Schaltanlage gut ist und sie weiterhin sicher betrieben werden kann. Im Gegenteil, wenn die Teilentladungsmenge die Normwert überschreitet oder es abnormale Entladungs-Signale wie abnormale Entladungsfrequenz, große Entladungsamplitude usw. gibt, deutet dies darauf hin, dass die Isolierung der Hochspannungs-Schaltanlage Probleme aufweist und weitere Analyse der Gründe und entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise die Überholung der Anlage und die Erneuerung der Isolierteile, erforderlich sind, um den sicheren und zuverlässigen Betrieb der Hochspannungs-Schaltung zu gewährleisten.

3.1.8 Impulsfestspannungsfestigkeit: Bewältigung von plötzlichen und starken Schocks

Die Schlagfestigkeitsprüfung ist ein wichtiges Mittel zur Überprüfung der Isolierleistung von Hochspannungs-Schaltern unter dem Einfluss von Blitzüberlastung, Betriebsumlastung und anderen Schlagspannungen. In Stromnetzen stellen Blitzüberlastungen und Betriebsumlastungen in der Regel eine sehr hohe Amplitude und kurze Dauer auf, was eine große Bedrohung für die Isolierleistung von Hochspannungs-Schaltern darstellt. Die Schlagfestigkeitsprüfung simuliert diese Schlagspannungen, um zu prüfen, ob die Isolierung des Hochspannungs-Schalters diesen plötzlichen und starken Einflüssen standhält und sicherzustellen, dass bei ähnlichen Situationen im tatsächlichen Betrieb keine Isolationsschäden auftreten.

Die in der Widerstandspannungstestphase verwendeten Testspannungsformsignale sind hauptsächlich Blitzstoßspannungsformsignale und Betriebsspannungsformsignale. Die Wellenfrontzeit der Blitzimpulsspannung ist sehr kurz, in der Regel etwa 1,2 µs, und die Halbbereichzeit beträgt etwa 50 µs; diese kann die Überspannung simulieren, die bei einem Blitzschlag auf das Stromsystem entsteht; die Wellenfrontzeit und die Halbbereichzeit der Betriebsspannungsform sind relativ lang, jeweils etwa 250 µs und 2500 µs; diese dienen der Simulation der Überspannung, die im Betrieb des Stromnetzes entsteht.

Der Unterschied zwischen dem Impulsbeständigkeitstest und dem IF-Beständigkeitstest liegt hauptsächlich in der Form des Signalverlaufs und der Anzeitszeit der Prüfspannung. Die Signalform des IF-Beständigkeitstestes ist sinusförmig, und die Dauer des Tests beträgt in der Regel 1 Minute; dieser Test wird hauptsächlich verwendet, um die Isolierleistung des Hochspannungs-Schalters unter Langzeit-IF-Spannung zu bewerten; während die Signalform des Stoßbeständigkeitstestes nicht sinusförmig ist und die Dauer des Tests extrem kurz ist; dieser Test wird hauptsächlich verwendet, um die Fähigkeit des Hochspannungs-Schalters, hohe Amplitude anstoßartige Spannungen innerhalb kurzer Zeitstandzeiten zu überstehen, zu bewerten. Darüber hinaus unterscheiden sich die Testausrüstung und das Testverfahren des Stoßbeständigkeitstestes auch von denen des industriellen Frequenz-Beständigkeitstestes; dazu ist ein spezieller Stoßspannungsgenerator erforderlich, um die Stoßspannung zu erzeugen und die entsprechenden Mess- und Schutzvorrichtungen anzuwenden.

Bei der Prüfung von Hochspannungs-Schaltern wird die Impulsbeständigkeitstest üblicherweise in Verbindung mit dem IF-Beständigkeitstest durchgeführt. Der IF-Beständigkeitstest wird zunächst durchgeführt, um die Isolierleistung des Hochspannungs-Schalters zu überprüfen, anschließend erfolgt der Impulsbeständigkeitstest, um die Isolierfähigkeit unter Impulsspannung weiter zu bewerten. Erst wenn der Hochspannungs-Schalter sowohl den IF-Beständigkeitstest als auch den Schlagzähigkeitstest bestanden hat, kann man davon ausgehen, dass seine Isolierleistung den Anforderungen entspricht und in der Stromversorgung sicher und zuverlässig betrieben werden kann.

3.1.9 Temperaturanstiegstest

Die Temperaturerhöhungsprüfung ist eine wichtige Prüfung zur Beurteilung der Temperaturänderung eines Hochspannungs-Schalters unter normalen Betriebszuständen infolge thermischer Effekte und spielt eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Sicherheit der Ausrüstung über einen langen Zeitraum hinweg. Der Grundprinzipien basiert auf dem Grundprinzip der Thermodynamik, dem Gesetz der Energieeinsparung. Während der Arbeit des Hochspannungs-Schalters wird elektrische Energie in Wärmeeinheit umgewandelt, was die Temperatur des Geräts erhöht. Gleichzeitig absorbiert das Gerät während des Aufheizprozesses Wärme und hält die Temperaturgleichgewicht durch Wärmeableitung aufrecht. Die Temperaturerhöhungsprüfung misst präzise die Temperaturänderung des Geräts, um dessen Wärmeableitungseigenschaften und die Temperaturerhöhungsbedingungen detailliert zu bewerten.

Bei Temperaturanstiegstests müssen eine Reihe von Testbedingungen streng kontrolliert werden. Die Umgebungstemperatur wird normalerweise auf die Standardtesttemperatur eingestellt, typischerweise 20°C oder 25°C. Diese stabile Umgebungstemperatur stellt sicher, dass die Testergebnisse vergleichbar und genau sind. Die Testzeit beträgt normalerweise eine bestimmte Dauer kontinuierlicher Betrieb, wie z. B. 2 Stunden, 4 Stunden oder 8 Stunden, um der Ausrüstung die Möglichkeit zu geben, eine thermische Stabilität zu erreichen. Nur die thermische Stabilität der erhaltenen Daten ist repräsentativer und zuverlässiger. Die Testbelastung wird gemäß der Nennbelastung der Ausrüstung bestimmt, üblicherweise einem bestimmten Prozentsatz der Nennbelastung der Ausrüstung, wie z. B. 30%, 50% oder der vollen Belastung; die Größe der Belastung hat einen erheblichen Einfluss auf die Temperaturanstiegsrate der Ausrüstung. Die Testspannung wird gemäß der Nennspannung des Geräts bestimmt, in der Regel einem bestimmten Prozentsatz der Nennspannung des Geräts oder entsprechend der tatsächlichen Nutzung der Spannung, um sicherzustellen, dass die Testbedingungen den tatsächlichen Betriebsbedingungen entsprechen. Darüber hinaus ist es notwendig, Temperaturfühler in Schlüsselkomponenten des Geräts zu installieren, wie Kontakten, leitenden Verbindungen, Wicklungen, Gehäusen usw., um die Temperaturänderungen im Gerät während des Tests in Echtzeit und mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

Die Testmethode für den Temperaturanstieg lautet wie folgt: Zuerst wird der Hochspannungs-Schalter, der getestet wird, entsprechend den angegebenen Lastbedingungen belastet und bei einer konstanten Umgebungstemperatur positioniert. Die Temperatur des Geräts im Ausgangszustand wird sorgfältig gemessen und anschließend wird das Gerät eingeschaltet, sodass es in Betrieb geht. Während des Tests werden die Temperaturen der kritischen Komponenten des Geräts regelmäßig gemessen und aufgezeichnet, bis das Gerät in einen thermisch stabilen Zustand gelangt. Die thermische Stabilität wird in der Regel durch eine kontinuierliche Zeitspanne bestimmt; die Temperatur der wichtigsten Komponenten des Geräts darf nicht einen bestimmten Grenzwert überschreiten, beispielsweise darf die Temperaturänderung innerhalb von 30 Minuten nicht mehr als 1 °C betragen; das Gerät kann als thermisch stabil eingestuft werden. .

Bei der Temperaturerhöhungsprüfung besteht ein gängiger Testkreis darin, einen Hochspannungs-Schalter an eine Schaltung anzuschließen, die die tatsächliche Betriebsumgebung simuliert, und die Stromstärke und Spannung zu steuern, indem die Last eingestellt wird, um die vorgegebenen Testbedingungen zu erreichen. Beispielweise kann ein Hochspannungs-Schalter mit einer Nennstromstärke von 1000 A an eine Testschaltung angeschlossen werden, die während des Temperaturerhöhungsprüfs eine Stromstärke von 1000 A bereitstellen kann, während der Test gemäß den vorgegebenen Spannung- und Lastbedingungen durchgeführt wird.

Der Schlüssel zur Bestimmung dessen, ob die Temperaturerhöhung die Prüfung bestanden hat, besteht darin, die berechnete Temperaturerhöhung mit den standardisierten Temperaturerhöhungsgrenzwerten zu vergleichen. Verschiedene Arten von Hochspannungs-Schaltern haben unterschiedliche Temperaturerhöhungsgrenzen. So kann beispielsweise bei einigen Hochspannungs-Abschaltgeräten der Temperaturerhöhungsgrenzwert der Kontakte bei 70 K eingestellt werden; das heißt, wenn der Unterschied zwischen der Kontakte-Temperatur minus der Umgebungstemperatur nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts nicht mehr als 70 K beträgt, gilt die Temperaturerhöhung der Hochspannungs-Abschaltgeräte als qualifiziert; wenn dieser Wert höher als 70 K ist, müssen die Gründe weiter analysiert werden, die beispielsweise auf schlechte Kontakte, schlechte Wärmeableitung usw. zurückzuführen sein können; die Ausrüstung muss überprüft und verbessert werden. Prüfen und verbessern Sie die Ausrüstung.

Bei Hochspannungs-Schutzeinrichtungen ist auch die Temperaturerhöhungsgrenze des leitenden Stromkreises eindeutig definiert; in der Regel liegt sie zwischen 65 K und 80 K. Die genaue Höhe hängt vom Typ des Schutzeinrichtung, vom Nennstrom und anderen Faktoren ab. Bei der Beurteilung, ob die Temperaturerhöhung eingehalten wird, ist es notwendig, die entsprechenden Normen strikt zu befolgen, um sicherzustellen, dass der Hochspannungs-Schutz bei tatsächlicher Nutzung keine Sicherheitsvorfälle aufgrund einer Überhitzung verursacht und somit die stabile Funktion des Stromnetzes gewährleistet wird.

4 Weitere wichtige Testgeräte: Öltestgeräte und SF6-Gassetestgeräte

Die Prüfung von Gas- und Flüssigkeitsmedien für SF6-Gas oder Isolieröl als Isolations- und Lichtbogenlöschmittel bei Hochspannungs-Schaltern ist entscheidend. Die Reinheit, der Feuchtigkeitssatz und die Zerfallsprodukte des SF6-Gases haben direkten Einfluss auf die Isolations- und Lichtbogenlöschfähigkeit. Eine unzureichende Reinheit kann zu einer Abnahme der Isolationsfestigkeit führen, und ein hoher Feuchtigkeitssatz kann bei niedrigen Temperaturen einfrieren und die innere Struktur der Ausrüstung beschädigen, während gleichzeitig die Zerfallsprodukte des SF6-Gases beschleunigt werden, was zu toxischen und gefährlichen Zerfallsprodukten führt, die eine Gefahr für die Sicherheit von Ausrüstung und Personal darstellen. Durch die professionelle Gasdetektionsausrüstung können die SF6-Gasindikatoren überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie den relevanten Normanforderungen entsprechen. Bei Isolieröl ist es notwendig, dessen Durchbruchspannung, Säurewert, Feuchtigkeitssatz und andere Parameter zu testen, um festzustellen, ob die Leistung des Isolieröls gut ist oder nicht und ob eine Erneuerung oder Behandlung erforderlich ist.