ZDM Oil-Free SF6 Density Relay: الحل الدائم لتسرب الزيت

تم بناء محطة التحويل ذات الجهد 110 كيلوفولت في مصنعنا وإدخالها إلى الخدمة في فبراير 2005. يستخدم نظام 110 كيلوفولت معدات ZF4-126\1250-31.5 من نوع SF6 GIS (معدات التحويل المحمية بالغاز) من مصنع التجهيزات الكهربائية في بكين، ويتكون من سبعة أقسام و29 قسم غاز SF6، بما في ذلك خمسة أقسام لقواطع الدائرة. يتم تجهيز كل قسم لقطع الدائرة بماسح كثافة غاز SF6. يستخدم مصنعنا نموذج MTK-1 من ماسحات الكثافة المليئة بالزيت المصنوعة بواسطة مصنع الأجهزة شانغهاي شينيوان. هذه الماسحات متاحة في نطاقين ضغط: -0.1 إلى 0.5 ميجا باسكال و-0.1 إلى 0.9 ميجا باسكال، مع مجموعة واحدة أو مجموعتين من الأطراف. يستخدمون أنبوب بوردون وجسر ثنائي المعدن كعناصر استشعار. عندما يصل تسرب الغاز إلى مستوى معين، يُنشِّط الأطراف الكهربائية إشارات الإنذار أو القفل، مما يمكّن من وظائف حماية مختلفة. في 17 أكتوبر 2015، أثناء فحص روتيني، اكتشف العاملون الكهربائيون على الديوانبة وجود تسريبات للغاز بدرجات متفاوتة في ماسحات الكثافة للأقسام 11 و19 و22. هذا الحادث أبرز المخاطر التشغيلية الناجمة عن تسرب الزيت في ماسحات كثافة غاز SF6.

1. مخاطر تسرب الزيت في ماسحات كثافة غاز SF6

يساهم تسرب الزيت في ماسحات الكثافة بشكل كبير في تلف معدات الطاقة:

1.1 بمجرد فقدان الزيت المضاد للزلازل داخل ماسح الكثافة تمامًا، تتراجع قدرته على امتصاص الصدمات بشكل كبير. إذا عمل قاطع الدائرة (فتح أو إغلاق) تحت مثل هذه الظروف، فقد يؤدي ذلك إلى فشل الاتصالات، انحراف كبير عن القيم القياسية، تجمد المؤشر، وغيرها من الأعطال (انظر الشكل 1: ماسح كثافة مليء بالزيت).

1.2 بسبب الخصائص المحددة للاتصالات في ماسحات كثافة غاز SF6 - القوة المنخفضة للاتصالات ومدة التشغيل الطويلة - يمكن أن يحدث تأكسد الاتصالات مع مرور الوقت، مما يؤدي إلى تواصل ضعيف أو منقطع. في ماسحات كثافة غاز SF6 التي فقدت زيتها تمامًا، تكون الاتصالات الكهربائية المساعدة بالمغناطيس معرضة للهواء، مما يعزز التأكسد وتراكم الغبار، مما يؤدي بسهولة إلى تواصل ضعيف في نقاط الاتصال. خلال التشغيل، تم ملاحظة أن 3% من اتصالات ماسحات كثافة غاز SF6 فشلت في التوصيل الفعال، وذلك أساساً بسبب نقص الزيت المضاد للزلازل. إذا أصبح مؤشر ماسح كثافة غاز SF6 مجمداً، أو إذا فشلت الاتصالات أو لم تستطع التوصيل بشكل صحيح، فإن سلامة وأمان شبكة الطاقة يتعرضان للتهديد المباشر.

2. أسباب تسرب الزيت في ماسحات كثافة غاز SF6

السبب الرئيسي لتسرب الزيت في ماسحات كثافة غاز SF6 هو فشل الختم في نقطتين: نقطة التقاء القاعدة النهائية والسطح، وختم بين الزجاج والعلبة. يعود هذا الفشل في الختم بشكل أساسي إلى تقادم الحلقات الختمية. الختم المضاد للزلازل في ماسحات كثافة غاز SF6 عادة ما يكون مصنوعًا من المطاط النايتريلي (NBR). NBR هو مطاط مركب صناعي مكوّن من البوتاديين والأكريلونيتريل والإمulsion، ويتميز ببنية جزيئية تحتوي على سلسلة كربون غير مشبعة. يؤثر محتوى الأكريلونيتريل مباشرة على خصائص NBR: حيث يزيد المحتوى العالي للأكريلونيتريل من مقاومة الزيت والمذيبات والكيميائيات، وكذلك القوة والصلابة ومقاومة التآكل والحرارة، ولكنه يقلل من المرونة عند درجات الحرارة المنخفضة والمرونة ويزيد من عدم النفاذية للغاز. يمكن تصنيف العوامل المؤثرة في تقادم ختم NBR إلى عوامل داخلية وخارجية.

2.1 العوامل الداخلية

2.1.1 الهيكل الجزيئي للمطاط النايتريلي
NBR ليس مطاط هيدروكربون مشبع؛ فسلاسل البوليمر تحتوي على روابط ثنائية غير مشبعة. تحت تأثير مختلف العوامل الخارجية، يتفاعل الأكسجين في هذه الروابط الثنائية ليشكل أكاسيد. هذه الأكاسيد تتحلل بعد ذلك إلى بيروكسيدات المطاط، مما يؤدي إلى قطع سلاسل الجزيئات. في نفس الوقت، يتم إنتاج كميات صغيرة من المجموعات النشطة، مما يساهم في ربط متقاطع بين جزيئات المطاط. هذا يزيد بشكل كبير من كثافة الربط المتقاطع، مما يجعل المطاط هشًا وصلبًا. عدد الروابط الثنائية يؤثر مباشرة على معدل التقادم.

2.1.2 مضادات التصاق المطاط
اختيار المثبتات أثناء تصنيع المطاط أمر حاسم. زيادة تركيز الترابط بالكبريت تسريع عملية تقادم المطاط.

2.2 العوامل الخارجية

2.2.1 الأكسجين هو السبب الرئيسي لتقادم المطاط. جزيئات الأكسجين تسبب قطع السلسلة وإعادة الترابط. عامل آخر هو الأوزون، وهو متفاعل للغاية. الأوزون يهاجم الروابط الثنائية في جزيئات المطاط، ليشكل أوزونيدات تتحلل وتقطع سلاسل البوليمر. بما أن الختم المضاد للزلازل في الاتصال المباشر مع الهواء، والأكسجين / الأوزون يمكن أن يذوب في الزيت، فإنه يشارك في تفاعلات التقادم داخل الزيت.

2.2.2 الطاقة الحرارية تسريع معدل الأكسدة. عادةً ما يؤدي زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية إلى مضاعفة معدل الأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، تسرع الحرارة التفاعلات بين سلاسل المطاط ومضافاته، مما يؤدي إلى تبخر المكونات الطائرة في المطاط، مما يؤدي إلى تدهور كبير في أداء المطاط وتقليل عمره الافتراضي.

2.2.3 الإجهاد الميكانيكي. تحت الضغط المستمر، يخضع المطاط للتشوه، مما يؤدي إلى آثار ميكانيكية-أكسدية. بالاشتراك مع الطاقة الحرارية، يسرع هذا الأكسدة. على مدى فترة الخدمة، يفقد المطاط تدريجيًا مرونته، مما يؤدي إلى تقادمه الميكانيكي. الختم المطاطي القديم يفقد قدرته على الختم، مما يؤدي إلى تسرب الزيت.

2.2.4 ضغط الختم الأولي غير كافٍ. تعتمد الختمات المطاطية على التشوه أثناء التركيب لإنشاء تناسب محكم بين الختم والسطح المحكم، مما يمنع التسرب. الضغط الأولي غير الكافي هو الأكثر احتمالاً لسبب التسرب. المشاكل التصميمية - مثل اختيار ختم بقطر مقطع صغير، استخدام فتحة تركيب كبيرة جدًا، أو تشديد غطاء العلبة بشكل غير صحيح أثناء التركيب - يمكن أن تؤدي جميعها إلى ضغط أولي غير كافٍ. في الواقع، يتم تشديد غطاء ماسح الكثافة غالبًا بالشعور، مما يجعل من الصعب تحقيق الموضع الأمثل، وبالتالي يؤدي إلى ضغط غير كافٍ. بالإضافة إلى ذلك، يبلغ معامل الانكماش البارد للمطاط أكثر من عشر مرات أكبر من المعادن. في درجات الحرارة المنخفضة، ينكمش قطر مقطع الختم المطاطي ويصبح المادة صلبة، مما يقلل من الضغط.

2.2.5 معدل الضغط المفرط. لضمان أداء الختم، يحتاج الختمات المطاطية الدائرية إلى معدل ضغط معين. ومع ذلك، لا يمكن زيادة هذا المعدل بشكل عشوائي. الضغط المفرط يمكن أن يؤدي إلى تشوه دائم أثناء التركيب، وإنتاج ضغط مكافئ عالٍ في الختم، مما يؤدي إلى فشل المادة وتقصير عمر الخدمة، وأخيراً يؤدي إلى تسرب الزيت. مرة أخرى، ممارسة تشديد غطاء ماسح الكثافة بالشعور غالباً ما يؤدي إلى ضغط مفرط بسبب صعوبة الوصول إلى الموضع الصحيح.

3. ماسح كثافة زدم من النوع خالي من الزيت ومضاد للزلازل

3.1 امتصاص الصدمات ومبدأ العمل لماسح زدم
يحقق ماسح كثافة زدم من النوع خالي من الزيت ومضاد للزلازل (انظر الشكل 2) امتصاص الصدمات من خلال دمج وسادة امتصاص الصدمات بين الموصل والعلبة. هذه الوسادة تخفف من الاهتزازات التي تنتج أثناء تشغيل قاطع الدائرة. يتم نقل الصدمة والاهتزاز من تشغيل القاطع عبر الموصل إلى وسادة امتصاص الصدمات، والتي بدورها تخفف من الطاقة قبل نقلها إلى علبة ماسح الكثافة. بسبب هذا التخميد، يتم تقليل الطاقة الاهتزازية والصدمة التي تصل إلى علبة ماسح الكثافة بشكل كبير، مما يؤدي إلى أداء ممتاز ضد الزلازل.

بالإضافة إلى ذلك، يعتمد مبدأ عمل ماسح زدم على أنبوب مرن كعنصر مرن، مع شريط تعويض حراري يصحح للتغيرات في الضغط والحرارة ليعكس تغييرات كثافة غاز SF6. يتم استخدام آلية التحويل الدقيقة للاتصالات الناتجة. يتم التحكم في إشارة التحويل الدقيق بواسطة شريط التعويض الحراري وأنبوب الربيع، مع التخميد الذي توفره وسادة امتصاص الصدمات. هذا التصميم يمنع الإشارات الخاطئة بسبب الاهتزاز، مما يضمن تشغيل النظام بشكل موثوق وفعال. يعزز هذا التصميم بشكل كبير من أداء ماسح الكثافة ذو المؤشر ضد الزلازل، مما يجعله جهازًا عالي الأداء.

3.2 مميزات ماسح كثافة زدم من النوع خالي من الزيت ومضاد للزلازل

• 3.2.1 هيكل كامل من الفولاذ المقاوم للصدأ مع خصائص ممتازة للمقاومة للماء والتآكل، ومظهر جذاب؛

• 3.2.2 الدقة: فئة 1.0 (عند 20 درجة مئوية)، فئة 2.5 (عند -30 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية)؛

• 3.2.3 درجة الحرارة المحيطة بالعمل: -30 درجة مئوية إلى +60 درجة مئوية؛ الرطوبة المحيطة بالعمل: ≤95٪ RH؛

• 3.2.4 أداء مقاوم للزلازل: 20 م/ث²؛ أداء مقاوم للصدمات: 50g، 11ms؛ أداء الختم: ≤10⁻⁸ مبار·ل/ث؛

• 3.2.5 تصنيف الاتصال: AC/DC 250V، 1000VA/500W؛

• 3.2.6 تصنيف حماية العلبة: IP65؛

• 3.2.7 تصميم خالي من الزيت، مقاوم للاهتزازات والصدمات، ومقاوم للتسرب بشكل دائم؛

• 3.2.8 أداء مستقر ومتناسق للغاية لعنصر الاستشعار الحراري.

تعكس هذه المميزات أن ماسح كثافة زدم من النوع خالي من الزيت ومضاد للزلازل يقضي تمامًا على مشكلة تسرب الزيت. من خلال استخدام تصميم هيكلي فريد ووسادات امتصاص الصدمات بدلاً من الزيت المضاد للزلازل، يمنع بشكل أساسي تسرب الزيت أثناء التشغيل.

4. الخلاصة

الأسباب الرئيسية لتسرب الزيت في ماسحات الكثافة تعود إلى مشاكل التصنيع والتشغيل والصيانة. عندما تنخفض كثافة المعدات، لا تنخفض فقط قوة العزل الكهربائي، ولكن أيضًا قدرة قاطع الدائرة على القطع. لذلك، من الضروري استبدال ماسحات الكثافة التي تسرب الزيت بشكل فوري. لضمان التشغيل الآمن والموثوق به، يُنصح باستخدام ماسحات كثافة زدم من النوع خالي من الزيت ومضاد للزلازل أو أجهزة مماثلة في التطبيقات المستقبلية.