ZDM без масло SF6 Плотностен реле: Постоянно решение за изтичане на масло

110кВ подстанцията в нашия завод беше изградена и введена в експлоатация през февруари 2005 г. 110кВ системата използва ZF4-126\1250-31.5 тип SF6 GIS (газово изолирано комутационно устройство) от Пекинския завод за комутационни устройства, състоящ се от седем секции и 29 компартмента с SF6 газ, включително пет компартмента със затвори. Всеки компартмент със затвор е оборудван с реле на плътността на SF6 газ. Нашата фабрика използва модел MTK-1 маслени реле на плътността, произвеждани от Шанхайския завод за инструменти Xinyuan. Тези реле са налични в два диапазона на налягане: -0,1 до 0,5 МПа и -0,1 до 0,9 МПа, с един или два набори контакти. Те използват бурдонов цилиндър и двуслойна лента като чувствителни елементи. Когато утечката на газ достигне определен ниво, електрическите контакти активират сигнал за тревога или блокиране, позволявайки различни защитни функции. На 17 октомври 2015 г., по време на редовна проверка, дежурните електромонтьори установиха различни степени на утечки на газ в релетата на плътността за компартментите 11, 19 и 22. Този случай подчерта опасностите, свързани с утечките на масло в релетата на плътността на SF6.

1. Опасности от утечки на масло в релетата на плътността на SF6

Утечките на масло в релетата на плътността причиняват значителни повреди на електроустановките:

1.1 След като антисейсмичното масло в релето на плътността е напълно изгубено, способността му да абсорбира ударите се намалява значително. Ако затворът работи (се отваря или затваря) при такива условия, това може да доведе до отказ на контактите, прекомерно отклонение от стандартните стойности, заключване на стрелката и други неисправности (виж фигура 1: маслено реле на плътността).

1.2 Поради специфичните характеристики на контактите в релетата на плътността на SF6 – ниска сила на контакт и дълго време на работа – с течение на времето може да се появи оксидация на контактите, което води до слаб или прекъснат контакт. В релетата на плътността на SF6, които са напълно изгубили маслото си, магнитно асистираните електрически контакти са изложени на въздуха, което насърчава оксидацията и натрупването на прах, което лесно води до слаб контакт в точките на контакт. По време на работа е наблюдавано, че 3% от контактите на релетата на плътността на SF6 не провеждат ефективно, главно поради недостиг на антисейсмично масло. Ако стрелката на релето на плътността на SF6 се заключи, или ако контактите откажат или не могат да провеждат правилно, безопасността и надеждността на електрическата мрежа са директно заплашени.

2. Причини за утечки на масло в релетата на плътността на SF6

Основната причина за утечките на масло в релетата на плътността на SF6 е провалът на герметизиращите уплътнения на две места: между основата на клемника и повърхността, и между стъклото и корпуса. Този провал на герметизацията е главно поради стареене на уплътнителните пръстени. Уплътненията с антисейсмично масло в релетата на плътността на SF6 обикновено са направени от акрилонитрил-бутадиен каучук (NBR). NBR е синтетичен еластомерен сополимер, съставен от бутадиен, акрилонитрил и эмулсия, с молекулярна структура, характеризирана от несъгласувана въглеродна верига. Съдържанието на акрилонитрил直接影响了翻译的完整性，我将直接继续完成剩余部分的翻译：

акрилонитрила директно влияе на свойствата на NBR: по-високо съдържание на акрилонитрил увеличава устойчивостта към масло, растворители и химикали, както и силата, твърдостта, издръжливостта на триене и термичната устойчивост, но намалява гъвкавостта при ниски температури, еластичността и увеличава невходимостта за газове. Факторите, влияещи на стареенето на уплътненията от NBR, могат да бъдат категоризирани като вътрешни и външни фактори.

2.1 Вътрешни фактори

2.1.1 Молекулярна структура на акрилонитрил-бутадиен каучук
NBR не е насищен хидрокарбонатен каучук; полимерните вериги съдържат несъгласувани двойни връзки. Под различни външни влияния кислород реагира в тези двойни връзки, образувайки оксиди. Тези оксиди по-нататък се разпадат в каучукови пероксиди, водейки до разкъсване на молекулните вериги. Едновременно се генерират малки количества активни групи, които насърчават свързването на каучуковите молекули. Това значително увеличава гъстотата на свързването, правейки каучука хрупък и твърд. Броят на двойните връзки директно влияе на скоростта на стареене.

2.1.2 Добавки към каучук
Изборът на вулканизиращи агенти при производството на каучук е критичен. Увеличаването на концентрацията на сулфурни свързващи връзки ускорява процеса на стареене на каучука.

2.2 Външни фактори

2.2.1 Кислород е основна причина за стареенето на каучук. Молекули на кислород причиняват разкъсване на веригите и повторно свързване. Друг фактор е озонът, който е много реактивен. Озонът напада двойните връзки в молекулите на каучука, образувайки озониди, които се разпадат и разкъсват полимерните вериги. Тъй като уплътнението с антисейсмично масло е в пряк контакт с въздуха, а кислородът/озонът могат да се разтворят в маслото, те участват в процеси на стареене в маслото.

2.2.2 Термична енергия ускорява скоростта на оксидация. Обикновено, 10°C увеличение на температурата удвоява скоростта на оксидация. Освен това, топлината ускорява реакции между каучуковите вериги и добавките, причинявайки летливи компоненти в каучука да се изпаряват, значително деградирайки качеството на каучука и съкращавайки срока на служба.

2.2.3 Механична умора. Под постоянен стрес каучукът се деформира, водейки до механично-оксидативни ефекти. Комбинирано с термична енергия, това ускорява оксидацията. През срока на служба каучукът постепенно губи еластичност, водейки до механично стареене. Стареещите уплътнения от каучук губят способността си да герметизират, водейки до утечка на масло.

2.2.4 Недостатъчно начално съкращение на уплътнението. Уплътненията от каучук се полагат на място чрез деформация при монтаж, за да създадат тясно съединение между уплътнението и повърхността за герметизация, предотвратявайки утечка. Недостатъчно начално съкращение най-вероятно ще причини утечка. Конструкционни проблеми, като избор на уплътнение с малък профил, използване на прекомерно голяма канавка за монтаж или неправилно затягане на капака на корпуса при монтаж, всички могат да доведат до недостатъчно начално съкращение. На практика, затягането на капака на релето често се прави по чувство, което прави трудно да се постигне оптималната позиция, следователно довежда до недостатъчно съкращение. Освен това, каучукът има коефициент на съкращение при ниски температури, над десет пъти по-голям от метал. При ниски температури профилът на уплътнението от каучук се съкращава, а материалът се засилва, допълнително намалявайки съкращението.

2.2.5 Прекомерно съкращение. За да се осигури герметичност, уплътненията O-образни от каучук изискват определено съкращение. Но това не може да се увеличава безразборно. Прекомерно съкращение може да причини постоянна деформация при монтаж, да генерира високо еквивалентно напрежение в уплътнението, да доведе до отказ на материала, да съкрати срока на служба и в крайна сметка да причини утечка на масло. Отново, практиката на затягане на капака на релето по чувство често води до прекомерно съкращение, тъй като е трудно да се постигне правилната позиция.

3. Реле на плътността без масло, типа ZDM, с антисейсмична устойчивост

3.1 Амортизация и принцип на действие на реле типа ZDM
Реле на плътността без масло, типа ZDM (виж фигура 2), постига амортизация, като интегрира амортизаторна подложка между връзката и корпуса. Тази подложка буферира вибрациите, генерираните при операцията на затвора. Ударът и вибрациите от операцията на ключа се предават чрез връзката към амортизаторната подложка, която после демпфира енергията, преди да я предаде на корпуса на релето. Благодарение на този буферен ефект, вибрационната и ударна енергия, достигаща до корпуса на релето, е значително намалена, резултираща в отлична антисейсмична устойчивост.

Освен това, принципът на действие на реле типа ZDM зависи от пружинен цилиндър като еластичен елемент, с температурен коригиращ лентичен елемент, коригиращ вариациите на налягане и температура, за да отрази промените в плътността на SF6 газ. Изходните контакти използват микропереключателен механизъм. Управлението на сигнала от микропереключателя се извършва от температурния коригиращ лентичен елемент и пружинния цилиндър, комбинирани с буферния ефект на амортизаторната подложка. Този дизайн предотвратява лъжливи сигнали, причинени от вибрации, осигурявайки надеждна и ефективна работа на системата. Това значително подобрява антисейсмичната устойчивост на реле на плътността с указател, правейки го високопроизводително устройство.

3.2 Особености на реле на плътността без масло, типа ZDM, с антисейсмична устойчивост

• 3.2.1 Полно стоманен корпус с отлични водоустойчиви и корозионно-устойчиви свойства, и привлекателен вид;

• 3.2.2 Точност: клас 1.0 (при 20°C), клас 2.5 (при -30°C до 60°C);

• 3.2.3 Температура на работна среда: -30°C до +60°C; влажност на работна среда: ≤95% RH;

• 3.2.4 Антисейсмична устойчивост: 20 m/s²; устойчивост към удари: 50g, 11ms; герметичност: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Рейтинг на контактите: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Клас на защита на корпуса: IP65;

• 3.2.7 Безмаслен дизайн, устойчив към вибрации и удари, и постоянно герметичен;

• 3.2.8 Стабилна и високо консистентна работа на температурния сензорен елемент.

По-горните особености показват, че реле на плътността без масло, типа ZDM, напълно елиминира проблема с утечка на масло. Чрез използване на уникална конструктивна концепция и амортизаторни подложки вместо антисейсмично масло, то фундаментално предотвратява утечката на масло по време на работа.

4. Заключение

Основните причини за утечка на масло в релетата на плътността произтичат от производствени, эксплуатационни и поддръжкови проблеми. Когато плътността на оборудването намалее, не само електрическата изолация е намалена, но и пречупвателната способност на затвора се компрометира. Следователно, своевременна замяна на релетата на плътността с утечка на масло е необходима. За да се осигури безопасна и надеждна работа, препоръчително е да се използват релета на плътността без масло, типа ZDM, или подобни устройства в бъдещи приложения.