ΖDM Χωρίς Λάδι SF6 Πυκνόμετρο: Η Μόνιμη Λύση για Διάρρωση Λαδιού
Η υποσταθμός 110kV στην εγκατάστασή μας κατασκευάστηκε και τέθηκε σε λειτουργία τον Φεβρουάριο 2005. Το σύστημα 110kV χρησιμοποιεί ZF4-126\1250-31.5 τύπου SF6 GIS (Gas-Insulated Switchgear) από το Beijing Switchgear Factory, περιλαμβάνοντας επτά βάια και 29 ατμοσφαιρώσεις SF6, συμπεριλαμβανομένων πέντε ατμοσφαιρώσεων πυραύλων. Κάθε ατμόσφαιρα πυραύλων είναι εξοπλισμένη με ρελέ δυστοπίας SF6. Η εγκατάστασή μας χρησιμοποιεί το μοντέλο MTK-1 των ρελέ δυστοπίας γεμάτων πετρελαϊκό λάδι από το Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Αυτά τα ρελέ διαθέτουν δύο εύρη πίεσης: -0.1 έως 0.5 MPa και -0.1 έως 0.9 MPa, με μία ή δύο ομάδες επαφών. Χρησιμοποιούν ως στοιχεία ανίχνευσης έναν σωλήνα Bourdon και ένα δίμεταλλο φύλλο. Όταν η διαρροή αερίου φτάνει σε συγκεκριμένο επίπεδο, οι ηλεκτρικές επαφές ενεργοποιούν σήματα προειδοποίησης ή κλειδώματος, επιτρέποντας διαφορετικές προστατευτικές λειτουργίες. Στις 17 Οκτωβρίου 2015, κατά τη διάρκεια μιας συνήθους επιθεώρησης, οι ημερήσιοι ηλεκτρολόγοι ανακάλυψαν διαφορετικά επίπεδα διαρροής αερίου στα ρελέ δυστοπίας για τις ατμοσφαιρώσεις 11, 19 και 22. Αυτό το περιστατικό έδωσε έμφαση στους λειτουργικούς κινδύνους που προκαλούνται από τη διαρροή πετρελαϊκού λαδιού στα ρελέ δυστοπίας SF6.
1. Κίνδυνοι από τη Διαρροή Πετρελαϊκού Λαδιού στα ρελέ δυστοπίας SF6
Η διαρροή πετρελαϊκού λαδιού στα ρελέ δυστοπίας προκαλεί σημαντική ζημία στην ηλεκτρική εξοπλισμό:
1.1 Όταν το αντισεισμικό λάδι μέσα στο ρελέ δυστοπίας εξαντλείται εντελώς, η ικανότητα απορρόφησης σεισμών μειώνεται σημαντικά. Εάν ο πυραύλος λειτουργήσει (ανοίξει ή κλείσει) υπό τέτοιες συνθήκες, μπορεί να οδηγήσει σε αποτυχία επαφής, υπερβολική απόκλιση από τις πρότυπες τιμές, παγίδευση του δείκτη και άλλες ανωμαλίες (βλέπε Σχήμα 1: ρελέ δυστοπίας γεμάτο πετρελαϊκό λάδι).
1.2 Λόγω των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών των επαφών στα ρελέ δυστοπίας SF6—χαμηλή δύναμη επαφής και μεγάλη διάρκεια λειτουργίας—μπορεί να προκληθεί οξείδωση των επαφών με την πάροδο του χρόνου, οδηγώντας σε κακή ή διακοπή επαφής. Σε ρελέ δυστοπίας SF6 που έχουν εξαντλήσει εντελώς το λάδι, οι ηλεκτρικές επαφές με μαγνητική βοήθεια εκτίθενται στον αέρα, προωθώντας την οξείδωση και τη συσσώρευση σκόνης, που εύκολα οδηγούν σε κακή επαφή στις επαφές. Κατά τη λειτουργία, έχει παρατηρηθεί ότι το 3% των επαφών ρελέ δυστοπίας SF6 αποτυγχάνει να διαχειριστεί αποτελεσματικά, κυρίως λόγω ανεπαρκούς αντισεισμικού λαδιού. Εάν ο δείκτης ενός ρελέ δυστοπίας SF6 παγιδευτεί, ή εάν οι επαφές αποτύχουν ή δεν μπορούν να λειτουργήσουν κανονικά, η ασφάλεια και η αξιοπιστία του δικτύου ενέργειας απειλούνται άμεσα.
2. Αιτίες της Διαρροής Πετρελαϊκού Λαδιού στα ρελέ δυστοπίας SF6
Η κύρια αιτία της διαρροής πετρελαϊκού λαδιού στα ρελέ δυστοπίας SF6 είναι η αποτυχία των σφραγίδων σε δύο θέσεις: την συνδέση μεταξύ της βάσης του τερματικού και της επιφάνειας, και την σφραγίδα μεταξύ του γυάλινου και του κυψέλης. Αυτή η αποτυχία σφραγίδων είναι κυρίως λόγω της γηράνησης των σφραγίδων. Οι αντισεισμικές σφραγίδες στα ρελέ δυστοπίας SF6 είναι συνήθως κατασκευασμένες από νιτριλικό καουτσούκ (NBR). Το NBR είναι ένα συντεθειμένο ελαστικό πολυμερές από βουταδιένη, ακρυλονίτριο και εμύλιο, με μοριακή δομή που περιλαμβάνει έναν άνευστο άνθρακα-αλυσίδα. Το περιεχόμενο ακρυλονίτριου επηρεάζει άμεσα τις ιδιότητες του NBR: υψηλότερο περιεχόμενο ακρυλονίτριου αυξάνει την αντοχή στο λάδι, το διαλύτη και τα χημικά, καθώς και την αντοχή, την σκληρότητα, την αντοχή στην ξεσκάριση και την θερμοκρασία, αλλά μειώνει την ευελιξία σε χαμηλές θερμοκρασίες, την ελαστικότητα και αυξάνει την αδιάβροχη φύση. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την γηράνηση των σφραγίδων NBR μπορούν να κατατάσσονται σε εσωτερικούς και εξωτερικούς παράγοντες.
2.1 Εσωτερικοί Παράγοντες
2.1.1 Μοριακή Δομή του Νιτριλικού Καουτσούκ
Το NBR δεν είναι ένα ελαστικό πετρελαϊκός υδρογονανθράκης· οι πολυμερικές αλυσίδες περιλαμβάνουν άνευστες διπλές συνδέσεις. Υπό διάφορες εξωτερικές επιδράσεις, το οξυγόνο αντιδρά σε αυτές τις διπλές συνδέσεις, δημιουργώντας οξείδια. Αυτά τα οξείδια διασπώνται σε περισσότερα οξείδια, οδηγώντας σε σπασμό των μοριακών αλυσίδων. Παράλληλα, παράγονται μικρές ποσότητες ενεργών ομάδων, που προωθούν την συνδέση των μορίων του καουτσούκ. Αυτό αυξάνει σημαντικά την πυκνότητα συνδέσεων, καθιστώντας το καουτσούκ βρεγμένο και σκληρό. Το πλήθος των διπλών συνδέσεων επηρεάζει άμεσα το ρυθμό γηράνησης.
2.1.2 Ενδυνάμωση του Καουτσούκ
Η επιλογή των ενδυναμωτικών κατά την κατασκευή του καουτσούκ είναι κρίσιμη. Μια αύξηση στην συγκέντρωση των συνδέσεων σε θείο επιταχύνει την γηράνηση του καουτσούκ.
2.2 Εξωτερικοί Παράγοντες
2.2.1 Οξυγόνο είναι η κύρια αιτία της γηράνησης του καουτσούκ. Τα μόρια οξυγόνου προκαλούν σπασμό και ανασυνδέση. Ένας άλλος παράγοντας είναι το οζόνιο, το οποίο είναι πολύ αντιδραστικό. Το οζόνιο επιτίθεται στις διπλές συνδέσεις των μορίων καουτσούκ, δημιουργώντας οζωνίδια που διασπώνται και σπάνε τις πολυμερικές αλυσίδες. Επειδή η αντισεισμική σφραγίδα είναι σε άμεση επαφή με τον αέρα, και το οξυγόνο/οζόνιο μπορεί να διαλυθεί στο λάδι, συμμετέχουν σε αντιδράσεις γηράνησης μέσα στο λάδι.
2.2.2 Θερμική Ενέργεια επιταχύνει τον ρυθμό οξείδωσης. Συνήθως, μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10°C διπλασιάζει τον ρυθμό οξείδωσης. Επιπλέον, η θερμότητα επιταχύνει τις αντιδράσεις μεταξύ των πολυμερικών αλυσίδων και των ενδυναμωτικών, προκαλώντας την εξάτμιση των εκπνέουσων συστατικών του καουτσούκ, που οδηγεί σε σημαντική μείωση των ιδιοτήτων του καουτσούκ και συντομεύει τη διάρκεια ζωής του.
2.2.3 Μηχανική Πόνος. Υπό συνεχή ένταση, το καουτσούκ υποστέλλεται, προκαλώντας μηχανική-οξειδωτική επίδραση. Σε συνδυασμό με τη θερμοκρασία, αυτό επιταχύνει την οξείδωση. Κατά τη διάρκεια της διάρκειας ζωής, το καουτσούκ χάνει σταδιακά την ελαστικότητα, οδηγώντας σε μηχανική γηράνηση. Γηρασμένες σφραγίδες καουτσούκ χάνουν την ικανότητα σφράγισης, προκαλώντας διαρροή λαδιού.
2.2.4 Ανεπαρκής Αρχική Πίεση της Σφραγίδας. Οι σφραγίδες καουτσούκ εξαρτώνται από την μεταμόρφωση κατά την εγκατάσταση για να δημιουργήσουν μια στενή ενσωμάτωση μεταξύ της σφραγίδας και της επιφάνειας σφράγισης, προκαλώντας την πρόληψη της διαρροής. Η ανεπαρκής αρχική πίεση είναι η πιο πιθανή αιτία διαρροής. Προβλήματα σχεδιασμού, όπως η επιλογή μιας σφραγίδας με μικρή διατομή, η χρήση μιας μεγάλης θέσης εγκατάστασης, ή η ανάπτυξη του κάλυμμα κατά την εγκατάσταση, μπορούν όλα να οδηγήσουν σε ανεπαρκή πίεση. Στην πράξη, η σφίξη του καλύμματος του ρελέ συνήθως γίνεται με την αίσθηση, κάτι που καθιστά δύσκολο να επιτευχθεί η βέλτιστη θέση, οδηγώντας σε ανεπαρκή πίεση. Επιπλέον, το καουτσούκ έχει συντελεστή ψύξης πάνω από δέκα φορές μεγαλύτερο από το μέταλλο. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η διατομή της σφραγίδας καουτσούκ συστέλλεται και το υλικό σκληραίνει, περαιτέρω μειώνοντας την πίεση.
2.2.5 Υπερβολική Συμπίεση. Για να εξασφαλιστεί η αποτελεσματικότητα της σφραγίδας, οι ελαστικές δαχτυλίδια-σφραγίδες χρειάζονται μια συγκεκριμένη συμπίεση. Ωστόσο, αυτή δεν μπορεί να αυξηθεί αυθαίρετα. Η υπερβολική συμπίεση μπορεί να προκαλέσει μόνιμη μεταμόρφωση κατά την εγκατάσταση, να δημιουργήσει υψηλή ισοδύναμη ένταση στη σφραγίδα, να οδηγήσει σε πτώση του υλικού, να μειώσει τη διάρκεια ζωής και τελικά να προκαλέσει διάρροη λάδιου. Ξανά, η πρακτική της σφίξης του καπάκιου του ρελέ με βάση την αίσθηση συχνά οδηγεί σε υπερβολική συμπίεση λόγω της δυσκολίας επίτευξης της σωστής θέσης.
3. Τύπου ZDM Ρελέ Πυκνότητας Χωρίς Λάδι, Αντισεισμικό
3.1 Απορρόφηση Σεισμών και Λειτουργικό Πρίγκιπο του Ρελέ Τύπου ZDM
Το ρελέ πυκνότητας χωρίς λάδι, αντισεισμικό τύπου ZDM (βλέπε Σχήμα 2) επιτυγχάνει την απορρόφηση σεισμών με την ενσωμάτωση ενός παραστρατικού ματράκια μεταξύ του συνδέσμου και του φωλιού. Αυτό το ματράκι απορροφά τις ταλαντώσεις που παράγονται κατά τη λειτουργία του σφραγίστρια. Ο αντίκτυπος και οι ταλαντώσεις από τη λειτουργία του στροβίλου μεταδίδονται μέσω του συνδέσμου στο παραστρατικό ματράκι, το οποίο στη συνέχεια εξασθενίζει την ενέργεια πριν την μεταδώσει στο φωλιό του ρελέ. Λόγω αυτής της απορροφητικής επίδρασης, η ταλαντωτική και η αντικτυπική ενέργεια που φθάνει στο φωλιό του ρελέ μειώνεται σημαντικά, επιτυγχάνοντας εξαιρετική αντισεισμική απόδοση.
Επιπλέον, το λειτουργικό πρίγκιπο του ρελέ τύπου ZDM βασίζεται σε ένα ελαστικό σωλήνα ως ελαστικό στοιχείο, με μια λωρίδα επαναφοράς θερμοκρασίας που διορθώνει τις μεταβολές πίεσης και θερμοκρασίας για να αντικατοπτρίζει τις μεταβολές της πυκνότητας του αερίου SF6. Οι εξόδιες επαφές χρησιμοποιούν ένα μηχανισμό μικροεπικίνητης. Η ελεγχούμενη επαφή του μικροεπικίνητης εκτελείται από τη λωρίδα επαναφοράς θερμοκρασίας και τον ελαστικό σωλήνα, σε συνδυασμό με την απορροφητική επίδραση του παραστρατικού ματρακίου. Αυτή η σχεδίαση προλαμβάνει ψευδείς σήματα λόγω ταλαντώσεων, εξασφαλίζοντας αξιόπιστη και αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος. Ενισχύει σημαντικά την αντισεισμική απόδοση του ρελέ πυκνότητας με δείκτη, καθιστώντας το ένα υψηλότερης απόδοσης συστήματος.
3.2 Χαρακτηριστικά του Ρελέ Πυκνότητας Χωρίς Λάδι, Αντισεισμικό Τύπου ZDM
3.2.1 Πλήρες φωλιό από ανοξείδωτο χάλυβα με εξαιρετικές ιδιότητες αδιάβροχης και αντιοξειδωτικής προστασίας, και ελκυστική εμφάνιση;
3.2.2 Ακρίβεια: 1.0 κλάση (σε 20°C), 2.5 κλάση (σε -30°C έως 60°C);
3.2.3 Λειτουργική θερμοκρασία περιβάλλοντος: -30°C έως +60°C; υγρασία περιβάλλοντος: ≤95% RH;
3.2.4 Αντισεισμική απόδοση: 20 m/s²; αντικτυπική απόδοση: 50g, 11ms; απόδοση σφραγίδας: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;
3.2.5 Βαθμολογία επαφών: AC/DC 250V, 1000VA/500W;
3.2.6 Κλάση προστασίας φωλιού: IP65;
3.2.7 Σχεδίαση χωρίς λάδι, αντοχή σε ταλαντώσεις και αντικτύπους, και μόνιμη διάρροη;
3.2.8 Σταθερή και συνεκτική απόδοση του στοιχείου επίπεδου θερμοκρασίας.
Τα παραπάνω χαρακτηριστικά δείχνουν ότι το ρελέ πυκνότητας χωρίς λάδι, αντισεισμικό τύπου ZDM εξαλείφει εντελώς το πρόβλημα της διάρροης λαδιού. Μέσω μιας μοναδικής σχεδίασης και παραστρατικών ματρακίων αντί για αντισεισμικό λάδι, προλαμβάνει θεμελιωδώς τη διάρροη λαδιού κατά τη λειτουργία.
4. Συμπέρασμα
Οι κύριες αιτίες της διάρροης λαδιού στα ρελέ πυκνότητας προέρχονται από ζητήματα κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης. Όταν η πυκνότητα του εξοπλισμού μειώνεται, όχι μόνο μειώνεται η διαλεκτική απομόνωση, αλλά και η δυνατότητα διακοπής του σφραγίστρια. Συνεπώς, είναι απαραίτητη η εγκαίρως αντικατάσταση των ρελέ πυκνότητας με διάρροη λαδιού. Για την εξασφάλιση ασφαλούς και αξιόπιστης λειτουργίας, συνιστάται η χρήση ρελέ πυκνότητας χωρίς λάδι, αντισεισμικών τύπου ZDM ή παρόμοιων συστημάτων σε μελλοντικές εφαρμογές.
