Relé ng Densidad ng SF6 na Walang Langis ZDM: Ang Permanenteng Solusyon sa Pagdumal ng Langis

Ang substation na 110kV sa aming planta ay itinayo at ipinatatakbo noong Pebrero 2005. Ang sistema ng 110kV ay gumagamit ng ZF4-126\1250-31.5 type SF6 GIS (Gas-Insulated Switchgear) mula sa Beijing Switchgear Factory, na binubuo ng pitong bay at 29 kompartimento ng gas SF6, kabilang ang limang kompartimento ng circuit breaker. Bawat kompartimento ng circuit breaker ay mayroong isang SF6 gas density relay. Ang aming planta ay gumagamit ng MTK-1 model oil-filled density relays na gawa sa Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Ang mga relay na ito ay magagamit sa dalawang range ng presyon: -0.1 hanggang 0.5 MPa at -0.1 hanggang 0.9 MPa, na may isa o dalawang set ng contact. Gumagamit sila ng Bourdon tube at bimetallic strip bilang mga sensing element. Kapag umabot ang pag-leak ng gas sa isang tiyak na antas, ang mga electrical contacts ay nag-trigger ng alarm o lockout signals, na nagbibigay ng iba't ibang protective functions. Noong Oktubre 17, 2015, sa panahon ng routine inspection, ang mga on-duty electricians ay natuklasan ang iba't ibang antas ng pag-leak ng gas sa mga density relay para sa kompartimento 11, 19, at 22. Ang insidente na ito ay naging highlight ng operational risks na dulot ng pag-leak ng langis sa mga SF6 density relays.

1. Panganib ng Pag-leak ng Langis sa Mga SF6 Density Relays

Ang pag-leak ng langis sa mga density relays ay nagdudulot ng malaking pinsala sa mga power equipment:

1.1 Kapag nawalan ng lahat ng anti-seismic oil ang density relay, ang kapabilidad nito sa pag-absorb ng shock ay lubhang nabawasan. Kung ang circuit breaker ay mag-operate (bukas o sarado) sa ganitong kondisyon, maaari itong magsanhi ng contact failure, excessive deviation mula sa standard values, pointer jamming, at iba pang mga malfunction (tingnan ang Figure 1: Oil-filled density relay).

1.2 Dahil sa partikular na katangian ng mga contact sa mga SF6 density relays—mababang contact force at mahabang oras ng operasyon—maaaring mangyari ang contact oxidation sa loob ng panahon, na nagresulta sa poor o interrupted contact. Sa mga SF6 density relays na nawalan ng lahat ng kanilang langis, ang magnetic-assisted electrical contacts ay nakalantad sa hangin, na nagpapadala ng oxidation at pag-accumulate ng dust, na madaling nagresulta sa poor contact sa mga contact points. Sa operasyon, ito ay napansin na 3% ng mga contact ng SF6 density relay ay hindi epektibo sa pag-conduct, pangunahin dahil sa kulang na anti-seismic oil. Kung ang pointer ng isang SF6 density relay ay nahihirapan, o kung ang mga contact ay nag-fail o hindi makapag-conduct ng maayos, ang seguridad at reliabilidad ng power grid ay direktang inaalala.

2. Mga Dahilan ng Pag-leak ng Langis sa Mga SF6 Density Relays

Ang pangunahing sanhi ng pag-leak ng langis sa mga SF6 density relays ay ang pag-fail ng mga seal sa dalawang lugar: ang junction sa pagitan ng terminal base at ang surface, at ang seal sa pagitan ng glass at ang case. Ang pag-fail ng seal na ito ay pangunahin dahil sa aging ng mga sealing rings. Ang anti-seismic oil seals sa mga SF6 density relays ay karaniwang gawa sa nitrile rubber (NBR). Ang NBR ay isang synthetic elastomer copolymer na binubuo ng butadiene, acrylonitrile, at emulsion, na may molecular structure na may unsaturated carbon chain. Ang content ng acrylonitrile ay direktang nakakaapekto sa mga katangian ng NBR: mas mataas na content ng acrylonitrile ay nagpapataas ng resistance sa langis, solvent, at chemical, pati na rin ang strength, hardness, wear resistance, at heat resistance, ngunit binabawasan ang low-temperature flexibility, elasticity, at nagpapataas ng gas impermeability. Ang mga factor na nakakaapekto sa aging ng NBR seals ay maaaring ikategorya sa internal at external factors.

2.1 Internal Factors

2.1.1 Molecular Structure of Nitrile Rubber
Ang NBR ay hindi isang saturated hydrocarbon rubber; ang mga polymer chains nito ay may unsaturated double bonds. Sa ilalim ng iba't ibang external influences, ang oxygen ay reaksyon sa mga double bonds, na nagreresulta sa pag-form ng oxides. Ang mga oxides na ito ay nagdecompose pa sa rubber peroxides, na nagreresulta sa molecular chain scission. Samantalang ito, maliit na dami ng active groups ay lumilikha, na nagpapataas ng cross-linking ng rubber molecules. Ito ay lubhang nagpapataas ng cross-linking density, na nagpapabrittle at hard ang rubber. Ang bilang ng double bonds ay direktang nakakaapekto sa rate ng aging.

2.1.2 Rubber Compounding Agents
Ang pagpili ng vulcanizing agents sa panahon ng paggawa ng rubber ay kritikal. Ang pagtaas ng sulfur cross-linking concentration ay nagpapabilis ng proseso ng aging ng rubber.

2.2 External Factors

2.2.1 Oxygen ang pangunahing sanhi ng aging ng rubber. Ang oxygen molecules ay nagdudulot ng chain scission at re-cross-linking. Ang isa pang factor ay ozone, na may mataas na reactive. Ang ozone ay sumasalakay sa mga double bonds sa rubber molecules, na nagreresulta sa pag-form ng ozonides na nagdecompose at bumabago ang polymer chains. Dahil ang anti-seismic oil seal ay direktang nakakontak sa hangin, at ang oxygen/ozone ay maaaring i-dissolve sa langis, sila ay sumasama sa aging reactions sa loob ng langis.

2.2.2 Thermal Energy ay nagpapabilis ng rate ng oxidation. Karaniwan, ang 10°C na pagtaas ng temperatura ay nagdudoble ng rate ng oxidation. Bukod dito, ang init ay nagpapabilis ng mga reaksiyon sa pagitan ng rubber chains at compounding agents, na nagreresulta sa pag-evaporate ng volatile components sa rubber, na lubhang nagdudulot ng pagka-degrade ng performance ng rubber at pag-shorten ng service life nito.

2.2.3 Mechanical Fatigue. Sa ilalim ng sustained stress, ang rubber ay nag-undergo ng strain, na nagreresulta sa mechanical-oxidative effects. Kasama ang thermal energy, ito ay nagpapabilis ng oxidation. Sa loob ng service life, ang rubber ay unti-unting nawawalan ng elasticity, na nagreresulta sa mechanical aging. Ang aged rubber seals ay nawawalan ng kanilang sealing capability, na nagreresulta sa pag-leak ng langis.

2.2.4 Insufficient Initial Compression of the Seal. Ang rubber seals ay umaasa sa deformation sa panahon ng installation upang makabuo ng tight fit sa pagitan ng seal at ang sealing surface, upang maiwasan ang pag-leak. Ang insufficient initial compression ay ang pinakamalamang na magdulot ng pag-leak. Ang mga design issues—tulad ng piling ng seal na may maliit na cross-section, ang paggamit ng oversized installation groove, o ang improper tightening ng case cover sa panahon ng installation—lahat ito ay maaaring magresulta sa inadequate initial compression. Sa praktika, ang pag-tighten ng relay case cover ay kadalasang ginagawa by feel, na nagpapahirap na makamit ang optimal position, kaya nagreresulta sa insufficient compression. Bukod dito, ang rubber ay may cold-shrink coefficient na higit sa sampung beses kaysa sa metal. Sa mababang temperatura, ang cross-section ng rubber seal ay nagco-contract at ang materyal ay nagiging hard, na nagpapababa pa ng compression.

2.2.5 Excessive Compression Rate. Upang mapanatili ang sealing performance, ang rubber O-rings ay nangangailangan ng isang tiyak na compression rate. Ngunit, hindi ito dapat na itaas nang walang limitasyon. Ang excessive compression ay maaaring magresulta sa permanent deformation sa panahon ng installation, nagreresulta sa high equivalent stress sa seal, nagreresulta sa material failure, nagpapakrat ng service life, at sa huli, nagdudulot ng pag-leak ng langis. Muli, ang praktika ng pag-tighten ng relay cover by feel kadalasang nagreresulta sa excessive compression dahil sa kahirapan na makamit ang tamang posisyon.

3. ZDM-Type Oil-Free, Anti-Seismic Density Relay

3.1 Shock Absorption and Operating Principle of the ZDM-Type Relay
Ang ZDM-type oil-free, anti-seismic density relay (tingnan ang Figure 2) ay nag-aachieve ng shock absorption sa pamamagitan ng paglalagay ng shock-absorbing pad sa pagitan ng connector at ang case. Ang pad na ito ay buffer ng mga vibration na ginawa sa panahon ng operasyon ng circuit breaker. Ang impact at vibration mula sa switch operation ay ipinapadala sa pamamagitan ng connector sa shock-absorbing pad, na pagkatapos ay nag-buffer ng enerhiya bago ito ipinadala sa relay case. Dahil sa buffering effect, ang vibrational at impact energy na nararating sa relay case ay lubhang nabawasan, na nagreresulta sa excellent anti-seismic performance.

Kasama nito, ang operating principle ng ZDM-type relay ay umaasa sa spring tube bilang elastic element, na may temperature compensation strip na nag-correct ng pressure at temperature variations upang ipakita ang mga pagbabago sa density ng gas SF6. Ang output contacts ay gumagamit ng micro-switch mechanism. Ang control ng micro-switch signal ay ginagawa ng temperature compensation strip at spring tube, kasama ang buffering effect ng shock-absorbing pad. Ang disenyo na ito ay nagpaprevent ng false signals dahil sa vibration, na nagse-secure ng reliable at effective system operation. Ito ay lubhang nagpapataas ng anti-seismic performance ng pointer-type density relay, na nagreresulta sa high-performance device.

3.2 Features of the ZDM-Type Oil-Free, Anti-Seismic Density Relay

• 3.2.1 Full stainless steel enclosure na may excellent waterproof    at corrosion-resistant properties, at attractive appearance;

• 3.2.2 Accuracy: 1.0 class (sa 20°C), 2.5 class (sa -30°C to  60°C);

• 3.2.3 Operating ambient temperature: -30°C to +60°C; operating  ambient humidity: ≤95% RH;

• 3.2.4 Anti-seismic performance: 20 m/s²; anti-impact performance: 50g, 11ms; sealing performance: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Contact rating: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Enclosure protection rating: IP65;

• 3.2.7 Oil-free design, resistant sa vibration at impact, at permanently leak-proof;

• 3.2.8 Stable at highly consistent performance ng temperature-sensing element.

Ang mga feature na ito ay nagpapakita na ang ZDM-type oil-free, anti-seismic density relay ay lubhang nag-eeliminate ng problema ng pag-leak ng langis. Sa pamamagitan ng unique structural design at shock-absorbing pads sa halip na anti-seismic oil, ito ay fundamental na nagpaprevent ng pag-leak ng langis sa panahon ng operasyon.

4. Conclusion

Ang pangunahing sanhi ng pag-leak ng langis sa mga density relays ay nagmumula sa manufacturing, operation, at maintenance issues. Kapag bumaba ang density ng equipment, hindi lamang nabawasan ang dielectric insulation strength, kundi nabawasan din ang interrupting capacity ng circuit breaker. Kaya, mahalaga ang timely replacement ng mga density relay na nag-leak ng langis. Upang masiguro ang safe at reliable operation, inirerekomenda ang paggamit ng ZDM-type oil-free, anti-seismic density relays o katulad na devices sa future applications.