Relai Ketumpatan SF6 Bebas Minyak ZDM: Penyelesaian Kekal bagi Pencabutan Minyak

Substesen 110kV di kilang kami dibina dan mula beroperasi pada Februari 2005. Sistem 110kV menggunakan GIS (Gas-Insulated Switchgear) jenis ZF4-126\1250-31.5 dari Beijing Switchgear Factory, yang terdiri daripada tujuh bay dan 29 kompartmen gas SF6, termasuk lima kompartmen pemutus litar. Setiap kompartmen pemutus litar dilengkapi dengan relai ketumpatan gas SF6. Kilang kami menggunakan model MTK-1 relai ketumpatan berisi minyak yang dikeluarkan oleh Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Relai ini tersedia dalam dua julat tekanan: -0.1 hingga 0.5 MPa dan -0.1 hingga 0.9 MPa, dengan satu atau dua set kontak. Mereka menggunakan tabung Bourdon dan jalur bimetal sebagai elemen pengesan. Apabila kebocoran gas mencapai tahap tertentu, kontak elektrik memicu isyarat peringatan atau penguncian, membolehkan fungsi perlindungan yang berbeza. Pada 17 Oktober 2015, semasa pemeriksaan rutin, juruteknik elektrik yang bertugas mendapati tahap kebocoran gas yang berbeza dalam relai ketumpatan untuk kompartmen 11, 19, dan 22. Insiden ini menunjukkan risiko operasional yang disebabkan oleh kebocoran minyak dalam relai ketumpatan SF6.

1. Bahaya Kebocoran Minyak dalam Relai Ketumpatan SF6

Kebocoran minyak dalam relai ketumpatan menyebabkan kerusakan yang signifikan pada peralatan kuasa:

1.1 Apabila minyak anti-seismik dalam relai ketumpatan hilang sepenuhnya, keupayaannya untuk meredam getaran berkurang secara signifikan. Jika pemutus litar beroperasi (membuka atau menutup) dalam keadaan seperti itu, ia boleh menyebabkan kegagalan kontak, penyimpangan yang berlebihan dari nilai standard, pengekangan penunjuk, dan masalah lain (lihat Gambar 1: Relai ketumpatan berisi minyak).

1.2 Dikarenakan ciri khas kontak dalam relai ketumpatan SF6—daya kontak yang rendah dan masa operasi yang panjang—kontak boleh mengalami oksidasi seiring waktu, menyebabkan kontak yang buruk atau terputus. Dalam relai ketumpatan SF6 yang telah kehilangan minyaknya sepenuhnya, kontak elektrik yang dibantu magnet terdedah kepada udara, mempromosikan oksidasi dan penumpukan debu, yang mudah menyebabkan kontak yang buruk pada titik kontak. Semasa operasi, telah diperhatikan bahawa 3% kontak relai ketumpatan SF6 gagal menghantar secara efektif, sebahagian besar disebabkan oleh kekurangan minyak anti-seismik. Jika penunjuk relai ketumpatan SF6 menjadi terkunci, atau jika kontak gagal atau tidak dapat menghantar dengan betul, keselamatan dan kebolehpercayaan grid kuasa terancam secara langsung.

2. Penyebab Kebocoran Minyak dalam Relai Ketumpatan SF6

Penyebab utama kebocoran minyak dalam relai ketumpatan SF6 adalah kegagalan segel pada dua lokasi: persimpangan antara pangkalan terminal dan permukaan, dan segel antara kaca dan kas. Kegagalan segel ini disebabkan oleh penuaan cincin segel. Segel minyak anti-seismik dalam relai ketumpatan SF6 biasanya dibuat daripada karet nitril (NBR). NBR adalah polimer elastomer sintetik yang terdiri daripada butadiena, asetonitril, dan emulsi, dengan struktur molekul yang mempunyai rantai karbon yang tidak jenuh. Kandungan asetonitril secara langsung mempengaruhi sifat NBR: kandungan asetonitril yang lebih tinggi meningkatkan tahanan minyak, pelarut, dan kimia, serta kekuatan, kekerasan, ketahanan aus, dan tahanan haba, tetapi mengurangkan fleksibilitas suhu rendah, elastisitas, dan meningkatkan ketidakbolehmelaluian gas. Faktor yang mempengaruhi penuaan segel NBR boleh dikategorikan menjadi faktor dalaman dan luaran.

2.1 Faktor Dalaman

2.1.1 Struktur Molekul Karet Nitril
NBR bukan karet hidrokarbon yang jenuh; rantai polimernya mengandungi ikatan ganda yang tidak jenuh. Di bawah berbagai pengaruh luaran, oksigen bertindak balas pada ikatan ganda ini, membentuk oksida. Oksida-oksida ini kemudian terurai menjadi peroksid karet, menyebabkan pemotongan rantai molekul. Serentak, jumlah kecil kumpulan aktif dihasilkan, mempromosikan penghubungan silang molekul karet. Ini secara signifikan meningkatkan ketumpatan penghubungan silang, membuat karet menjadi rapuh dan keras. Jumlah ikatan ganda secara langsung mempengaruhi kadar penuaan.

2.1.2 Agen Komposisi Karet
Pilihan agen vulkanisasi semasa pembuatan karet sangat penting. Kenaikan konsentrasi penghubungan silang sulfur mempercepat proses penuaan karet.

2.2 Faktor Luaran

2.2.1 Oksigen adalah penyebab utama penuaan karet. Molekul oksigen menyebabkan pemotongan rantai dan penghubungan silang semula. Faktor lain adalah ozon, yang sangat reaktif. Ozon menyerang ikatan ganda dalam molekul karet, membentuk ozonida yang terurai dan memotong rantai polimer. Kerana segel minyak anti-seismik berada dalam kontak langsung dengan udara, dan oksigen/ozon boleh larut dalam minyak, mereka terlibat dalam reaksi penuaan dalam minyak.

2.2.2 Tenaga Panas mempercepat kadar oksidasi. Secara umum, peningkatan suhu 10°C menggandakan kadar oksidasi. Selain itu, haba mempercepat reaksi antara rantai karet dan agen komposisi, menyebabkan komponen volatil dalam karet menguap, secara signifikan mengurangkan prestasi karet dan memendekkan hayat layanan.

2.2.3 Kecederaan Mekanikal. Di bawah tekanan berterusan, karet mengalami tegangan, menyebabkan efek mekanikal-oksidasif. Gabungan dengan tenaga panas, ini mempercepat oksidasi. Sepanjang hayat layanan, karet secara perlahan kehilangan elastisitinya, menyebabkan penuaan mekanikal. Segel karet yang sudah tua kehilangan keupayaan penyegelan, menyebabkan kebocoran minyak.

2.2.4 Kompresi Awal yang Tidak Cukup pada Segel. Segel karet bergantung pada deformasi semasa pemasangan untuk mencipta pas yang ketat antara segel dan permukaan penyegelan, mencegah kebocoran. Kompresi awal yang tidak cukup paling mungkin menyebabkan kebocoran. Isu-isu reka bentuk—seperti memilih segel dengan bahagian rentas yang kecil, menggunakan alur pemasangan yang terlalu besar, atau mengeratkan tutup kas secara tidak tepat semasa pemasangan—semua boleh mengakibatkan kompresi awal yang tidak mencukupi. Dalam amalan, mengeratkan tutup relai sering dilakukan berdasarkan rasa, menjadikan sukar untuk mencapai kedudukan optimal, sehingga mengakibatkan kompresi yang tidak mencukupi. Selain itu, karet mempunyai pekali kontrak dingin lebih dari sepuluh kali lebih besar daripada logam. Pada suhu rendah, bahagian rentas segel karet berkontrak dan bahan menjadi keras, mengurangkan kompresi lebih lanjut.

2.2.5 Kadar Kompresi yang Berlebihan. Untuk memastikan prestasi penyegelan, cincin O karet memerlukan kadar kompresi tertentu. Namun, ini tidak boleh ditingkatkan secara buta. Kompresi yang berlebihan boleh menyebabkan deformasi kekal semasa pemasangan, menghasilkan tekanan setara yang tinggi pada segel, menyebabkan kegagalan bahan, memendekkan hayat layanan, dan akhirnya menyebabkan kebocoran minyak. Lagi-lagi, amalan mengeratkan tutup relai berdasarkan rasa sering mengakibatkan kompresi yang berlebihan kerana sukar mencapai kedudukan yang betul.

3. Relai Ketumpatan Anti-Seismik Tanpa Minyak Jenis ZDM

3.1 Pengurangan Getaran dan Prinsip Operasi Relai Jenis ZDM
Relai ketumpatan anti-seismik tanpa minyak jenis ZDM (lihat Gambar 2) mencapai pengurangan getaran dengan memasukkan pad pengurangan getaran antara konektor dan kas. Pad ini meredam getaran yang dihasilkan semasa operasi pemutus litar. Impak dan getaran dari operasi saklar ditransmisikan melalui konektor ke pad pengurangan getaran, yang kemudian meredam energi sebelum mengirimkannya ke kas relai. Karena efek pengurangan ini, energi getaran dan impak yang mencapai kas relai sangat berkurang, menghasilkan prestasi anti-seismik yang luar biasa.

Selain itu, prinsip operasi relai jenis ZDM bergantung pada tabung pegas sebagai elemen elastis, dengan jalur kompensasi suhu yang membetulkan variasi tekanan dan suhu untuk mencerminkan perubahan ketumpatan gas SF6. Kontak output menggunakan mekanisme mikro-switch. Kendali sinyal mikro-switch dilakukan oleh jalur kompensasi suhu dan tabung pegas, digabungkan dengan efek pengurangan pad pengurangan getaran. Desain ini mencegah sinyal palsu karena getaran, memastikan operasi sistem yang andal dan efektif. Ini secara signifikan meningkatkan prestasi anti-seismik relai ketumpatan jenis penunjuk, menjadikannya perangkat kinerja tinggi.

3.2 Ciri-ciri Relai Ketumpatan Anti-Seismik Tanpa Minyak Jenis ZDM

• 3.2.1 Enklosur stainless steel penuh dengan sifat tahan air dan tahan korosi yang luar biasa, serta penampilan yang menarik;

• 3.2.2 Ketepatan: 1.0 kelas (pada 20°C), 2.5 kelas (pada -30°C hingga 60°C);

• 3.2.3 Suhu lingkungan operasi: -30°C hingga +60°C; kelembaban lingkungan operasi: ≤95% RH;

• 3.2.4 Prestasi anti-seismik: 20 m/s²; prestasi anti-benturan: 50g, 11ms; prestasi penyegelan: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Rating kontak: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Rating perlindungan enklosur: IP65;

• 3.2.7 Desain tanpa minyak, tahan getaran dan benturan, dan kedap kebocoran secara permanen;

• 3.2.8 Prestasi elemen penginderaan suhu yang stabil dan konsisten.

Ciri-ciri di atas menunjukkan bahwa relai ketumpatan anti-seismik tanpa minyak jenis ZDM sepenuhnya menghilangkan masalah kebocoran minyak. Dengan menggunakan desain struktural unik dan pad pengurangan getaran alih-alih minyak anti-seismik, ia secara fundamental mencegah kebocoran minyak selama operasi.

4. Kesimpulan

Penyebab utama kebocoran minyak dalam relai ketumpatan berasal dari masalah pembuatan, operasi, dan pemeliharaan. Ketika ketumpatan peralatan berkurang, bukan hanya kekuatan isolasi dielektrik yang berkurang, tetapi juga kapasitas pemutusan pemutus litar. Oleh itu, penggantian relai ketumpatan yang bocor minyak harus dilakukan dengan segera. Untuk memastikan operasi yang aman dan andal, disarankan untuk menggunakan relai ketumpatan anti-seismik tanpa minyak jenis ZDM atau perangkat serupa dalam aplikasi masa depan.