ZDM Oil-Free SF6 Tæthetsrelé: Den Permanente Løsningen på Oljelekkasje

110kV-transformasjonen på vår anlegg ble bygd og satt i drift i februar 2005. 110kV-systemet bruker ZF4-126\1250-31.5 type SF6 GIS (gassisolert spenningsutstyr) fra Beijing Switchgear Factory, bestående av syv bokser og 29 SF6-gassrom, inkludert fem sirkuitbryterrom. Hvert sirkuitbryterrom er utstyrt med en SF6-gastthetrelé. Vår anlegg bruker MTK-1 modell oljeutfylte tthetreléer produsert av Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Disse reléene er tilgjengelige i to trykkområder: -0.1 til 0.5 MPa og -0.1 til 0.9 MPa, med enten ett eller to sett kontakter. De bruker en Bourdon-rør og en bi-metallstrip som sensorer. Når gasslekkasjen når et visst nivå, utløser elektriske kontakter alarm- eller låsesignaler, som gjør det mulig for ulike beskyttelsesfunksjoner. 17. oktober 2015, under en rutinekontroll, oppdaget vaktmesterne varierende grad av gasslekkasje i tthetreléer for rom 11, 19 og 22. Dette hendelsen hevet frem operasjonshensyn knyttet til olljelekkasje i SF6-tthetreléer.

1. Farer ved olljelekkasje i SF6-tthetreléer

Olljelekkasje i tthetreléer forårsaker betydelig skade på kraftinstallasjoner:

1.1 Når seismisk olje i tthetreléen er totalt tapt, reduseres dets dempningsevne betydelig. Hvis sirkuitbryteren opererer (åpner eller lukker) under slike forhold, kan det føre til kontaktfeil, unormal verdiavvik, pekerstopp og andre funksjonssvikt (se figur 1: Oljeutfylt tthetrelé).

1.2 På grunn av de spesielle egenskapene til kontaktene i SF6-tthetreléer—lav kontakttrykk og lang levetid—kan det over tid oppstå oksidasjon, som fører til dårlig eller avbrutt kontakt. I SF6-tthetreléer som har mistet all sin olje, er magnetisk støttede elektriske kontakter utsatt for luft, noe som framskynder oksidasjon og støvmaking, som lett fører til dårlig kontakt ved kontaktpunktene. Under drift har det blitt observert at 3% av SF6-tthetrelékontaktene ikke fungerer effektivt, hovedsakelig på grunn av utilstrekkelig seismisk olje. Hvis pekeren på en SF6-tthetrelé stopper, eller hvis kontaktene mislykkes eller ikke kan fungere riktig, blir sikkerheten og påliteligheten til kraftnettet direkte truet.

2. Årsaker til olljelekkasje i SF6-tthetreléer

Den primære årsaken til olljelekkasje i SF6-tthetreléer er tap av tettelementer på to plasser: forbindingen mellom terminalbasen og overflaten, og tetningen mellom glasset og kassen. Dette tettetapet skyldes hovedsakelig aldring av tetteringer. Seismiske oljetetter i SF6-tthetreléer er vanligvis laget av nitrikkautsjukk (NBR). NBR er et syntetisk elastomer-kopolymert sammensatt av butadien, akrylonitril og emulsjon, med en molekylær struktur som inneholder en usaturert karbonkjede. Akrylonitrilinnholdet påvirker direkte egenskapene til NBR: høyere akrylonitrilinnhold øker motstand mot olje, løsemidler og kjemikalier, samt styrke, hardhet, slitasjemotstand og varmemotstand, men reduserer lavtemperaturfleksibilitet, elastisitet og øker gassimpermeabilitet. Faktorer som påvirker aldringen av NBR-tetter kan kategoriseres som interne og eksterne faktorer.

2.1 Interne faktorer

2.1.1 Molekylær struktur av nitrikkautsjukk
NBR er ikke en saturert hydrokarbonkautsjukk; dens polyme kjeder inneholder usaturerte dobbeltbindinger. Under forskjellige eksterne innflytninger reagerer oksygen ved disse dobbeltbindingene, som dannet oksider. Disse oksidene dekomponeres videre til kautsjukk-peroksid, som fører til kjedescissjon. Samtidig genereres små mengder aktive grupper, som fremmer kryssforbindelse av kautsjukkmolekyler. Dette øker signifikant kryssforbindelsesdensiteten, som gjør kautsjukken sprø og hard. Antallet dobbeltbindinger påvirker direkte aldringshastigheten.

2.1.2 Kautsjukk-kompundering
Valget av vulkaniseringsmidler under kautsjukkproduksjon er kritisk. En økning i svovlforkryssningskoncentrasjonen forskynder aldringsprosessen av kautsjukken.

2.2 Eksterne faktorer

2.2.1 Oksygen er en primær årsak til kautsjukkaldring. Oksygenmolekyler forårsaker kjedescissjon og rekryssforbindelse. Et annet faktor er ozon, som er høyreaktiv. Ozon angriper dobbeltbindingene i kautsjukkmolekyler, som dannet ozonider som dekomponeres og bryter kjedene. Siden seismisk oljetett er i direkte kontakt med luft, og oksygen/ozon kan løses i oljen, deltar de i aldringsreaksjoner inne i oljen.

2.2.2 Varmeeffekt forskynder oksidasjonsraten. Vanligvis fordobles oksidasjonsraten for hver 10°C temperaturøkning. I tillegg forskynder varme reaksjoner mellom kautsjukkkjeder og kompundermidler, som fører til at flyktige komponenter i kautsjukken fordampes, noe som betydelig forverrer kautsjukkens ytelse og forkorter dens levetid.

2.2.3 Mekanisk utmattnad. Under vedvarende stress undergår kautsjukk deformasjon, som fører til mekanisk-oksidative effekter. I kombinasjon med varme effekt forskynder dette oksidasjon. Over sin levetid mister kautsjukk gradvis elastisitet, som fører til mekanisk aldring. Aldret kautsjukktetter mister deres tettingsevne, noe som fører til olljelekkasje.

2.2.4 Utilstrekkelig initiell komprimering av tetteren. Kautsjukktetter er avhengige av deformasjon under installasjon for å oppnå en tett passasje mellom tetteren og tettoverflaten, for å forhindre lekkasje. Utilstrekkelig initiell komprimering er mest sannsynlig å forårsake lekkasje. Designproblemer—som valg av en tetter med liten tverrsnitt, bruk av en for stor installasjonsgrove, eller feil justering av kassekrympen under installasjon—kan alle resultere i utilstrekkelig initiell komprimering. I praksis er krympingen av reléekasset ofte gjort etter følelse, noe som gjør det vanskelig å oppnå den optimale posisjonen, og dermed føre til utilstrekkelig komprimering. I tillegg har kautsjukk en kaldeformningskoeffisient mer enn ti ganger større enn metall. Ved lave temperaturer formes kautsjukktetter tverrsnittet ned og materiale hardner, noe som ytterligere reduserer komprimering.

2.2.5 For høy komprimeringsrate. For å sikre tettingsevnen krever kautsjukk-O-ring en viss komprimeringsrate. Imidlertid kan dette ikke økes blindt. For høy komprimering kan føre til permanent deformasjon under installasjon, generere høy ekvivalentstress i tetteren, føre til materialefeil, forkorte levetiden, og til slutt forårsake olljelekkasje. Igen, praksisen med å krympe reléekasset etter følelse ofte fører til for høy komprimering på grunn av vanskeligheter i å oppnå riktig posisjon.

3. ZDM-type oljefritt, seismisk tthetrelé

3.1 Demping og arbeidsprinsipp for ZDM-type relé
ZDM-type oljefritt, seismisk tthetrelé (se figur 2) oppnår demping ved å inkludere en dempeplade mellom koblingen og kasset. Denne pladen bufferer vibrasjonene generert under sirkuitbryteroperasjon. Påvirkningen og vibrasjonen fra switch-operasjon overføres gjennom koblingen til dempepladen, som deretter demper energien før den overføres til reléekasset. På grunn av denne buffereffekten, reduseres vibrasjonen og påvirkningen som når reléekasset betydelig, noe som gir utmerket seismisk ytelse.

I tillegg baserer arbeidsprinsippet for ZDM-type relé seg på en fjærrør som elastisk element, med en temperaturkompenseringsstripp som retter for trykk- og temperatursvikt for å reflektere endringer i SF6-gastthet. Utgangskontaktene bruker en mikroswitch-mekanisme. Kontrollen av mikroswitch-signal utføres av temperaturkompenseringsstrippen og fjærrøret, kombinert med buffereffekten av dempepladen. Dette designet forhindrer falske signaler på grunn av vibrasjon, som sikrer en pålitelig og effektiv systemoperasjon. Det forbedrer betydelig seismisk ytelse til pekerbasert tthetrelé, gjør det til et høytydende enhet.

3.2 Karakteristika for ZDM-type oljefritt, seismisk tthetrelé

• 3.2.1 Full rustfritt stålbeholder med utmerket vannbestandighet og korrosjonsmotstand, samt attraktivt utseende;

• 3.2.2 Nøyaktighet: 1.0 klasse (ved 20°C), 2.5 klasse (ved -30°C til 60°C);

• 3.2.3 Driftsomgivelses temperatur: -30°C til +60°C; driftsomgivelses fuktighet: ≤95% RH;

• 3.2.4 Seismisk ytelse: 20 m/s²; slagfasthet: 50g, 11ms; tetthet: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Kontakt kapasitet: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Beholderbeskyttelsesklasse: IP65;

• 3.2.7 Oljefritt design, motstandsdyktig mot vibrasjon og slag, og permanent tett;

• 3.2.8 Stabil og konsekvent temperatursensor-ytelse.

De ovennevnte karakteristika viser at ZDM-type oljefritt, seismisk tthetrelé fullstendig eliminerer problemet med olljelekkasje. Ved å bruke et unikt strukturelt design og dempeplader istedenfor seismisk olje, forhindrer det fundamentalt olljelekkasje under drift.

4. Konklusjon

De hovedårsakene til olljelekkasje i tthetreléer kommer fra produksjon, drift og vedlikehold. Når utstyrsdensiteten reduseres, ikke bare reduseres dielektriske isolasjonsstyrke, men også sirkuitbryterens brytningsevne. Derfor er det essensielt å erstatte olljelekkende tthetreléer i tide. For å sikre trygg og pålitelig drift, anbefales det å bruke ZDM-type oljefritt, seismisk tthetrelé eller lignende enheter i fremtidige applikasjoner.