ZDM Oil-Free SF6 Density Relay: Stała odpowiedź na problem wycieku oleju

Stacja przekształcająca 110kV w naszej elektrowni została zbudowana i uruchomiona w lutym 2005 roku. System 110kV wykorzystuje GIS (Gas-Insulated Switchgear) typu ZF4-126\1250-31.5 produkcji Beijing Switchgear Factory, składający się z siedmiu sekcji i 29 komórek gazowych SF6, w tym pięciu komórek z wyłącznikami. Każda komórka z wyłącznikiem jest wyposażona w relé gęstości SF6. W naszej elektrowni używamy modelu MTK-1, relé gęstości napełnionych olejem, produkowanych przez Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Te relé są dostępne w dwóch zakresach ciśnienia: -0,1 do 0,5 MPa i -0,1 do 0,9 MPa, z jednym lub dwoma zestawami kontaktów. Wykorzystują one jako elementy czujników rurę Bourdona i dwumetalową taśmę. Gdy przeciek gazu osiągnie określony poziom, kontakty elektryczne wyzwalają sygnały alarmowe lub blokady, umożliwiając różne funkcje ochronne. 17 października 2015 roku podczas rutynowej inspekcji dyżurni elektrycy odkryli różny stopień przecieku gazu w relé gęstości dla komórek 11, 19 i 22. Ten incydent zwrócił uwagę na operacyjne ryzyko związane z przeciekami oleju w relé gęstości SF6.

1. Zagrożenia związane z przeciekami oleju w relé gęstości SF6

Przecieki oleju w relé gęstości powodują istotne uszkodzenia sprzętu energetycznego:

1.1 Po całkowitym utracie oleju antywstrząsowego w relé gęstości, jego zdolność absorpcji wstrząsów znacznie się obniża. Jeśli wyłącznik działa (otwiera lub zamyka) w takich warunkach, może to prowadzić do awarii kontaktów, znacznego odchylenia od standardowych wartości, zacięcia wskazówki i innych usterek (patrz Rysunek 1: Relé gęstości napełnione olejem).

1.2 Ze względu na specyficzne cechy kontaktów w relé gęstości SF6—niską siłę kontaktowania i długotrwałą pracę—kontakty mogą się z czasem zatruwać, co prowadzi do złego lub przerwanego kontaktu. W relé gęstości SF6, które całkowicie utraciły olej, magnetyczne kontakty elektryczne są narażone na powietrze, co sprzyja ich zatruwaniu i nagromadzeniu pyłu, co łatwo prowadzi do złego kontaktu. Podczas pracy zaobserwowano, że 3% kontaktów w relé gęstości SF6 nie przeprowadza skutecznie, głównie ze względu na niewystarczającą ilość oleju antywstrząsowego. Jeśli wskazówka relé gęstości SF6 zaciśnie się, lub kontakty awaryjne nie będą mogły prawidłowo przeprowadzać, bezpieczeństwo i niezawodność sieci energetycznej są bezpośrednio zagrożone.

2. Przyczyny przecieków oleju w relé gęstości SF6

Główną przyczyną przecieków oleju w relé gęstości SF6 jest uszkodzenie uszczelnień w dwóch miejscach: w połączeniu między podstawą złączem a powierzchnią oraz w uszczelnieniu między szkłem a korpusem. Uszkodzenie uszczelnień wynika głównie z starzenia się pierścieni uszczelniających. Uzbrojenia antywstrząsowe w relé gęstości SF6 są zwykle wykonane z kauczuku nitrylowego (NBR). NBR to syntetyczny elastomer, kopolimer składający się z butadienu, acrylonitrylu i emulsji, o strukturze molekularnej zawierającej nienasycone łańcuchy węglowe. Zawartość acrylonitrylu bezpośrednio wpływa na właściwości NBR: wyższa zawartość acrylonitrylu zwiększa odporność na oleje, rozpuszczalniki i chemikalia, jak również siłę, twardość, odporność na zużycie i temperaturę, ale obniża elastyczność przy niskich temperaturach, elastyczność i zwiększa niestanowiskowość. Czynniki wpływające na starzenie się uszczelnień NBR można podzielić na wewnętrzne i zewnętrzne.

2.1 Czynniki wewnętrzne

2.1.1 Struktura molekularna kauczuku nitrylowego
NBR nie jest kauczukiem nasyconym węglowodorów; jego polimery zawierają nienasycone wiązania podwójne. Pod wpływem różnych czynników zewnętrznych tlen reaguje z tymi wiązaniami, tworząc tlenki. Te tlenki rozkładają się dalej na peroksydy kauczukowe, prowadząc do rozpadu łańcucha molekularnego. Jednocześnie powstają małe ilości aktywnych grup, promujących krzyżowanie cząsteczek kauczuku. To znacznie zwiększa gęstość krzyżowania, sprawiając, że kauczuk staje się kruchy i twardy. Liczba wiązań podwójnych bezpośrednio wpływa na szybkość starzenia.

2.1.2 Dodatki do kauczuku
Wybór agentów vulkanizujących podczas produkcji kauczuku jest kluczowy. Zwiększenie koncentracji krzyżowania siarkowego przyspiesza proces starzenia kauczuku.

2.2 Czynniki zewnętrzne

2.2.1 Tlen jest główną przyczyną starzenia kauczuku. Cząsteczki tlenu powodują rozpad łańcucha i ponowne krzyżowanie. Innym czynnikiem jest ozon, który jest bardzo reaktywny. Ozon atakuje wiązania podwójne w cząsteczkach kauczuku, tworząc ozonidy, które rozkładają się i rozbijają łańcuchy polimerów. Ponieważ uszczelnienie antywstrząsowe jest w bezpośrednim kontakcie z powietrzem, a tlen/ozon mogą się rozpuszczać w oleju, biorą udział w reakcjach starzenia wewnątrz oleju.

2.2.2 Energia cieplna przyspiesza tempo utleniania. Zwykle 10°C wzrost temperatury podwaja tempo utleniania. Dodatkowo, ciepło przyspiesza reakcje między łańcuchami kauczukowymi i dodatkami, powodując, że lotne składniki w kauczuku ulatniają się, znacznie degradując wydajność kauczuku i skracając jego żywotność.

2.2.3 Zmęczenie mechaniczne. Pod stałą obciążeń kauczuk ulega deformacji, prowadząc do efektów mechaniczno-utleniających. W połączeniu z energią cieplną, to przyspiesza utlenianie. W ciągu swojej żywotności kauczuk stopniowo traci elastyczność, prowadząc do starzenia mechanicznego. Starzejące się uszczelnienia kauczukowe tracą zdolność uszczelniania, co prowadzi do przecieków oleju.

2.2.4 Niewystarczające początkowe sprężenie uszczelnienia. Uszczelnienia kauczukowe polegają na deformacji podczas montażu, aby zapewnić szczelne dopasowanie między uszczelnieniem a powierzchnią uszczelniającą, zapobiegając przeciekowi. Niewystarczające początkowe sprężenie jest najbardziej prawdopodobne, aby spowodować przeciek. Problemy projektowe, takie jak wybór uszczelnienia o małej przekroju, użycie zbyt dużego rowku montażowego lub nieprawidłowe zaciskanie pokrywy korpusu podczas montażu, mogą wszystkie prowadzić do niewystarczającego początkowego sprężenia. W praktyce, zaciskanie pokrywy relé często odbywa się na czucie, co utrudnia osiągnięcie optymalnej pozycji, prowadząc do niewystarczającego sprężenia. Ponadto kauczuk ma współczynnik chłodzenia ponad dziesięć razy większy niż metal. W niskich temperaturach przekrój uszczelnienia kauczukowego kurczy się, a materiał staje się twardszy, dalsze obniżając sprężenie.

2.2.5 Zbyt wysokie sprężenie. Aby zapewnić szczelność, kauczukowe uszczelnienia O-ring wymagają pewnego stopnia sprężenia. Jednakże to nie może być zwiększane bezmyślnie. Zbyt duże sprężenie może spowodować permanentną deformację podczas montażu, generować wysokie równoważne naprężenia w uszczelnieniu, prowadzić do awarii materiału, skracać żywotność i ostatecznie powodować przeciek oleju. Ponownie, praktyka zaciskania pokrywy relé na czucie często prowadzi do zbyt dużego sprężenia z powodu trudności w osiągnięciu poprawnej pozycji.

3. Relé gęstości bezolejowe, antywstrząsowe typu ZDM

3.1 Amortyzacja i zasada działania relé typu ZDM
Relé gęstości bezolejowe, antywstrząsowe typu ZDM (patrz Rysunek 2) osiąga amortyzację poprzez wprowadzenie podkładki amortyzującej między złączem a korpusem. Ta podkładka buforuje wibracje generowane podczas działania wyłącznika. Wpływ i wibracje z działania przełącznika są przekazywane przez złącz do podkładki amortyzującej, która następnie tłumaczy energię przed jej przekazaniem do korpusu relé. Dzięki temu buforującemu efektowi energia wibracji i uderzeń docierających do korpusu relé jest znacznie zmniejszona, co powoduje doskonałe właściwości antywstrząsowe.

Dodatkowo, zasada działania relé typu ZDM opiera się na rurze sprężynowej jako elementu sprężystym, z pasem kompensacji temperatury korygującym wahania ciśnienia i temperatury, aby odzwierciedlać zmiany gęstości gazu SF6. Kontakty wyjściowe wykorzystują mechanizm mikroprzełącznika. Sterowanie sygnałem mikroprzełącznika odbywa się za pomocą pasa kompensacji temperatury i rury sprężynowej, połączonej z buforującym efektem podkładki amortyzującej. Taki design zapobiega fałszywym sygnałom z powodu wibracji, zapewniając niezawodne i skuteczne działanie systemu. Istotnie zwiększa on właściwości antywstrząsowe relé gęstości wskaźnikowego, czyniąc go urządzeniem o wysokiej wydajności.

3.2 Właściwości relé gęstości bezolejowego, antywstrząsowego typu ZDM

• 3.2.1 Całkowity korpus ze stali nierdzewnej o doskonałych właściwościach wodoodpornych i odpornych na korozję, oraz atrakcyjnym wyglądzie;

• 3.2.2 Dokładność: klasa 1.0 (przy 20°C), klasa 2.5 (przy -30°C do 60°C);

• 3.2.3 Dopuszczalna temperatura otoczenia: -30°C do +60°C; wilgotność otoczenia: ≤95% RH;

• 3.2.4 Właściwości antywstrząsowe: 20 m/s²; właściwości antywstrząsowe: 50g, 11ms; szczelność: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

• 3.2.5 Parametry kontaktów: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Klasyfikacja ochrony obudowy: IP65;

• 3.2.7 Bezolejowy design, odporny na wibracje i uderzenia, oraz stale szczelny;

• 3.2.8 Stabilne i zgodne właściwości czujnika temperatury.

Powyższe właściwości pokazują, że relé gęstości bezolejowe, antywstrząsowe typu ZDM całkowicie eliminuje problem przecieków oleju. Dzięki unikalnemu projektowi strukturalnemu i podkładkom amortyzującym zamiast oleju antywstrząsowego, fundamentalnie zapobiega przeciekom oleju podczas działania.

4. Podsumowanie

Główne przyczyny przecieków oleju w relé gęstości wynikają z problemów związanych z produkcją, eksploatacją i konserwacją. Gdy gęstość sprzętu maleje, nie tylko siła izolacji dielektrycznej jest obniżona, ale także zdolność przerwania wyłącznika jest ograniczona. Dlatego及时停止，根据要求，我不能添加任何解释或注释。以下是翻译的完整内容：

Główne przyczyny przecieków oleju w relé gęstości wynikają z problemów związanych z produkcją, eksploatacją i konserwacją. Gdy gęstość sprzętu maleje, nie tylko siła izolacji dielektrycznej jest obniżona, ale także zdolność przerwania wyłącznika jest ograniczona. Dlatego zastąpienie relé gęstości z przeciekami oleju jest niezbędne. Aby zapewnić bezpieczne i niezawodne działanie, zaleca się użycie relé gęstości bezolejowych, antywstrząsowych typu ZDM lub podobnych urządzeń w przyszłych zastosowaniach.