ZDM Oil-Free SF6 Плотномер: Постоянное решение проблемы утечки масла

Подстанция 110 кВ на нашем заводе была построена и введена в эксплуатацию в феврале 2005 года. Система 110 кВ использует SF6 ГИС (газоизолированное коммутационное оборудование) типа ZF4-126\1250-31.5 от Пекинского завода коммутационного оборудования, состоящую из семи пролетов и 29 газовых отсеков SF6, включая пять отсеков выключателей. Каждый отсек выключателя оснащен реле плотности SF6. На нашем заводе используются модели MTK-1 маслонаполненных реле плотности, произведенные Шанхайским заводом приборов "Xinyuan". Эти реле доступны в двух диапазонах давления: -0,1 до 0,5 МПа и -0,1 до 0,9 МПа, с одним или двумя наборами контактов. Они используют трубку Бурдона и биметаллическую пластину в качестве чувствительных элементов. Когда утечка газа достигает определенного уровня, электрические контакты срабатывают, подавая сигналы тревоги или блокировки, что позволяет выполнять различные защитные функции. 17 октября 2015 года во время планового осмотра дежурные электрики обнаружили различной степени утечку газа в реле плотности для отсеков 11, 19 и 22. Этот инцидент подчеркнул операционные риски, связанные с утечкой масла в реле плотности SF6.

1. Опасности утечки масла в реле плотности SF6

Утечка масла в реле плотности вызывает значительный ущерб электрооборудованию:

1.1 После полной потери противоударного масла в реле плотности его амортизирующая способность значительно снижается. Если выключатель работает (включается или выключается) в таких условиях, это может привести к отказу контактов, значительному отклонению от стандартных значений, заклиниванию указателя и другим неисправностям (см. Рисунок 1: Маслонаполненное реле плотности).

1.2 В связи с конкретными характеристиками контактов реле плотности SF6 — низким усилием контакта и длительным сроком службы — со временем может происходить окисление контактов, что приводит к плохому или прерывистому контакту. В реле плотности SF6, полностью потерявших масло, магнитно-помощные электрические контакты оказываются открытыми воздуху, что способствует их окислению и накоплению пыли, что легко приводит к плохому контакту. В ходе эксплуатации было замечено, что 3% контактов реле плотности SF6 не проводят ток эффективно, главным образом из-за недостатка противоударного масла. Если указатель реле плотности SF6 заклинивается, или если контакты выходят из строя или не могут проводить ток должным образом, безопасность и надежность энергосистемы напрямую угрожаются.

2. Причины утечки масла в реле плотности SF6

Основная причина утечки масла в реле плотности SF6 — это отказ уплотнений в двух местах: на стыке между основанием терминала и поверхностью, а также уплотнении между стеклом и корпусом. Этот отказ уплотнения в основном связан со старением уплотнительных колец. Уплотнительные кольца противоударного масла в реле плотности SF6 обычно изготовлены из нитрильного каучука (NBR). NBR — это синтетический эластомер, сополимер, состоящий из бутадиена, акрилонитрила и эмульсии, с молекулярной структурой, содержащей ненасыщенные углеродные цепи. Содержание акрилонитрила напрямую влияет на свойства NBR: высокое содержание акрилонитрила увеличивает устойчивость к маслу, растворителям и химическим веществам, а также прочность, твердость, износостойкость и теплостойкость, но снижает гибкость при низких температурах, упругость и повышает герметичность. Факторы, влияющие на старение уплотнений NBR, можно разделить на внутренние и внешние.

2.1 Внутренние факторы

2.1.1 Молекулярная структура нитрильного каучука
NBR не является насыщенным углеводородным каучуком; его полимерные цепи содержат ненасыщенные двойные связи. Под воздействием различных внешних факторов кислород реагирует с этими двойными связями, образуя оксиды. Эти оксиды затем разлагаются на пероксиды каучука, что приводит к разрыву молекулярных цепей. Одновременно образуются небольшие количества активных групп, способствующих сшиванию молекул каучука. Это значительно увеличивает плотность сшивания, делая каучук хрупким и жестким. Число двойных связей напрямую влияет на скорость старения.

2.1.2 Резиновые компоненты
Выбор вулканизирующих агентов при производстве резины имеет решающее значение. Увеличение концентрации серы в процессе сшивания ускоряет старение резины.

2.2 Внешние факторы

2.2.1 Кислород — основная причина старения резины. Молекулы кислорода вызывают разрыв и повторное сшивание цепей. Другим фактором является озон, который очень реактивен. Озон атакует двойные связи в молекулах резины, образуя озониды, которые разлагаются и разрывают полимерные цепи. Поскольку уплотнение противоударного масла находится в прямом контакте с воздухом, а кислород и озон могут растворяться в масле, они участвуют в процессах старения внутри масла.

2.2.2 Тепловая энергия ускоряет скорость окисления. Обычно увеличение температуры на 10°C удваивает скорость окисления. Кроме того, тепло ускоряет реакции между цепями резины и компонентами, что приводит к испарению летучих компонентов резины, значительно ухудшая ее свойства и сокращая срок службы.

2.2.3 Механическая усталость. Под действием постоянного напряжения резина подвергается деформации, что приводит к механико-окислительным эффектам. В сочетании с тепловой энергией это ускоряет окисление. В течение срока службы резина постепенно теряет свою эластичность, что приводит к механическому старению. Старые резиновые уплотнения теряют свои уплотняющие свойства, что приводит к утечке масла.

2.2.4 Недостаточное начальное сжатие уплотнения. Резиновые уплотнения зависят от деформации при установке, чтобы создать плотное прилегание между уплотнением и уплотняемой поверхностью, предотвращая утечку. Недостаточное начальное сжатие наиболее вероятно вызывает утечку. Проблемы дизайна, такие как выбор уплотнения с малым сечением, использование слишком большого паза для установки или неправильное затягивание крышки корпуса при установке, могут привести к недостаточному начальному сжатию. На практике затягивание крышки реле часто выполняется на ощупь, что затрудняет достижение оптимального положения, что приводит к недостаточному сжатию. Кроме того, коэффициент холодного сжатия резины более чем в десять раз выше, чем у металла. При низких температурах сечение резинового уплотнения сжимается, а материал становится жестче, что еще больше снижает сжатие.

2.2.5 Чрезмерное сжатие. Для обеспечения герметичности резиновые O-образные кольца требуют определенного коэффициента сжатия. Однако это не может быть увеличено бесконтрольно. Чрезмерное сжатие может привести к постоянной деформации при установке, созданию высокого эквивалентного напряжения в уплотнении, разрушению материала, сокращению срока службы и, в конечном итоге, к утечке масла. Снова, практика затягивания крышки реле на ощупь часто приводит к чрезмерному сжатию из-за трудностей в достижении правильного положения.

3. Реле плотности без масла, противоударное типа ZDM

3.1 Амортизация и принцип работы реле типа ZDM
Реле плотности без масла, противоударное типа ZDM (см. Рисунок 2) достигает амортизации путем включения амортизирующей прокладки между соединителем и корпусом. Эта прокладка гасит вибрации, возникающие при работе выключателя. Удар и вибрация от операций выключателя передаются через соединитель к амортизирующей прокладке, которая затем гасит энергию, передавая ее корпусу реле. Благодаря этому буферному эффекту, вибрационная и ударная энергия, достигающая корпуса реле, значительно снижается, что обеспечивает отличную противоударную устойчивость.

Кроме того, принцип работы реле типа ZDM основан на использовании трубки Бурдона в качестве упругого элемента, с температурной компенсационной лентой, корректирующей изменения давления и температуры, чтобы отразить изменения плотности газа SF6. Выходные контакты используют механизм микропереключателя. Управление сигналом микропереключателя осуществляется температурной компенсационной лентой и трубкой Бурдона, в сочетании с буферным эффектом амортизирующей прокладки. Этот дизайн предотвращает ложные сигналы, вызванные вибрацией, обеспечивая надежную и эффективную работу системы. Он значительно улучшает противоударные характеристики реле плотности с указателем, делая его высокопроизводительным устройством.

3.2 Характеристики реле плотности без масла, противоударного типа ZDM

• 3.2.1 Полностью из нержавеющей стали, с отличными водонепроницаемыми и коррозионностойкими свойствами, и привлекательным внешним видом;

• 3.2.2 Точность: класс 1.0 (при 20°C), класс 2.5 (при -30°C до 60°C);

• 3.2.3 Диапазон рабочих температур: -30°C до +60°C; влажность окружающей среды: ≤95% RH;

• 3.2.4 Противоударная устойчивость: 20 м/с²; устойчивость к удару: 50g, 11ms; герметичность: ≤10⁻⁸ мбар·Л/с;

• 3.2.5 Номинальное напряжение контактов: AC/DC 250V, 1000VA/500W;

• 3.2.6 Степень защиты корпуса: IP65;

• 3.2.7 Безмасляный дизайн, устойчивый к вибрации и удару, и постоянно герметичный;

• 3.2.8 Стабильная и высоко согласованная работа температурного датчика.

Вышеуказанные характеристики показывают, что реле плотности без масла, противоударное типа ZDM полностью устраняет проблему утечки масла. Используя уникальную конструкцию и амортизирующие прокладки вместо противоударного масла, оно фундаментально предотвращает утечку масла при эксплуатации.

4. Заключение

Основные причины утечки масла в реле плотности связаны с вопросами производства, эксплуатации и обслуживания. Когда плотность оборудования снижается, не только уменьшается диэлектрическая прочность, но и компрометируется прерывная способность выключателя. Поэтому своевременная замена реле плотности, имеющих утечку масла, является необходимостью. Для обеспечения безопасной и надежной работы рекомендуется использовать реле плотности без масла, противоударное типа ZDM или аналогичные устройства в будущих применениях.