ZDM oljefri SF6-täthetsrelä: Den permanenta lösningen för oljeläckage

Vår anläggning byggde och satte i drift en 110kV understation i februari 2005. 110kV-systemet använder ZF4-126\1250-31.5 typ SF6 GIS (Gasisoleringsswitchgear) från Beijing Switchgear Factory, bestående av sju bays och 29 SF6 gaskammare, inklusive fem kretsavbrytarfack. Varje kretsavbrytarfack är utrustat med en SF6-gastäthetsrelä. Vår anläggning använder MTK-1 modell oljefyllda täthetsreläer tillverkade av Shanghai Xinyuan Instrument Factory. Dessa reläer finns i två tryckområden: -0.1 till 0.5 MPa och -0.1 till 0.9 MPa, med antingen ett eller två kontaktpar. De använder en Bourdon-rör och en bimetallremsa som sensoriska element. När gasläckage når viss nivå utlöser elektriska kontakter larm- eller låsningsignal, vilket möjliggör olika skyddsfunktioner. Den 17 oktober 2015 upptäckte vaktmästare under en rutininspektion olika grad av gasläckage i täthetsreläerna för fack 11, 19 och 22. Detta incident belyste de operativa riskerna som orsakas av oljeläckage i SF6-täthetsreläer.

1. Faror med oljeläckage i SF6-täthetsreläer

Oljeläckage i täthetsreläer orsakar betydande skada på elkraftutrustning:

1.1 När motståndskraften i täthetsreläet helt förloras, minskar dess dämpningsförmåga betydligt. Om kretsavbrytaren fungerar (öppnas eller stängs) under sådana förhållanden, kan det leda till kontaktfel, överdriven avvikelse från standardvärden, pekspillare fastnat, och andra fel (se Figur 1: Oljefyllda täthetsrelä).

1.2 På grund av specifika egenskaper hos kontakterna i SF6-täthetsreläer—låg kontakttryck och lång drifttid—kan kontakterna oxidisera över tid, vilket leder till dålig eller avbruten kontakt. I SF6-täthetsreläer som helt har tappat sin olja exponeras magnetiskt hjälpta elektriska kontakter för luft, vilket främjar oxidation och dammackumulering, vilket lätt resulterar i dålig kontakt vid kontaktpunkterna. Under drift har det observerats att 3% av SF6-täthetsreläkontakter inte effektivt genomslår, huvudsakligen på grund av otillräcklig motståndskraft. Om pekspillaren i ett SF6-täthetsrelä fastnar, eller om kontakterna misslyckas eller inte kan genomslå korrekt, hotas strömnätets säkerhet och tillförlitlighet direkt.

2. Orsaker till oljeläckage i SF6-täthetsreläer

Den primära orsaken till oljeläckage i SF6-täthetsreläer är seglingens misslyckande vid två platser: vid anslutningen mellan terminalbasen och ytan, och vid seglingen mellan glaset och kroppen. Detta seglingsmisslyckande beror huvudsakligen på åldring av seglingsringarna. Motståndskraftseglingar i SF6-täthetsreläer är vanligtvis gjorda av nitrilgummi (NBR). NBR är en syntetisk elastomerkopolymer sammansatt av butadien, acrylnitril och emulsion, med en molekylär struktur med osättade kolkedjor. Acrylnitrilhalten påverkar direkt NBR:s egenskaper: högre acrylnitrilhalt ökar olje-, lösningsmedels- och kemiskt motstånd, samt styrka, hårdhet, nötningståndighet och värmeståndighet, men minskar lågtemperaturflexibilitet, elasticitet och ökar gasgenomskinlighet. Faktorer som påverkar åldringen av NBR-seglingsringar kan kategoriseras i interna och externa faktorer.

2.1 Interna faktorer

2.1.1 Molekylär struktur av nitrilgummi
NBR är inte en mättad kolhydratkautschuk; dess polymerkedjor innehåller osättade dubbelbindningar. Under olika externa inflytelser reagerar syre vid dessa dubbelbindningar, vilket bildar oxider. Dessa oxider bryts ner ytterligare till kautschukperoxider, vilket leder till molekylär kedjesprickning. Samtidigt genereras små mängder aktiva grupper, vilket främjar korsförbindelse av kautschukmolekyler. Detta ökar betydligt korsförbindelsenstätheten, vilket gör kautschuken spröd och hård. Antalet dubbelbindningar påverkar direkt åldringstakten.

2.1.2 Kautschukkomponenter
Val av vulkaniseringsmedel under kautschuktillverkning är kritiskt. En ökning av svavelkorsförbindelsekoncentrationen accelererar kautschukens åldring.

2.2 Externa faktorer

2.2.1 Oxygen är en huvudsaklig orsak till kautschukens åldring. Syremolekyler orsakar kedjesprickning och omkorsförbindelse. Ett annat faktor är ozon, vilket är mycket reaktivt. Ozon attackerar dubbelbindningarna i kautschukmolekyler, vilket bildar ozonider som bryts ned och bryter polymerkedjorna. Eftersom motståndskraftsseglingsringen är i direkt kontakt med luft, och syre/ozon kan lösa sig i oljan, deltar de i åldringssammanhang inuti oljan.

2.2.2 Värmeenergi accelererar oxidationstakten. Vanligtvis ökar en temperaturökning med 10°C oxidationstakten med det dubbla. Dessutom accelererar värme reaktioner mellan kautschukkedjor och komponenter, vilket gör att flyktiga komponenter i kautschuken avdunstar, vilket betydligt förvärrar kautschukprestanda och förkortar dess livslängd.

2.2.3 Mekanisk trötthet. Under konstant stress undergår kautschuk deformation, vilket leder till mekanisk-oxidativa effekter. Tillsammans med värmeenergi accelererar detta oxidation. Under sin livslängd förlorar kautschuk gradvis elasticitet, vilket leder till mekanisk åldring. Åldrade kautschukseglingar förlorar sin seglingsförmåga, vilket resulterar i oljeläckage.

2.2.4 Otillräcklig initial kompression av seglingen. Kautschukseglingar beror på deformation under installation för att skapa en tät passform mellan seglingen och seglingsytan, för att förhindra läckage. Otillräcklig initial kompression är mest trolig att orsaka läckage. Designproblem—som att välja en segling med litet tvärsnitt, använda en för stor installationsgrovs, eller obehörigt skruva fast kroppsluckan under installation—kan alla resultera i otillräcklig initial kompression. I praktiken görs skruvningen av reläluckan ofta efter känsla, vilket gör det svårt att nå den optimala positionen, vilket leder till otillräcklig kompression. Dessutom har kautschuk en kallförminskningskoefficient mer än tio gånger större än metall. Vid låga temperaturer förminskas kautschukseglingens tvärsnitt och material hårdnar, vilket ytterligare minskar kompressionen.

2.2.5 För hög komprimeringsgrad. För att säkerställa seglingsprestanda kräver kautschuk O-ringar en viss komprimeringsgrad. Men detta kan inte ökas blint. För hög kompression kan orsaka permanent deformation under installation, generera hög ekvivalent stress i seglingen, leda till materialfel, förkorta livslängd, och slutligen orsaka oljeläckage. Återigen, praxis att skruva fast reläluckan efter känsla resulterar ofta i för hög kompression på grund av svårigheter att nå rätt position.

3. ZDM-typ oljefri, motståndskraftig täthetsrelä

3.1 Dämpning och arbetsprincip för ZDM-relä
ZDM-typ oljefri, motståndskraftig täthetsrelä (se Figur 2) uppnår dämpning genom att integrera en dämpningsplatta mellan kopplingen och kroppen. Denna platta bufferar vibrationer som genereras under kretsavbrytarens drift. Påverkan och vibration från switchens drift överförs via kopplingen till dämpningsplattan, som sedan dämpar energin innan den passerar till reläkroppen. Genom denna buffereffekt minskas den vibrerande och påverkande energin som når reläkroppen betydligt, vilket resulterar i utmärkt motståndskraft.

Dessutom baserar ZDM-reläns arbetsprincip sig på en feder som elastiskt element, med en temperaturkompensationsremsa som justerar för tryck- och temperaturvariationer för att reflektera ändringar i SF6-gastäthet. Utgångskontakterna använder en mikroswitch-mekanism. Kontroll av mikroswitchsignalen utförs av temperaturkompensationsremsan och feder, kombinerat med dämpningsplattans buffereffekt. Denna design förhindrar falska signaler på grund av vibration, vilket säkerställer pålitlig och effektiv systemdrift. Det förbättrar betydligt motståndskraften hos pekspillartypen täthetsrelä, vilket gör det till en högpresterande enhet.

3.2 Egenskaper hos ZDM-typ oljefri, motståndskraftig täthetsrelä

• 3.2.1 Fullt rostfritt stål-hölje med utmärkta vattenresistenta    och korrosionsbeständiga egenskaper, samt attraktivt utseende;

• 3.2.2 Precision: 1.0 klass (vid 20°C), 2.5 klass (vid -30°C till  60°C);

• 3.2.3 Driftsmiljötemperatur: -30°C till +60°C; driftsmiljöfuktighet: ≤95% RH;

• 3.2.4 Motståndskraft: 20 m/s²; motstånd mot slag: 50g, 11ms; seglingsprestanda: ≤10⁻⁸ mbar·L/s;

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

• 3.2.6 Hölje-skyddsklass: IP65;

• 3.2.7 Oljefritt design, motståndskraftigt och permanent läckagetätt;

• 3.2.8 Stabil och högt konsekvent prestanda av temperatursensor.

De ovan nämnda egenskaperna visar att ZDM-typ oljefri, motståndskraftig täthetsrelä fullständigt eliminera problemet med oljeläckage. Genom att använda en unik strukturell design och dämpningsplattor istället för motståndskraftig olja, förhindras oljeläckage under drift.

4. Slutsats

De huvudsakliga orsakerna till oljeläckage i täthetsreläer kommer från tillverkning, drift och underhåll. När utrustningens täthet minskar, inte bara minskar dielektriska isolationsstyrkan, utan kretsavbrytarens avbrottsförmåga är också nedsatt. Därför är det nödvändigt att ersätta oljeläckande täthetsreläer i tid. För att säkerställa säker och pålitlig drift rekommenderas att använda ZDM-typ oljefri, motståndskraftig täthetsrelä eller liknande enheter i framtida tillämpningar.