ZDM Oil-Free SF6 Density Relay: ทางออกที่ถาวรสำหรับการรั่วไหลของน้ำมัน

สถานีไฟฟ้าแรงสูง 110kV ของโรงงานของเราได้ถูกสร้างและเริ่มใช้งานในเดือนกุมภาพันธ์ ปี 2005 ระบบ 110kV ใช้ GIS (Gas-Insulated Switchgear) แบบ ZF4-126\1250-31.5 จากโรงงานสวิตช์เกียร์กรุงปักกิ่ง ประกอบด้วยเจ็ดช่องและ 29 ห้องกัก SF6 รวมถึงห้าช่องวงจรตัด แต่ละช่องวงจรตัดได้ติดตั้งรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 ทางโรงงานของเราใช้รีเลย์ความหนาแน่นแบบบรรจุน้ำมันรุ่น MTK-1 ที่ผลิตโดยโรงงานอุปกรณ์เซี่ยงไฮ้ Xinyuan เหล่านี้มีให้เลือกสองช่วงแรงดัน: -0.1 ถึง 0.5 MPa และ -0.1 ถึง 0.9 MPa พร้อมคอนแทคหนึ่งหรือสองชุด โดยใช้ท่อบูร์ดอนและแถบทวิโลหะเป็นองค์ประกอบตรวจจับ เมื่อมีการรั่วไหลของแก๊สถึงระดับหนึ่ง คอนแทคไฟฟ้าจะทริกเกอร์สัญญาณเตือนหรือล็อกเอาต์ เพื่อให้มีฟังก์ชันป้องกันที่แตกต่างกัน ในวันที่ 17 ตุลาคม 2015 ระหว่างการตรวจสอบตามปกติ พนักงานไฟฟ้าประจำพบว่ามีการรั่วไหลของแก๊สในรีเลย์ความหนาแน่นของห้องกักหมายเลข 11, 19, และ 22 อยู่ในระดับที่แตกต่างกัน การเกิดขึ้นนี้แสดงให้เห็นถึงความเสี่ยงในการทำงานที่เกิดจากน้ำมันรั่วในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6

1. ความเสี่ยงจากการรั่วน้ำมันในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6

การรั่วน้ำมันในรีเลย์ความหนาแน่นทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า:

1.1 เมื่อน้ำมันป้องกันแรงสั่นสะเทือนภายในรีเลย์ความหนาแน่นหมดไป ความสามารถในการลดแรงสั่นสะเทือนจะลดลงอย่างมาก หากวงจรตัดทำงาน (เปิดหรือปิด) ในสภาพเช่นนี้ อาจทำให้เกิดการสัมผัสไม่สมบูรณ์ ค่าเบี่ยงเบนจากมาตรฐานสูงเกินไป ตัวชี้ติด หรือข้อผิดพลาดอื่น ๆ (ดูรูปที่ 1: รีเลย์ความหนาแน่นแบบบรรจุน้ำมัน)

1.2 เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของคอนแทคในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6—แรงสัมผัสต่ำและระยะเวลาการทำงานยาวนาน—คอนแทคอาจเกิดออกซิเดชันตามกาลเวลา ทำให้การสัมผัสไม่ดีหรือขาดการสัมผัส ในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 ที่หมดน้ำมันแล้ว คอนแทคไฟฟ้าที่มีแม่เหล็กช่วยจะถูกเปิดเผยให้สัมผัสกับอากาศ ทำให้เกิดออกซิเดชันและการสะสมฝุ่น ซึ่งทำให้การสัมผัสที่คอนแทคไม่ดีได้ง่าย ในระหว่างการทำงาน ได้สังเกตว่า 3% ของคอนแทคในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนใหญ่เนื่องจากขาดน้ำมันป้องกันแรงสั่นสะเทือน หากตัวชี้ของรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 ติด หรือคอนแทคไม่ทำงานหรือไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ จะทำให้ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้าถูกคุกคามโดยตรง

2. สาเหตุของการรั่วน้ำมันในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6

สาเหตุหลักของการรั่วน้ำมันในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 คือการชำรุดของซีลที่สองตำแหน่ง: จุดเชื่อมต่อระหว่างฐานเทอร์มินอลและพื้นผิว และซีลระหว่างกระจกและเคส การชำรุดของซีลนี้ส่วนใหญ่เกิดจากความเสื่อมของแหวนซีล ซีลป้องกันแรงสั่นสะเทือนในรีเลย์ความหนาแน่นของ SF6 มักทำจากยางไนไตรล์ (NBR) ยางไนไตรล์เป็นเอลัสโตเมอร์สังเคราะห์ที่ทำจากบิวทาดีอีน อคริโลไนไตรล์ และเอมัลชัน โครงสร้างโมเลกุลที่มีสายคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว ปริมาณของอคริโลไนไตรล์ส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติของ NBR: ปริมาณอคริโลไนไตรล์สูงขึ้นจะเพิ่มความทนทานต่อน้ำมัน สารละลาย และสารเคมี รวมถึงความแข็งแรง ความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และความทนทานต่อความร้อน แต่ลดความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ ความยืดหยุ่น และเพิ่มความไม่สามารถทะลุผ่านของแก๊ส ปัจจัยที่ส่งผลต่อการเสื่อมของซีล NBR สามารถแบ่งออกเป็นปัจจัยภายในและภายนอก

2.1 ปัจจัยภายใน

2.1.1 โครงสร้างโมเลกุลของยางไนไตรล์
ยางไนไตรล์ไม่ใช่ยางไฮโดรคาร์บอนที่อิ่มตัว สายโพลิเมอร์ของมันมีพันธะคู่ที่ไม่อิ่มตัว ภายใต้การกระทบกระเทือนจากภายนอก ออกซิเจนจะทำปฏิกิริยาที่พันธะคู่เหล่านี้ ทำให้เกิดออกไซด์ ออกไซด์เหล่านี้จะย่อยสลายเป็นเปอร์ออกไซด์ของยาง ทำให้เกิดการแตกของสายโมเลกุล พร้อมกับการสร้างกลุ่มที่มีความแอคทีฟเล็กน้อย ทำให้เกิดการคลายตัวของโมเลกุลยาง ทำให้ความหนาแน่นของการคลายตัวเพิ่มขึ้น ทำให้ยางเปราะและแข็ง จำนวนพันธะคู่มีผลโดยตรงต่ออัตราการเสื่อมสภาพ

2.1.2 สารผสมยาง
การเลือกสารไวโอลิซิ่งในการผลิตยางเป็นสิ่งสำคัญ การเพิ่มความเข้มข้นของซัลเฟอร์ในการคลายตัวจะทำให้ยางเสื่อมสภาพเร็วขึ้น

2.2 ปัจจัยภายนอก

2.2.1 ออกซิเจน เป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของยาง โมเลกุลออกซิเจนทำให้เกิดการแตกของสายและการคลายตัวใหม่ ปัจจัยอีกอย่างหนึ่งคือ โอโซน ซึ่งมีความแอคทีฟสูง โอโซนโจมตีพันธะคู่ในโมเลกุลยาง ทำให้เกิดโอโซไนด์ที่ย่อยสลายและทำให้สายโพลิเมอร์แตก เนื่องจากซีลป้องกันแรงสั่นสะเทือนสัมผัสกับอากาศโดยตรง และออกซิเจน/โอโซนสามารถละลายในน้ำมัน ทำให้เกิดปฏิกิริยาการเสื่อมสภาพภายในน้ำมัน

2.2.2 พลังงานความร้อน ทำให้อัตราการออกซิเดชันเพิ่มขึ้น โดยทั่วไป การเพิ่มอุณหภูมิ 10°C จะทำให้อัตราการออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า นอกจากนี้ ความร้อนยังทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างสายโพลิเมอร์และสารผสมยาง ทำให้สารที่ระเหยในยางระเหยออก ทำให้คุณสมบัติของยางลดลงอย่างมาก และทำให้ชีวิตการใช้งานสั้นลง

2.2.3 ความเหนื่อยล้าทางกล ภายใต้แรงกดทับอย่างต่อเนื่อง ยางจะเกิดการยืดหยุ่น ทำให้เกิดการออกซิเดชันทางกล ร่วมกับพลังงานความร้อน ทำให้อัตราการออกซิเดชันเพิ่มขึ้น ในช่วงชีวิตการใช้งาน ยางจะค่อยๆ ลดความยืดหยุ่น ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพทางกล ซีลยางที่เสื่อมสภาพจะสูญเสียความสามารถในการป้องกันการรั่วไหล ทำให้เกิดการรั่วน้ำมัน

2.2.4 แรงกดทับเริ่มต้นของซีลไม่เพียงพอ ซีลยางพึ่งพาการเปลี่ยนรูประหว่างการติดตั้งเพื่อสร้างการติดต่อที่แน่นระหว่างซีลและพื้นผิวป้องกันการรั่วไหล แรงกดทับเริ่มต้นไม่เพียงพอเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการรั่วไหลได้ง่ายที่สุด ปัญหาการออกแบบ เช่น การเลือกซีลที่มีขนาดตัดเล็ก การใช้ร่องติดตั้งที่ใหญ่เกินไป หรือการขันฝาครอบเคสไม่เหมาะสมระหว่างการติดตั้ง สามารถทำให้แรงกดทับเริ่มต้นไม่เพียงพอ ในทางปฏิบัติ การขันฝาครอบรีเลย์โดยใช้ความรู้สึกมักทำให้ยากที่จะได้ตำแหน่งที่เหมาะสม ทำให้แรงกดทับไม่เพียงพอ นอกจากนี้ ยางมีค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวที่อุณหภูมิต่ำมากกว่าโลหะมากกว่าสิบเท่า ที่อุณหภูมิต่ำ ขนาดตัดของซีลยางจะหดตัวและวัสดุจะแข็ง ทำให้แรงกดทับลดลง

2.2.5 อัตราการกดทับสูงเกินไป เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพการป้องกันการรั่วไหล ซีลโอริงยางต้องการอัตราการกดทับที่เหมาะสม แต่ไม่ควรเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีข้อจำกัด การกดทับสูงเกินไปสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปถาวรระหว่างการติดตั้ง สร้างแรงเทียบเท่าที่สูงในซีล ทำให้วัสดุเสียหาย ชีวิตการใช้งานสั้นลง และทำให้เกิดการรั่วน้ำมันในที่สุด ทางปฏิบัติการขันฝาครอบรีเลย์โดยใช้ความรู้สึกมักทำให้เกิดการกดทับสูงเกินไปเนื่องจากความยากในการได้ตำแหน่งที่เหมาะสม