Разбиране и управление на дефекти в азотно изолирани кръгови разпределителни устройства
1. Пороки на газовата система
Най-критичният тип порок в екологично чистите газово изолирани кръгови главни единици е свързан с газовата система, основно включващ газови утечки и аномалии на налягането. Газовите утечки в азотно изолираните кръгови главни единици в основата си произтичат от стареене на материала за тясна уплътнителна прокладка и дефекти в процеса на сваряване. Статистиката показва, че приблизително 65% от газовите утечки са свързани със стареене на O-образни уплътнителни прокладки, докато 30% са причинени от недостатъчно сваряване. Газовите утечки не само влияят върху изолационните свойства, но могат да доведат и до безопасността при екстремни условия. Когато концентрацията на азот се увеличава, причинявайки нивото на кислород в околната среда да падне под 19,5%, може да настъпи задушаване, което представлява заплаха за безопасността на персонала.
Аномалиите на налягането представляват друг често срещан порок, основно причинени от отказ на регулацията на електромагнитни вентили или отказ на уплътнения. Експлоатационното налягане на азотно изолираните кръгови главни единици обикновено се поддържа между 0,12 и 0,13 МПа, с номиналното абсолютно налягане, което не надвишава 0,2 МПа. Когато налягането падне под 90% от номиналната стойност (приблизително 0,11 МПа), изолационните свойства на системата значително намаляват, което изисква незабавно попълване или поддръжка. При условие на високонапрегнати импулси, диелектричната прочност на азота проявява "вълничка", където връзката между налягането и изолационната прочност е линейна само в равномерни или леко неравномерни електрически полета, което прави контрола на налягането по-сложен.
За справяне с пороки на газовата система, модерните екологично чисти кръгови главни единици обикновено са оборудвани с напредък в системи за мониторинг на газ, включително сензори за налягане, детектори за газови утечки и модули за мониторинг на влажността. Например, безжичната технология за сензора позволява многомерен реален мониторинг на температурата, налягането, утечките и съдържанието на влага в газовата камера, което значително подобрява капацитета за предупреждение за пороки. Практическите приложения показват, че инсталирането на такива системи за мониторинг може да намали частта на газовите утечки с повече от 75% и да увеличи циклите на поддръжка на оборудването до 3-5 години.
2. Пороки, свързани с електрическото поле
Частични разряди и пробив, причинени от неравномерно разпределение на електрическото поле, са втората основна категория пороки в екологично чистите газово изолирани кръгови главни единици. Това е главно поради факта, че изолационната прочност на азота е само около една трета от тази на SF₆ газ. В неравномерни електрически полета, изолационните свойства на азота значително се влошават, като той е склонен към явления на разряд.
Специфични прояви на пороки, свързани с електрическото поле, включват разряди при винтовете за свързване на изходящите, искривяване на електрическото поле около фланците и повърхностни пробиви на изолаторите. Изследванията показват, че максималната интензивност на електрическото поле в тези точки на порока може да достигне 5,4 кВ/мм, което много надвишава безопасностните прагове. Например, инсталирането на защитни капаци на главите на болтовете може да намали интензивността на електрическото поле до 2,3 кВ/мм, значително намалявайки риска от разряд.
Причините за пороки, свързани с електрическото поле, включват три основни фактора: първо, ниската изолационна прочност на азота (около една трета от тази на SF₆), изискваща по-точно проектиране на електрическото поле; второ, сложната вътрешна структура на газовата камера, която лесно формира точки на концентрация на електрическото поле; и трето, компактното проектиране на екологично чистите кръгови главни единици, които обикновено имат по-малко разстояния между фазите от традиционното оборудване, засилващо неравномерността на електрическото поле. В екологично чистите кръгови главни единици, въздушното разстояние между проводниците и фазите или земята обикновено не надвишава 125 мм, много по-малко от над 350 мм в SF₆-изолираните единици, което прави контрола на електрическото поле особено важен.
Решаването на проблемите, свързани с електрическото поле, изисква оптимизация на проектирането. Прилагането на изолатори с еднакво потенциално и оптимизиране на формата на изходящите и дизайна на фланците чрез симулация на електрическото поле може да намали риска от частични разряди. Освен това, увеличаването на радиусите на ъглите на електродите (R ъгли) и използването на кръгли шини за намаляване на коефициента на неравномерност на електрическото поле са също ефективни методи. По време на производството е необходимо да се гарантира, че повърхностната интензивност на електрическото поле на живите части и изолаторите отговаря на стандартните изисквания, особено контролът на частичните разряди на компонентите от епоксидна смола.
3. Пороки, причинени от проблеми с разпространението на топлина
Третата основна категория пороки, с които се сблъскват екологично чистите газово изолирани кръгови главни единици, е прекомерно затопляне поради недостатъчен разпространителен потенциал. Разпространителните характеристики на азота са значително по-слаби от тези на SF₆ газ, особено при условия на висока нагрузка. Когато токът надвиши 2100 А, разпространителната способност на азотно изолираните кръгови главни единици става недостатъчна, лесно водейки до стареене на изолационния материал и откази на свързващите връзки.
Специфични прояви на недостатъчно разпространение на топлината включват прекомерно затопляне на връзките на кабели, повишаване на температурата при връзките на шините и карбонизация на изолационните материали. Например, сериозен случай на горене на връзка на кабел беше анализиран и установено, че е бил причинен от комбинация от лоша инсталация и недостатъчен разпространителен потенциал. При продължителна експлоатация, прекомерното затопляне води до спад на изолационните свойства на материала, създавайки зловреден цикъл, който в крайна сметка води до коротки замквания или експлозии.
Причините за проблеми с разпространението на топлината включват три основни аспекта: първо, теплопроводността на азота е само четвърт от тази на SF₆, водейки до слаба теплопроводност; второ, компактното проектиране на екологично чистите кръгови главни единици ограничава пространството в газовата камера, ограничавайки естествената конвекционна охлаждане; и трето, топлината, генерирана при работа с висока нагрузка, е трудно да се разпространи ефективно, водейки до местни повишения на температурата.
През последните години са възникнали различни иновативни решения за справяне с проблемите, свързани с разпространението на топлината. Радиационни покрития за охлаждане могат да намалят повърхностната температура на кръговите главни единици с 30,9°C през деня, предлагайки добри механични свойства, устойчивост към стареене и корозия. Разработени интелигентни устройства за охлаждане и осушаване, чрез координирана работа на вентилатори и осушители, могат да намалят температурата на кръговите главни единици с 40% и влажността с 58%, ефективно решавайки проблемите, свързани с недостатъчното разпространение на топлината. Освен това, оптимизирането на дизайна на вентилацията на газовата камера и използването на изолационни материали с висока теплопроводност са общи методи за подобряване.
4. Пороки на механичните компоненти
Четвъртата често срещана категория пороки в екологично чистите газово изолирани кръгови главни единици е отказ на механичните компоненти, основно включващ заблъскване на операционните механизми, износ на преносните части и стареене на уплътнителните компоненти. Въпреки че герметичният дизайн на газовата камера намалява влиянието на влажните условия върху механичните компоненти, дългосрочното герметизиране може също да доведе до натрупване на влага вътре, засядащо надеждността на операционните механизми.
Специфични прояви на механични пороки включват отказ при отваряне или затваряне, блокиране на пружини и износ на валчици на преносните части. Например, са регистрирани няколко случая на отказ на операционните механизми поради стареене на механичните компоненти, обикновено свързани с дълги периоди на неактивност или недостатъчна поддръжка. В екологично чистото оборудване, механичните пороки може също да са свързани с компактното вътрешно пространство на газовата камера и сложната компонентна компоновка.
Причините за механични пороки включват: първо, дългосрочното герметизиране може да засегне смазочно състояние на операционните механизми; второ, компактното проектиране увеличава трудността на инсталацията и сложността на поддръжката на механичните компоненти; и трето, екологичното оборудване има по-високи изисквания за механична здравина, за да се противодейства на рисковете от деформация на газовата камера.
Оптимизирането на стратегиите за смазване е ключов фактор за справяне с пороки на механичните компоненти. Препоръчително е да се използват мастила на база полиуретан (като Kl мастило), които предлагат отлична адаптивност към високи и ниски температури (-40°C до +120°C), устойчивост към дуга и дълъг срок на употреба (над 10 години). Освен това, регулярна поддръжка (например, замяна на мастилото всеки 3 години) и избягване на несъвместими смазки (като калций-базирани или натрий-базирани мастила) са също важни мерки за предотвратяване на механични пороки.
