Entendre i gestionar els errors en les unitats de repartidor d'anneu aïllades amb nitrògen
1. Avaries del sistema de gas
El tipus més crític d'avaria en les unitats principals en anell aïllades amb gas ecològic està relacionat amb el sistema de gas, principalment implicant filtracions de gas i anomalies de pressió. Les filtracions de gas en les unitats principals en anell aïllades amb nitrògen són degudes principalment al envelheciment del material de la junta tancadora i a defectes en el procés de soldadura. Les estadístiques indiquen que aproximadament el 65% de les avaries per filtració de gas estan relacionades amb l'envelheciment de les juntures O, mentre que el 30% són causades per una soldadura inadequada. La filtració de gas no només afecta el rendiment aïllant, sinó que també pot provocar problemes de seguretat en condicions extreemes. Quan la concentració de nitrògen augmenta, fent que el nivell d'oxigen a l'entorn baixi per sota del 19,5%, pot produir-se asfixia, posant en risc la seguretat del personal.
Les anomalies de pressió representen un altre tipus d'avaria comú, principalment causades per falles en la regulació de les válvules solenoïdes o per falles en les juntes. La pressió de funcionament de les unitats principals en anell aïllades amb nitrògen es manté normalment entre 0,12 i 0,13 MPa, amb la pressió absoluta nominal no superant els 0,2 MPa. Quan la pressió baixa per sota del 90% del valor nominal (aproximadament 0,11 MPa), el rendiment aïllant del sistema disminueix significativament, necessitant un reemplenament o manteniment immediat. En condicions d'impuls de corrent d'alta tensió, la resistència dielèctrica del nitrògen presenta un "fenomen de coll," on la relació entre la pressió i la resistència aïllant és lineal només en camps elèctrics uniforms o lleugerament no uniformes, cosa que complica el control de la pressió.
Per abordar les avaries del sistema de gas, les unitats principals en anell ecològiques modernes generalment estan equipades amb sistemes avançats de monitorització de gas, incloent-hi sensors de pressió, detectors de filtració de gas i mòduls de monitorització d'humitat. Per exemple, la tecnologia de sensorització sense fil permet una monitorització multidimensional en temps real de la temperatura, pressió, filtració i humitat a l'intern de la cambra de gas, millorant significativament les capacitats d'avís d'avarie. Les aplicacions pràctiques mostren que l'instal·lació d'aquests sistemes de monitorització pot reduir les taxes d'avaries per filtració de gas en més del 75% i ampliar els cicles de manteniment de l'equipament a 3-5 anys.
2. Avaries relacionades amb el camp elèctric
La descàrrega parcial i el trencament causats per una distribució inhomogènia del camp elèctric són la segona categoria més important d'avaries en les unitats principals en anell aïllades amb gas ecològic. Això és principalment degut al fet que la resistència aïllant del nitrògen només és d'uns tres quarts de la del gas SF₆. En camps elèctrics no uniformes, el rendiment aïllant del nitrògen disminueix significativament, fent-lo propens a fenòmens de descàrrega.
Les manifestacions específiques d'avaries relacionades amb el camp elèctric inclouen descàrregues als tornills de connexió de les boquilles, distorsions del camp elèctric al voltant de les flanges i flashovers superficials en els aïllants. La recerca indica que la intensitat màxima del camp elèctric en aquests punts d'avarie pot arribar a 5,4 kV/mm, llunyament superant els llindars de seguretat. Per exemple, l'instal·lació de cobertes d'escudament en les capses dels clavos pot reduir la intensitat del camp elèctric a 2,3 kV/mm, reduint significativament el risc de descàrrega.
Les causes d'avaries del camp elèctric inclouen principalment tres factors: primer, la baixa resistència aïllant del nitrògen (uns tres quarts de la del SF₆), que requereix un disseny del camp elèctric més precís; segon, l'estructura interna complexa de la cambra de gas, que facilita la formació de punts de concentració del camp elèctric; i tercer, el disseny compacte de les unitats principals en anell ecològiques, que normalment tenen distàncies entre fases menors que l'equipament tradicional, exacerbant la inhomogeneïtat del camp elèctric. En les unitats principals en anell ecològiques, la distància d'aire entre conductors i fases o terra no sol superar els 125 mm, molt més petita que els més de 350 mm en les unitats aïllades amb SF₆, fent que el control del camp elèctric sigui particularment important.
L'abordatge de les qüestions del camp elèctric requereix una optimització del disseny. L'adopció de mànigues d'aïllament d'equipotencial i l'optimització de les formes de les boquilles i el disseny de les flanges mitjançant simulacions del camp elèctric poden reduir el risc de descàrrega parcial. A més, l'augment dels radis de fillet dels electrodes (angles R) i l'ús de barres redones per reduir el coeficient de no homogeneïtat del camp elèctric són mètodes efectius. Durant la fabricació, és essencial assegurar-se que la intensitat del camp elèctric a la superfície de les parts vives i els aïllants compleixi els requisits estàndard, especialment el control de la descàrrega parcial dels components de resina epoxi.
3. Avaries causades per problemes de dissipació de calor
El tercer tipus més important d'avarie que enfronten les unitats principals en anell aïllades amb gas ecològic és el sobrecalentament degut a una insuficient dissipació de calor. El rendiment de dissipació de calor del nitrògen és significativament inferior al del gas SF₆, característica particularment prominent en condicions d'operació de càrrega elevada. Quan la corrent excedeix els 2100 A, la capacitat de dissipació de calor de les unitats principals en anell aïllades amb nitrògen es converteix en insuficient, facilitant l'envelheciment del material aïllant i les falles de connexió.
Les manifestacions específiques d'una insuficient dissipació de calor inclouen el sobrecalentament de les unions de cable, l'augment de la temperatura a les connexions de la barra de bus, i la carbonització del material aïllant. Per exemple, un accident greu que involucrava la cremat de la union d'un cable va ser analitzat i es va trobar que era causat per una combinació de pràctiques de instal·lació pobres i una insuficient dissipació de calor. En operació a llarg termini, el sobrecalentament provoca una disminució del rendiment del material aïllant, creant un cicle viciós que finalment resulta en curts circuits o explosions.
Les causes dels problemes de dissipació de calor inclouen principalment tres aspectes: primer, la conductivitat tèrmica del nitrògen només és un quart de la del SF₆, resultant en una pobra conductivitat tèrmica; segon, el disseny compacte de les unitats principals en anell ecològiques limita l'espai de la cambra de gas, restringint la refrigeració per convecció natural; i tercer, la calor generada durant l'operació de càrrega elevada és difícil de dissipar eficientment, conduint a increments locals de la temperatura.
En els últims anys, han emergit diverses solucions innovadores per abordar els problemes de dissipació de calor. Les pintures de refrigeració radiativa poden reduir la temperatura superficial de les unitats principals en anell en 30,9°C durant el dia, oferint bones propietats mecàniques, resistència a l'envelheciment i a la corrosió. Dispositius desenvolupats de refredament i deshumidificació intel·ligents, a través de la coordinació de ventiladors i deshumidificadors, poden reduir la temperatura de les unitats principals en anell en un 40% i la humitat en un 58%, resolent eficientment els problemes de dissipació de calor insuficient. A més, l'optimització del disseny de ventilació de la cambra de gas i l'ús de materials aïllants de alta conductivitat tèrmica són mètodes d'aprimentament comuns.
4. Avaries de components mecànics
La quarta avaria comuna en les unitats principals en anell aïllades amb gas ecològic és la fallida de components mecànics, principalment incloent el bloqueig de mecanismes d'operació, l'usura de parts de transmissió i l'envelheciment de components de tancament. Tot i que el disseny tancat de la cambra de gas redueix l'impacte de l'ambient humit en els components mecànics, el tancament a llarg termini també pot portar a l'acumulació d'humitat interna, afectant la fiabilitat dels mecanismes d'operació.
Les manifestacions específiques d'avaries mecàniques inclouen la fallida d'obrir o tancar, el bloqueig de muelles i l'usura de pinos de transmissió. Per exemple, s'han registrat diversos casos de bloqueig de mecanismes d'operació deguts a l'envelheciment de components mecànics, típicament relacionats amb períodes llargs d'inactivitat o manteniment insuficient. En l'equipament ecològic, les avaries mecàniques també poden estar relacionades amb l'espai intern compacte de la cambra de gas i la disposició complexa dels components.
Les causes d'avaries mecàniques inclouen principalment: primer, el tancament a llarg termini pot afectar l'estat de lubrificació dels mecanismes d'operació; segon, el disseny compacte incrementa la dificultat d'instal·lació i la complexitat del manteniment dels components mecànics; i tercer, l'equipament ecològic té requisits més elevats de resistència mecànica per a sostenir riscos de deformació de la cambra de gas.
L'optimització de les estratègies de lubrificació és clau per abordar les avaries de components mecànics. Es recomana l'ús de grassos basats en poliurea (com el graissos Kl), que ofereixen excel·lents adaptacions a altas i baixes temperatures (-40°C a +120°C), resistència a l'arc i vida útil llarga (més de 10 anys). A més, el manteniment regular (per exemple, canvi de graissos cada 3 anys) i evitar l'ús de lubrificants incompatibles (com els grassos basats en calci o sòdium) són també mesures importants per prevenir avaries mecàniques.
