Forståelse og håndtering af fejl i kvælstof-isolerede ringhovedenheder
1. Gassystemfejl
Den mest kritiske type fejl i miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder er relateret til gassystemet, primært involverende gaslækage og trykanomalier. Gaslækage i kvævegas-isolerede ringhovedenheder skyldes hovedsageligt aldring af tætningsmaterialer og defekter i svareprocessen. Statistikker viser, at omkring 65% af gaslækagefejl er relateret til aldring af O-ring, mens 30% skyldes utilstrækkelig svaring. Gaslækage påvirker ikke kun isolationsydeevnen, men kan også føre til sikkerhedsproblemer under ekstreme forhold. Når kvævestofkoncentrationen stiger, og iltindholdet i miljøet falder under 19,5%, kan kvælstofgøring opstå, hvilket udgør en trussel mod personalesikkerhed.
Trykanomalier repræsenterer en anden almindelig fejl, primært forårsaget af reguleringssvigt ved solenoideventiler eller tætningsfejl. Driftstrykket for kvævegas-isolerede ringhovedenheder er typisk opretholdt mellem 0,12 og 0,13 MPa, med den nominelle absolutte tryk ikke overstigende 0,2 MPa. Når trykket falder under 90% af det nominelle værdi (omkring 0,11 MPa), faldt systemets isolationsydeevne betydeligt, hvilket kræver øjeblikkelig opfyldning eller vedligeholdelse. Under højspændingsimpulsbetingelser viser kvævegas' dielektriske styrke et "bukkehæftefænomen", hvor forholdet mellem tryk og isolationsstyrke er lineært kun i uniforme eller let ikke-uniforme elektriske felt, hvilket gør trykregulering mere kompleks.
For at tackle gassystemfejl er moderne miljøvenlige ringhovedenheder generelt udstyret med avancerede gasovervågningsystemer, herunder tryksensorer, gaslækagedetektorer og fugtighedsovervågningsmoduler. For eksempel muliggør trådløs sensor teknologi multidimensionel realtidsovervågning af temperatur, tryk, lækage og fugtighed inden for gaskammeret, hvilket betydeligt forbedrer fejlalarmkapaciteten. Praktiske anvendelser viser, at installation af sådanne overvågningsystemer kan reducere gaslækagefejlhyppigheden med over 75% og forlænge udstyrvedligeholdelsescykler til 3-5 år.
2. Fejl relateret til elektriske felt
Delvis udladning og nedbrydning forårsaget af ulige fordeling af elektriske felt er den anden største kategori af fejl i miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder. Dette skyldes primært, at kvævegas' isolationsstyrke kun er omkring en tredjedel af SF₆-gas. I ikke-uniforme elektriske felt falder kvævegas' isolationsydeevne betydeligt, hvilket gør det sårbar over for udladningsfænomener.
Specifikke manifestationer af fejl relateret til elektriske felt inkluderer udladninger ved buskops forbundskruer, forvrængning af elektriske felt omkring flange, og overfladeudladninger på isolatorer. Forskning viser, at maksimalt elektrisk feltsintensitet ved disse fejlsteder kan nå 5,4 kV/mm, langt over sikkerhedsgrenser. For eksempel kan installation af skjoldede dæk på bolt-hoveder reducere elektrisk feltsintensitet til 2,3 kV/mm, hvilket betydeligt nedsætter risikoen for udladning.
Årsagerne til fejl relateret til elektriske felt inkluderer hovedsageligt tre faktorer: for det første, den lave isolationsstyrke hos kvæve (omkring en tredjedel af SF₆), der kræver mere præcis design af elektriske felt; for det andet, den komplekse interne struktur af gaskammeret, der let dannes koncentrationspunkter for elektriske felt; og for det tredje, den kompakte design af miljøvenlige ringhovedenheder, som typisk har mindre faseafstand end traditionelt udstyr, hvilket forværres elektriske felt ulighed. I miljøvenlige ringhovedenheder er luftafstanden mellem ledere og faser eller jord normalt ikke mere end 125 mm, meget mindre end de over 350 mm i SF₆-isolerede enheder, hvilket gør kontrol af elektriske felt særligt vigtigt.
Løsning af problemer relateret til elektriske felt kræver designoptimering. Ved at bruge potentialeisolationsmuttere og optimere buskopform og flangedesign gennem simulering af elektriske felt kan risikoen for delvis udladning reduceres. Desuden kan øget elektrode fillet radius (R-vinkler) og brug af runde busledd for at nedsætte ulighedskoefficienten for elektriske felt også være effektive metoder. Under produktion er det afgørende at sikre, at overfladeelektriske feltsintensitet af levende dele og isolatorer opfylder standardkrav, især kontrollen af delvis udladning af epoxy-resin komponenter.
3. Fejl forårsaget af varmeafgivelsesproblemer
Den tredje største type fejl, som miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder står over for, er overophedning pga. utilstrækkelig varmeafgivelse. Kvævegas' varmeafgivelsesydeevne er betydeligt svagere end SF₆-gas, en karakteristika, der er specielt fremherskende under højbelastnings driftsforhold. Når strømmen overstiger 2100 A, bliver kvævegas-isolerede ringhovedenheders varmeafgivelseskapacitet utilstrækkelig, hvilket let fører til aldring af isolationsmaterialer og forbindelsesfejl.
Specifikke manifestationer af utilstrækkelig varmeafgivelse inkluderer overophedning af kabelforbindelser, temperaturstigning ved busleddforbindelser, og karbonisering af isolationsmaterialer. For eksempel blev en alvorlig ulykke, hvor en kabelforbindelse brændte, analyseret og fundet at være forårsaget af en kombination af dårlig installationspraksis og utilstrækkelig varmeafgivelse. Under langvarig drift fører overophedning til en nedgang i isolationsmaterialernes ydeevne, hvilket skaber en ond cirkel, der sidst ender med kortslutninger eller eksplosioner.
Årsagerne til varmeafgivelsesproblemer inkluderer hovedsageligt tre aspekter: for det første, kvævegas' termisk ledningsevne er kun en fjerdedel af SF₆, hvilket resulterer i dårlig termisk ledning; for det andet, den kompakte design af miljøvenlige ringhovedenheder begrænser gaskammerets plads, hvilket begrænser naturlig konvektion køling; og for det tredje, varme produceret under højbelastningsdrift er svær at effektivt afkøles, hvilket fører til lokale temperaturstigninger.
I de seneste år er forskellige innovative løsninger opstået for at tackle varmeafgivelsesproblemer. Radiativ afkølingsbelægninger kan reducere overfladetemperaturen af ringhovedenheder med 30,9°C om dagen, og tilbyder gode mekaniske egenskaber, aldringsbestandighed og korrosionsbestandighed. Udviklede intelligente afkølings- og tørringsanordninger, gennem koordineret drift af ventilatorer og tørringsanordninger, kan reducere ringhovedenhedstemperaturen med 40% og fugtighed med 58%, og effektivt løse problemer med utilstrækkelig varmeafgivelse. Desuden er optimering af gaskammerets ventilationsdesign og brug af højtermiskledende isolationsmaterialer almindelige forbedringsmetoder.
4. Fejl i mekaniske komponenter
Den fjerde almindelige fejl i miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder er fejl i mekaniske komponenter, primært inkluderer blokering af driftsmekanisme, slid på transmissionsdele, og aldring af tætningskomponenter. Selvom gaskammerets tætte design reducerer påvirkningen af fugtige miljøer på mekaniske komponenter, kan langvarig tæthed også føre til indendørs fugtakkumulering, hvilket påvirker driftsmekanismens pålidelighed.
Specifikke manifestationer af mekaniske fejl inkluderer manglende åbning eller lukning, fjederblokering, og slid på transmissionsaksler. For eksempel er der flere tilfælde registreret, hvor driftsmechanisme blokerede pga. aldring af mekaniske komponenter, typisk relateret til lange perioder uden aktivitet eller utilstrækkeligt vedligehold. I miljøvenligt udstyr kan mekaniske fejl også være relateret til den kompakte interne plads i gaskammeret og den komplekse komponentlayout.
Årsagerne til mekaniske fejl inkluderer hovedsageligt: for det første, langvarig tæthed kan påvirke smøringstillstanden af driftsmechanismen; for det andet, kompakt design øger installations vanskeligheder og vedligeholdelseskompleksitet af mekaniske komponenter; og for det tredje, miljøvenligt udstyr har højere krav til mekanisk styrke for at modstå risici for gaskammer deformering.
Optimering af smøringstrategier er nøgle til at tackle fejl i mekaniske komponenter. Det anbefales at bruge polyurea-baserede smøremidler (som Kl-smøremidler), der tilbyder fremragende adaptabilitet til høje og lave temperaturer (-40°C til +120°C), buebestandighed, og lang levetid (over 10 år). Desuden er regelmæssigt vedligehold (f.eks. smøremidler erstattelse hvert 3. år) og undgåelse af inkompatible smøremidler (som kalsium- eller natriumbaserede smøremidler) også vigtige foranstaltninger for at forebygge mekaniske fejl.
