Comprender e xestionar fallos nas unidades de anel principal aisladas con nitróxeno

1. Fallos do sistema de gas

O tipo máis crítico de fallo nas unidades de anel principal aisladas con gas ecolóxicas está relacionado co sistema de gas, principalmente implicando fugas de gas e anomalias de presión. As fugas de gas nas unidades de anel principal aisladas con nitróxeno provén principalmente do envellecemento do material de estanquidade e dos defectos no proceso de soldadura. As estatísticas indican que aproximadamente o 65% dos fallos por fuga de gas están relacionados co envellecemento dos aneis O, mentres que o 30% son causados por unha soldadura inadecuada. A fuga de gas non só afecta ao rendemento do aislamento, senón que tamén pode levar a problemas de seguridade en condicións extremas. Cando a concentración de nitróxeno aumenta, provocando que os niveis de oxíxeno no medio ambiente baixen por debaixo do 19,5%, pode ocorrer asfixia, supoñendo unha ameaza para a seguridade das persoas.

As anomalias de presión representan outro tipo común de fallo, principalmente causadas por fallos na regulación das válvulas solenoide ou fallos de estanquidade. A presión de funcionamento das unidades de anel principal aisladas con nitróxeno xeralmente mantense entre 0,12 e 0,13 MPa, coa presión absoluta nominal non superando os 0,2 MPa. Cando a presión desce por debaixo do 90% do valor nominal (aproximadamente 0,11 MPa), o rendemento do aislamento do sistema diminúe significativamente, requirindo un recheo inmediato ou manutención. Ba condicións de impulsos de alta tensión, a resistencia dieléctrica do nitróxeno presenta un "fenómeno de cresta", onde a relación entre a presión e a forza de aislamento é linear só en campos eléctricos uniformes ou ligeramente non uniformes, facendo que o control da presión sexa máis complexo.

Para abordar os fallos do sistema de gas, as unidades de anel principal ecolóxicas modernas xeralmente están equipadas con sistemas avanzados de monitorización de gas, incluíndo sensores de presión, detectores de fugas de gas e módulos de monitorización de humidade. Por exemplo, a tecnoloxía de sensorización inalámbrica permite unha monitorización multidimensional en tempo real da temperatura, presión, fuga e contido de humidade dentro da cámara de gas, mellorando significativamente as capacidades de aviso de fallos. As aplicacións prácticas mostran que a instalación de tales sistemas de monitorización pode reducir as taxas de fallos por fuga de gas en máis do 75% e estender os ciclos de manutención do equipo a 3-5 anos.

2. Fallos relacionados co campo eléctrico

A descarga parcial e a ruptura causada pola distribución desigual do campo eléctrico son a segunda categoría principal de fallos nas unidades de anel principal aisladas con gas ecolóxicas. Isto debe-se principalmente ao feito de que a forza de aislamento do nitróxeno é só aproximadamente un terzo da do gas SF₆. En campos eléctricos non uniformes, o rendemento de aislamento do nitróxeno deteriorase significativamente, facendo que sexa propenso a fenómenos de descarga.

As manifestacións específicas dos fallos relacionados co campo eléctrico inclúen descargas nos parafusos de conexión dos tubos, distorsión do campo eléctrico arredor das flanges e flashovers superficiais nos aislantes. As investigacións indican que a intensidade máxima do campo eléctrico nestes puntos de fallo pode alcanzar os 5,4 kV/mm, moi por encima dos umbrais de seguridade. Por exemplo, a instalación de coberturas de blindaxe nas cabezas de parafuso pode reducir a intensidade do campo eléctrico a 2,3 kV/mm, diminuíndo significativamente o risco de descarga.

As causas dos fallos de campo eléctrico inclúen principalmente tres factores: primeiro, a baixa forza de aislamento do nitróxeno (aproximadamente un terzo da do SF₆), que require un deseño de campo eléctrico máis preciso; segundo, a estrutura interna complexa da cámara de gas, que facilmente forma puntos de concentración de campo eléctrico; e terceiro, o deseño compacto das unidades de anel principal ecolóxicas, que xeralmente teñen menores distancias entre fases que o equipo tradicional, exacerbando a non uniformidade do campo eléctrico. Nas unidades de anel principal ecolóxicas, a distancia de aire entre os conductores e as fases ou terra xeralmente non supera os 125 mm, moito menor que os máis de 350 mm nas unidades aisladas con SF₆, facendo que o control do campo eléctrico sexa particularmente importante.

Abordar os problemas de campo eléctrico require unha optimización do deseño. Adoptar mangas de aislamento de potencial igual e optimizar as formas dos tubos e o deseño das flanges mediante simulacións de campo eléctrico pode reducir o risco de descarga parcial. Ademais, aumentar os radios de fillet (ángulos R) dos electrodos e usar barras redondas para reducir o coeficiente de non uniformidade do campo eléctrico tamén son métodos eficaces. Durante a fabricación, é esencial asegurar que a intensidade do campo eléctrico superficial das partes activas e dos aislantes cumpra coas normas, especialmente o control de descarga parcial dos compoñentes de resina epoxi.

3. Fallos causados por problemas de dissipación de calor

O terceiro tipo principal de fallo que enfrentan as unidades de anel principal aisladas con gas ecolóxicas é o sobrecalentamento debido a unha insuficiente dissipación de calor. O rendemento de dissipación de calor do nitróxeno é significativamente inferior ao do gas SF₆, unha característica particularmente destacada en condicións de operación de alta carga. Cando a corrente excede os 2100 A, a capacidade de dissipación de calor das unidades de anel principal aisladas con nitróxeno resulta insuficiente, levando facilmente ao envellecemento do material aislante e aos fallos de conexión.

As manifestacións específicas de insuficiente dissipación de calor inclúen sobrecalentamento das uniós de cabos, aumento de temperatura nas conexións de barras de bus, e carbonización dos materiais aislantes. Por exemplo, un grave accidente envolvendo a quema dunha unión de cabo foi analizado e atopouse que foi causado por unha combinación de malas prácticas de instalación e insuficiente dissipación de calor. Na operación a longo prazo, o sobrecalentamento leva a un declive no rendemento do material aislante, creando un ciclo vicioso que finalmente resulta en cortocircuitos ou explosións.

As causas dos problemas de dissipación de calor inclúen principalmente tres aspectos: primeiro, a conductividade térmica do nitróxeno é só un cuarto da do SF₆, resultando en unha mala conductividad térmica; segundo, o deseño compacto das unidades de anel principal ecolóxicas limita o espazo da cámara de gas, restrinxindo o refrixeramento por convección natural; e terceiro, o calor xerado durante a operación de alta carga é difícil de dissipar eficazmente, levando a aumentos de temperatura localizados.

Nos últimos anos, hanse desenvolvido varias solucións innovadoras para abordar os problemas de dissipación de calor. As cubrimentos de refrixeramento radiativo poden reducir a temperatura superficial das unidades de anel principal en 30,9°C durante o día, ofrecendo boas propiedades mecánicas, resistencia ao envellecemento e á corrosión. Os dispositivos inteligentes de refrixeramento e deshumidificación desenvolvidos, a través da coordinación da operación de ventiladores e deshumidificadores, poden reducir as temperaturas das unidades de anel principal en un 40% e a humidade en un 58%, resolvendo eficazmente os problemas de insuficiente dissipación de calor. Ademais, a optimización do deseño de ventilación da cámara de gas e o uso de materiais aislantes de alta conductividad térmica son métodos comúns de mellora.

4. Fallos de compoñentes mecánicos

O cuarto fallo común nas unidades de anel principal aisladas con gas ecolóxicas é o fallo de compoñentes mecánicos, principalmente incluíndo atascamentos do mecanismo de operación, desgaste das partes de transmisión e envellecemento dos compoñentes de estanquidade. Aínda que o deseño sellado da cámara de gas reduce o impacto dos medios húmidos nos compoñentes mecánicos, o selado a longo prazo tamén pode levar á acumulación de humidade interna, afectando a fiabilidade do mecanismo de operación.

As manifestacións específicas de fallos mecánicos inclúen a incapacidade de abrir ou pechar, atascamentos de molas e desgaste de pinos de transmisión. Por exemplo, múltiples casos de atascamentos do mecanismo de operación debido ao envellecemento dos compoñentes mecánicos foron rexistrados, xeralmente relacionados con períodos prolongados de inactividade ou manutención insuficiente. No equipo ecolóxico, os fallos mecánicos tamén poden estar relacionados co espazo interno compacto da cámara de gas e coa disposición complexa dos compoñentes.

As causas dos fallos mecánicos inclúen principalmente: primeiro, o selado a longo prazo pode afectar ao estado de lubricación do mecanismo de operación; segundo, o deseño compacto aumenta a dificultade de instalación e a complexidade de manutención dos compoñentes mecánicos; e terceiro, o equipo ecolóxico ten requisitos máis altos de resistencia mecánica para soportar os riscos de deformación da cámara de gas.

Optimizar as estratexias de lubricación é clave para abordar os fallos de compoñentes mecánicos. Recoméndase o uso de graxas baseadas en poliurea (como a graxa Kl), que ofrecen excelente adaptabilidade a altas e baixas temperaturas (-40°C a +120°C), resistencia ao arco e lonxevidade (máis de 10 anos). Ademais, a manutención regular (por exemplo, a substitución de graxa cada 3 anos) e evitar lubrificantes incompatibles (como as graxas baseadas en calcio ou sódio) tamén son medidas importantes para prevenir fallos mecánicos.