Comprendere e gestire i guasti nelle unità principali ad anello isolate con azoto
1. Guasti del sistema di gas
Il tipo più critico di guasto nelle unità principali ad anello isolate con gas ecologico è legato al sistema di gas, principalmente coinvolgendo perdite di gas e anomalie di pressione. Le perdite di gas nelle unità principali ad anello isolate con azoto derivano principalmente dall'invecchiamento dei materiali di tenuta e dai difetti nel processo di saldatura. Le statistiche indicano che circa il 65% dei guasti dovuti a perdite di gas sono correlati all'invecchiamento degli O-ring, mentre il 30% è causato da una saldatura inadeguata. Le perdite di gas non solo influiscono sulle prestazioni di isolamento, ma possono anche portare a problemi di sicurezza in condizioni estreme. Quando la concentrazione di azoto aumenta, riducendo il livello di ossigeno nell'ambiente sotto il 19,5%, può verificarsi un soffocamento, rappresentando una minaccia per la sicurezza del personale.
Le anomalie di pressione rappresentano un altro guasto comune, principalmente causate da malfunzionamenti nella regolazione delle valvole solenoide o da fallimenti di tenuta. La pressione di funzionamento delle unità principali ad anello isolate con azoto è generalmente mantenuta tra 0,12 e 0,13 MPa, con la pressione assoluta nominale non superiore a 0,2 MPa. Quando la pressione scende al di sotto del 90% del valore nominale (circa 0,11 MPa), le prestazioni di isolamento del sistema diminuiscono significativamente, rendendo necessario un riempimento immediato o manutenzione. In condizioni di impulso ad alta tensione, la resistenza dielettrica dell'azoto presenta un "fenomeno a gobba", dove il rapporto tra pressione e forza di isolamento è lineare solo in campi elettrici uniformi o leggermente non uniformi, rendendo il controllo della pressione più complesso.
Per affrontare i guasti del sistema di gas, le moderne unità principali ad anello ecologiche sono generalmente dotate di sistemi avanzati di monitoraggio del gas, inclusi sensori di pressione, rilevatori di perdite di gas e moduli di monitoraggio dell'umidità. Ad esempio, la tecnologia di sensore wireless consente un monitoraggio multidimensionale in tempo reale della temperatura, della pressione, delle perdite e del contenuto di umidità all'interno della camera di gas, migliorando significativamente le capacità di avviso dei guasti. Le applicazioni pratiche mostrano che l'installazione di tali sistemi di monitoraggio può ridurre i tassi di guasto dovuti a perdite di gas di oltre il 75% e prolungare i cicli di manutenzione del 3-5 anni.
2. Guasti legati al campo elettrico
La scarica parziale e il collasso causati da una distribuzione non uniforme del campo elettrico sono la seconda categoria principale di guasti nelle unità principali ad anello isolate con gas ecologico. Questo è principalmente dovuto al fatto che la forza di isolamento dell'azoto è solo circa un terzo di quella del gas SF₆. Nei campi elettrici non uniformi, le prestazioni di isolamento dell'azoto si deteriorano significativamente, rendendolo suscettibile a fenomeni di scarica.
Le manifestazioni specifiche dei guasti legati al campo elettrico includono scariche ai bulloni di connessione delle presa, distorsione del campo elettrico intorno alle flange e flashover superficiali sugli isolatori. La ricerca indica che l'intensità massima del campo elettrico in questi punti di guasto può raggiungere 5,4 kV/mm, ben oltre le soglie di sicurezza. Ad esempio, l'installazione di coperture schermanti sui capi dei bulloni può ridurre l'intensità del campo elettrico a 2,3 kV/mm, abbassando significativamente il rischio di scarica.
Le cause dei guasti legati al campo elettrico comprendono principalmente tre fattori: primo, la bassa forza di isolamento dell'azoto (circa un terzo di quella del SF₆), richiedendo un design del campo elettrico più preciso; secondo, la struttura interna complessa della camera di gas, che forma facilmente punti di concentrazione del campo elettrico; e terzo, il design compatto delle unità principali ad anello ecologiche, che hanno solitamente distanze interfasce più piccole rispetto all'equipaggiamento tradizionale, aggravando la non uniformità del campo elettrico. Nelle unità principali ad anello ecologiche, la distanza d'aria tra i conduttori e le fasi o il terreno è solitamente non superiore a 125 mm, molto inferiore ai oltre 350 mm nelle unità isolate con SF₆, rendendo particolarmente importante il controllo del campo elettrico.
Affrontare i problemi del campo elettrico richiede un'ottimizzazione del design. L'adozione di guaine di isolamento a potenziale equipotenziale e l'ottimizzazione delle forme delle prese e dei design delle flange attraverso la simulazione del campo elettrico possono ridurre il rischio di scarica parziale. Inoltre, aumentare i raggiri degli elettrodi (angoli R) e utilizzare busbar rotonde per ridurre il coefficiente di non uniformità del campo elettrico sono metodi efficaci. Durante la produzione, è essenziale garantire che la forza del campo elettrico superficiale delle parti viventi e degli isolatori soddisfi i requisiti standard, specialmente il controllo della scarica parziale dei componenti in resina epossidica.
3. Guasti causati da problemi di dissipazione del calore
Il terzo tipo principale di guasto affrontato dalle unità principali ad anello isolate con gas ecologico è il surriscaldamento dovuto a una insufficiente dissipazione del calore. Le prestazioni di dissipazione termica dell'azoto sono significativamente inferiori a quelle del gas SF₆, una caratteristica particolarmente evidente in condizioni di operazione ad alto carico. Quando la corrente supera i 2100 A, la capacità di dissipazione termica delle unità principali ad anello isolate con azoto diventa insufficiente, portando facilmente all'invecchiamento dei materiali di isolamento e ai guasti di connessione.
Le manifestazioni specifiche di una insufficiente dissipazione del calore includono il surriscaldamento delle giunzioni dei cavi, l'aumento della temperatura nelle connessioni dei busbar e la carbonizzazione dei materiali di isolamento. Ad esempio, un grave incidente di bruciatura di una giunzione di cavo è stato analizzato e si è scoperto che era causato da una combinazione di pratiche di installazione povere e dissipazione del calore insufficiente. Nel lungo periodo, il surriscaldamento porta a un declino delle prestazioni dei materiali di isolamento, creando un ciclo vizioso che alla fine causa cortocircuiti o esplosioni.
Le cause dei problemi di dissipazione del calore comprendono principalmente tre aspetti: primo, la conducibilità termica dell'azoto è solo un quarto di quella del SF₆, risultando in una cattiva conducibilità termica; secondo, il design compatto delle unità principali ad anello ecologiche limita lo spazio della camera di gas, restringendo il raffreddamento per convezione naturale; e terzo, il calore generato durante l'operazione ad alto carico è difficile da dissipare efficacemente, portando a incrementi localizzati della temperatura.
Negli ultimi anni, sono emerse varie soluzioni innovative per affrontare i problemi di dissipazione del calore. Le vernici di raffreddamento radiativo possono ridurre la temperatura superficiale delle unità principali ad anello di 30,9°C durante il giorno, offrendo buone proprietà meccaniche, resistenza all'invecchiamento e anticorrosione. Dispositivi intelligenti di raffreddamento e deumidificazione sviluppati, attraverso l'operazione coordinata di ventilatori e deumidificatori, possono ridurre la temperatura delle unità principali ad anello del 40% e l'umidità del 58%, risolvendo efficacemente i problemi di dissipazione del calore insufficiente. Inoltre, l'ottimizzazione del design di ventilazione della camera di gas e l'utilizzo di materiali di isolamento a alta conducibilità termica sono metodi di miglioramento comuni.
4. Guasti dei componenti meccanici
Il quarto guasto comune nelle unità principali ad anello isolate con gas ecologico è il guasto dei componenti meccanici, che include principalmente l'inceppamento del meccanismo di operazione, l'usura delle parti di trasmissione e l'invecchiamento dei componenti di tenuta. Anche se il design sigillato della camera di gas riduce l'impatto degli ambienti umidi sui componenti meccanici, il sigillamento a lungo termine può anche portare all'accumulo di umidità interna, influendo sulla affidabilità del meccanismo di operazione.
Le manifestazioni specifiche dei guasti meccanici includono l'incapacità di apertura o chiusura, l'inceppamento delle molle e l'usura dei perni di trasmissione. Ad esempio, sono stati registrati numerosi casi di inceppamento del meccanismo di operazione dovuti all'invecchiamento dei componenti meccanici, tipicamente correlati a periodi lunghi di inattività o manutenzione insufficiente. Nell'equipaggiamento ecologico, i guasti meccanici possono essere anche legati allo spazio interno compatto della camera di gas e al layout complesso dei componenti.
Le cause dei guasti meccanici comprendono principalmente: primo, il sigillamento a lungo termine può influire sullo stato di lubrificazione del meccanismo di operazione; secondo, il design compatto aumenta la difficoltà di installazione e la complessità della manutenzione dei componenti meccanici; e terzo, l'equipaggiamento ecologico ha requisiti più elevati di resistenza meccanica per sostenere i rischi di deformazione della camera di gas.
L'ottimizzazione delle strategie di lubrificazione è chiave per affrontare i guasti dei componenti meccanici. Si raccomanda l'uso di grassi a base di poliurea (come il grasso Kl), che offrono eccellenti adattabilità a temperature elevate e basse (-40°C a +120°C), resistenza all'arco e lunga durata (oltre 10 anni). Inoltre, la manutenzione regolare (ad esempio, sostituzione del grasso ogni 3 anni) e l'evitare lubrificanti incompatibili (come grassi a base di calcio o sodio) sono anche misure importanti per prevenire i guasti meccanici.
