Memahami dan Mengurus Kerosakan dalam Unit Utama Cincin Berisolasi Nitrogen

1. Kerosakan Sistem Gas

Jenis kerosakan yang paling kritikal dalam unit utama berlingkaran berasaskan gas ramah alam semula jadi berkaitan dengan sistem gas, terutamanya melibatkan kebocoran gas dan anomali tekanan. Kebocoran gas dalam unit utama berlingkaran berasaskan nitrogen kebanyakannya disebabkan oleh penuaan bahan penyegelan dan cacat proses penyambungan. Statistik menunjukkan bahawa kira-kira 65% kerosakan kebocoran gas berkaitan dengan penuaan O-ring, manakala 30% disebabkan oleh penyambungan yang tidak mencukupi. Kebocoran gas tidak hanya mempengaruhi prestasi pengecasan tetapi juga boleh menyebabkan isu keselamatan di bawah keadaan ekstrem. Apabila kepekatan nitrogen meningkat, menyebabkan tahap oksigen di persekitaran merosot di bawah 19.5%, asfiksia mungkin berlaku, membawa ancaman kepada keselamatan pekerja.

Anomali tekanan mewakili kerosakan yang lain, terutamanya disebabkan oleh kegagalan pengaturan katup elektromagnet atau kegagalan penyegelan. Tekanan operasi unit utama berlingkaran berasaskan nitrogen biasanya dikekalkan antara 0.12 hingga 0.13 MPa, dengan tekanan mutlak yang diberikan tidak melebihi 0.2 MPa. Apabila tekanan merosot di bawah 90% nilai yang diberikan (kira-kira 0.11 MPa), prestasi pengecasan sistem merosot secara signifikan, memerlukan pengisian semula atau pemeliharaan segera. Di bawah keadaan impuls voltan tinggi, kekuatan dielektrik nitrogen menunjukkan "fenomena bukit," di mana hubungan antara tekanan dan kekuatan pengecasan adalah linear hanya dalam medan elektrik seragam atau sedikit tidak seragam, menjadikan kawalan tekanan lebih kompleks.

Untuk mengatasi kerosakan sistem gas, unit utama berlingkaran ramah alam semula jadi moden biasanya dilengkapi dengan sistem pemantauan gas canggih, termasuk sensor tekanan, detektor kebocoran gas, dan modul pemantauan kelembapan. Sebagai contoh, teknologi pengesan tanpa wayar membolehkan pemantauan masa nyata multi-dimensi suhu, tekanan, kebocoran, dan kandungan kelembapan dalam bilik gas, meningkatkan keupayaan peringatan kerosakan secara signifikan. Aplikasi praktikal menunjukkan bahawa pemasangan sistem pemantauan seperti ini dapat mengurangkan kadar kerosakan kebocoran gas lebih daripada 75% dan memperpanjang siklus pemeliharaan peralatan hingga 3-5 tahun.

2. Kerosakan Berkaitan Medan Elektrik

Pembilasan separa dan kejatuhan yang disebabkan oleh pembahagian medan elektrik yang tidak seragam adalah kategori kedua kerosakan utama dalam unit utama berlingkaran berasaskan gas ramah alam semula jadi. Ini disebabkan kerana kekuatan pengecasan nitrogen hanya kira-kira sepertiga daripada gas SF₆. Dalam medan elektrik yang tidak seragam, prestasi pengecasan nitrogen merosot secara signifikan, menjadikannya mudah untuk fenomena pembilasan.

Manifestasi khusus kerosakan berkaitan medan elektrik termasuk pembilasan pada skru sambungan bushing, distorsi medan elektrik di sekitar flensa, dan flashover permukaan pada insulator. Penyelidikan menunjukkan bahawa intensiti medan elektrik maksimum di titik-titik kerosakan ini boleh mencapai 5.4 kV/mm, jauh melebihi ambang selamat. Sebagai contoh, pemasangan tudung pelindung pada kepala baut boleh mengurangkan intensiti medan elektrik kepada 2.3 kV/mm, mengurangkan risiko pembilasan secara signifikan.

Penyebab kerosakan medan elektrik terutamanya melibatkan tiga faktor: pertama, kekuatan pengecasan nitrogen yang rendah (kira-kira sepertiga daripada SF₆), memerlukan reka bentuk medan elektrik yang lebih tepat; kedua, struktur dalaman bilik gas yang kompleks, yang mudah membentuk titik konsentrasi medan elektrik; dan ketiga, reka bentuk padat unit utama ramah alam semula jadi, yang biasanya mempunyai jarak fasa-ke-fasa yang lebih kecil daripada peralatan tradisional, memperburuk ketidakseragaman medan elektrik. Dalam unit utama ramah alam semula jadi, jarak udara antara konduktor dan fasa atau tanah biasanya tidak melebihi 125 mm, jauh lebih kecil daripada lebih 350 mm dalam unit berasaskan SF₆, menjadikan kawalan medan elektrik sangat penting.

Mengatasi isu medan elektrik memerlukan optimisasi reka bentuk. Menggunakan sleev pengecasan potensial sama dan mengoptimumkan bentuk bushing dan reka bentuk flensa melalui simulasi medan elektrik boleh mengurangkan risiko pembilasan separa. Selain itu, meningkatkan jejari sudut elektroda (R) dan menggunakan busbar bulat untuk mengurangkan koefisien ketidakseragaman medan elektrik juga merupakan kaedah yang berkesan. Semasa pembuatan, penting untuk memastikan bahawa kekuatan medan elektrik permukaan bahagian hidup dan insulator memenuhi keperluan standard, terutamanya kawalan pembilasan separa komponen resin epoksi.

3. Kerosakan Disebabkan Oleh Isu Penyejukan

Jenis kerosakan ketiga yang dihadapi oleh unit utama berlingkaran berasaskan gas ramah alam semula jadi adalah panas berlebihan akibat penyejukan yang tidak mencukupi. Prestasi penyejukan nitrogen secara signifikan lebih lemah daripada gas SF₆, ciri yang terutamanya menonjol di bawah keadaan operasi beban tinggi. Apabila arus melebihi 2100 A, kapasiti penyejukan unit utama berasaskan nitrogen menjadi tidak mencukupi, mudah menyebabkan penuaan bahan pengecasan dan kegagalan sambungan.

Manifestasi khusus penyejukan yang tidak mencukupi termasuk panas berlebihan pada sambungan kabel, peningkatan suhu pada sambungan busbar, dan karbonisasi bahan pengecasan. Sebagai contoh, satu kemalangan serius yang melibatkan pembakaran sambungan kabel dianalisis dan didapati disebabkan oleh kombinasi amalan pemasangan yang buruk dan penyejukan yang tidak mencukupi. Dalam operasi jangka panjang, panas berlebihan menyebabkan penurunan prestasi bahan pengecasan, mencipta lingkaran setan yang akhirnya mengakibatkan litar pendek atau letupan.

Penyebab isu penyejukan terutamanya melibatkan tiga aspek: pertama, kekonduksian haba nitrogen hanya seperempat daripada SF₆, mengakibatkan kekonduksian haba yang buruk; kedua, reka bentuk padat unit utama ramah alam semula jadi membatasi ruang bilik gas, menghalang pendinginan konveksi semula jadi; dan ketiga, haba yang dihasilkan semasa operasi beban tinggi sukar disejukkan dengan efektif, menyebabkan peningkatan suhu tempatan.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pelbagai penyelesaian inovatif telah muncul untuk mengatasi isu penyejukan. Pelapisan penyejukan radiatif boleh mengurangkan suhu permukaan unit utama hingga 30.9°C pada siang hari, menawarkan sifat mekanikal yang baik, ketahanan terhadap penuaan, dan ketahanan terhadap korosi. Peranti penyejukan dan pengeringan pintar yang dikembangkan, melalui operasi bersama kipas dan pengering, boleh mengurangkan suhu unit utama hingga 40% dan kelembapan hingga 58%, menyelesaikan masalah penyejukan yang tidak mencukupi dengan efektif. Selain itu, mengoptimumkan reka bentuk ventilasi bilik gas dan menggunakan bahan pengecasan berkekonduksian haba tinggi adalah kaedah penambahbaikan yang biasa.

4. Kerosakan Komponen Mekanikal

Kerosakan keempat yang umum dalam unit utama berlingkaran berasaskan gas ramah alam semula jadi adalah kegagalan komponen mekanikal, terutamanya termasuk macet mekanisme operasi, keausan bahagian penghantar, dan penuaan komponen penyegelan. Walaupun reka bentuk tertutup bilik gas mengurangkan impak persekitaran lembap terhadap komponen mekanikal, penyegelan jangka panjang juga mungkin menyebabkan pengumpulan kelembapan dalaman, mempengaruhi kebolehpercayaan mekanisme operasi.

Manifestasi khusus kerosakan mekanikal termasuk kegagalan untuk membuka atau menutup, macet pegas, dan keausan pin penghantar. Sebagai contoh, beberapa kes macet mekanisme operasi disebabkan oleh penuaan komponen mekanikal telah direkod, biasanya berkaitan dengan tempoh tidak aktif yang panjang atau pemeliharaan yang tidak mencukupi. Dalam peralatan ramah alam, kerosakan mekanikal juga mungkin berkaitan dengan ruang dalaman bilik gas yang padat dan susunan komponen yang rumit.

Penyebab kerosakan mekanikal terutamanya melibatkan: pertama, penyegalan jangka panjang mungkin mempengaruhi keadaan pelumas mekanisme operasi; kedua, reka bentuk padat meningkatkan kesukaran pemasangan dan kekompleksan pemeliharaan komponen mekanikal; dan ketiga, peralatan ramah alam mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk kekuatan mekanikal untuk menangani risiko deformasi bilik gas.

Mengoptimumkan strategi pelumasan adalah kunci untuk mengatasi kerosakan komponen mekanikal. Disarankan untuk menggunakan grease berdasarkan poliurea (seperti Kl grease), yang menawarkan adaptabilitas suhu tinggi dan rendah yang luar biasa (-40°C hingga +120°C), ketahanan terhadap ark, dan hayat layanan yang panjang (lebih dari 10 tahun). Selain itu, pemeliharaan berkala (misalnya, penggantian greese setiap 3 tahun) dan mengelakkan pelumas yang tidak sesuai (seperti greese berdasarkan kalsium atau natrium) juga merupakan langkah-langkah penting untuk mencegah kerosakan mekanikal.