Begrip en beheer van storingen in stikstofgeïsoleerde ringkasten
1. Gassysteemfouten
De meest kritieke soort fout in milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten is gerelateerd aan het gassysteem, voornamelijk gaslekken en drukafwijkingen. Gaslekken in stikstofgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten ontstaan vooral door veroudering van de dichtingsmaterialen en gebreken in het lasproces. Statistieken wijzen uit dat ongeveer 65% van de gaslekken te maken hebben met de veroudering van O-ringen, terwijl 30% wordt veroorzaakt door onvoldoende laswerk. Gaslekken beïnvloeden niet alleen de isolatieprestaties, maar kunnen ook onder extreme omstandigheden leiden tot veiligheidsproblemen. Wanneer de stikstofconcentratie toeneemt, waardoor het zuurstofgehalte in de omgeving onder de 19,5% daalt, kan verstikking optreden, wat een bedreiging vormt voor de veiligheid van het personeel.
Drukafwijkingen vertegenwoordigen een andere veelvoorkomende fout, die voornamelijk wordt veroorzaakt door regelingsfouten van elektromagnetische kleppen of dichtingsfouten. De werkdruk van stikstofgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten wordt meestal gehandhaafd tussen 0,12 en 0,13 MPa, met een nominale absolute druk die 0,2 MPa niet mag overschrijden. Wanneer de druk onder de 90% van de nominale waarde (ongeveer 0,11 MPa) daalt, neemt de isolatieprestatie van het systeem aanzienlijk af, waardoor onmiddellijke bijschakeling of onderhoud noodzakelijk is. Onder hoge spanningseffecten toont stikstof een "heuvelverschijnsel" in zijn diëlektrische sterkte, waarbij het verband tussen druk en isolatiesterkte slechts lineair is in uniforme of licht niet-uniforme elektrische velden, waardoor drukregeling complexer wordt.
Om gassysteemfouten aan te pakken, zijn moderne milieuvriendelijke ringhoofdschakelkasten doorgaans uitgerust met geavanceerde gasbewakingssystemen, waaronder drukzenders, gaslekdetectors en vochtigheidsbewakingmodules. Bijvoorbeeld, draadloze sensortechnologie stelt multidimensionele real-time bewaking van temperatuur, druk, lekken en vochtgehalte binnen de gasruimte mogelijk, waardoor de waarschuwingscapaciteiten aanzienlijk worden verbeterd. Praktische toepassingen laten zien dat het installeren van dergelijke bewakingssystemen de incidentiefrequentie van gaslekken met meer dan 75% kan verlagen en de onderhoudscyclus van apparatuur kan verlengen tot 3-5 jaar.
2. Fouten gerelateerd aan elektrisch veld
Gedeeltelijke ontlaading en doorbraak als gevolg van onevenwichtige verdeling van het elektrisch veld vormen de tweede belangrijkste categorie van fouten in milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat de isolatiesterkte van stikstof slechts ongeveer één derde is van die van SF₆-gas. In niet-uniforme elektrische velden neemt de isolatieprestatie van stikstof aanzienlijk af, waardoor het vatbaar is voor ontlaadingsverschijnselen.
Specifieke manifestaties van fouten gerelateerd aan elektrisch veld omvatten ontlaadingen bij de boutverbindingen van bushings, vervorming van het elektrisch veld rond flensverbindingen en oppervlakteflitsovers op isolatoren. Onderzoek wijst uit dat de maximale elektrisch veldintensiteit op deze foutpunten 5,4 kV/mm kan bereiken, ver over de veiligheidsgrenzen. Bijvoorbeeld, het installeren van schildkapjes op boutkoppen kan de elektrisch veldintensiteit verlagen tot 2,3 kV/mm, waardoor het risico op ontlaading aanzienlijk afneemt.
De oorzaken van elektrisch veldfouten omvatten voornamelijk drie factoren: ten eerste, de lage isolatiesterkte van stikstof (ongeveer één derde van die van SF₆), wat nauwkeuriger ontwerp van het elektrisch veld vereist; ten tweede, de complexe interne structuur van de gasruimte, die gemakkelijk elektrisch veldconcentratiepunten vormt; en ten derde, het compacte ontwerp van milieuvriendelijke ringhoofdschakelkasten, die doorgaans kleinere fase-afstanden hebben dan traditionele apparatuur, wat de onevenwichtigheid van het elektrisch veld verergert. In milieuvriendelijke ringhoofdschakelkasten is de luchtafstand tussen geleiders en fasen of grond meestal niet meer dan 125 mm, veel kleiner dan de 350 mm in SF₆-geïsoleerde eenheden, waardoor controle van het elektrisch veld bijzonder belangrijk is.
Het aanpakken van elektrisch veldproblemen vereist optimalisatie van het ontwerp. Het gebruik van gelijkpotentieelisolatie sleeves en het optimaliseren van bushingvormen en flensontwerpen via elektrisch veldsimulaties kan het risico op gedeeltelijke ontlaading verlagen. Daarnaast is het vergroten van de straal van de elektrode (R-hoeken) en het gebruik van ronde busleidingen om de onevenwichtigheidscoëfficiënt van het elektrisch veld te verlagen ook effectieve methoden. Tijdens de productie is het essentieel om ervoor te zorgen dat de oppervlakte-elektrisch veldsterkte van live delen en isolatoren aan de standaardvereisten voldoet, vooral de controle van gedeeltelijke ontlaading van epoxyharscomponenten.
3. Fouten veroorzaakt door warmteafvoerproblemen
De derde belangrijkste soort fout die milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten tegemoet treden, is oververhitting als gevolg van onvoldoende warmteafvoer. De warmteafvoerprestaties van stikstof zijn aanzienlijk zwakker dan die van SF₆-gas, een karakteristiek dat vooral prominent is onder hoogbelaste bedrijfsomstandigheden. Wanneer de stroom 2100 A overschrijdt, wordt de warmteafvoercapaciteit van stikstofgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten ontoereikend, waardoor isolatiematerialen snel verouderen en verbindingen falen.
Specifieke manifestaties van onvoldoende warmteafvoer omvatten oververhitting van kabelverbindingen, temperatuurstijging bij busleidingsverbindingen en verkooling van isolatiematerialen. Bijvoorbeeld, een ernstig ongeluk waarbij een kabelverbinding in brand vloog, werd geanalyseerd en bleek te zijn veroorzaakt door een combinatie van slechte installatiepraktijken en onvoldoende warmteafvoer. Bij langdurige exploitatie leidt oververhitting tot een achteruitgang van de prestaties van isolatiematerialen, wat een vicieuze cirkel creëert die uiteindelijk leidt tot kortsluiting of explosies.
De oorzaken van warmteafvoerproblemen omvatten voornamelijk drie aspecten: ten eerste, de warmtegeleidbaarheid van stikstof is slechts een kwart van die van SF₆, wat resulteert in een slechte warmtegeleidbaarheid; ten tweede, het compacte ontwerp van milieuvriendelijke ringhoofdschakelkasten beperkt de ruimte in de gasruimte, waardoor natuurlijke convectiekoeling wordt beperkt; en ten derde, de hitte die tijdens hoogbelaste bedrijfsomstandigheden wordt geproduceerd, is moeilijk effectief af te voeren, wat leidt tot lokale temperatuurstijgingen.
In de afgelopen jaren zijn verschillende innovatieve oplossingen ontstaan om warmteafvoerproblemen aan te pakken. Stralingskoelingscoatings kunnen de oppervlaketemperatuur van ringhoofdschakelkasten overdag met 30,9°C verlagen, met goede mechanische eigenschappen, ouderdomsbestendigheid en corrosiebestendigheid. Ontwikkelde intelligente koel- en droogapparaten, door de gecoördineerde werking van ventilatoren en droogapparaten, kunnen de temperatuur van ringhoofdschakelkasten met 40% en de luchtvochtigheid met 58% verlagen, waardoor onvoldoende warmteafvoer effectief wordt opgelost. Bovendien is het optimaliseren van de ventilatieontwerp van de gasruimte en het gebruik van isolatiematerialen met hoge warmtegeleidbaarheid algemene verbeteringsmethoden.
4. Mechanische componentenfouten
De vierde veelvoorkomende fout in milieuvriendelijke gasgeïsoleerde ringhoofdschakelkasten is mechanische componentenfouten, voornamelijk bestaande uit het vastlopen van bedieningsmechanismen, slijtage van overbrengingsonderdelen en veroudering van dichtingscomponenten. Hoewel het gesloten ontwerp van de gasruimte de invloed van vochtige omgevingen op mechanische componenten vermindert, kan langdurig sluiten ook leiden tot interne vochtaccumulatie, wat de betrouwbaarheid van het bedieningsmechanisme beïnvloedt.
Specifieke manifestaties van mechanische fouten omvatten het niet openen of sluiten, het vastlopen van veermechanismen en slijtage van overbrengingsaspen. Bijvoorbeeld, er zijn meerdere gevallen van vastlopen van bedieningsmechanismen door veroudering van mechanische componenten vastgelegd, meestal gerelateerd aan lange periodes van ongebruik of onvoldoende onderhoud. In milieuvriendelijke apparatuur kunnen mechanische fouten ook gerelateerd zijn aan de compacte interne ruimte van de gasruimte en het complexe layout van de componenten.
De oorzaken van mechanische fouten omvatten voornamelijk: ten eerste, langdurig sluiten kan de smeerconditie van het bedieningsmechanisme beïnvloeden; ten tweede, het compacte ontwerp vergroot de installatiecomplexiteit en onderhoudscomplexiteit van mechanische componenten; en ten derde, milieuvriendelijke apparatuur heeft hogere eisen aan mechanische sterkte om de risico's van gasruimtevervorming te weerstaan.
Het optimaliseren van smeerstrategieën is cruciaal om mechanische componentenfouten aan te pakken. Het wordt aanbevolen om polyureabased smeermiddelen (zoals Kl-smeer) te gebruiken, die uitstekende adaptabiliteit in hoge en lage temperaturen (-40°C tot +120°C), boogweerstand en lange levensduur (over 10 jaar) bieden. Bovendien is regelmatig onderhoud (bijvoorbeeld het vervangen van smeermiddelen elke 3 jaar) en het vermijden van onverenigbare smeermiddelen (zoals calcium- of natrium-based smeermiddelen) ook belangrijke maatregelen om mechanische fouten te voorkomen.
