Forståelse og håndtering av feil i nitrogenisolerte ringhovedenheter

1. Gassystemfeil

Den mest kritiske type feil i miljøvennlige gassisolate ringhovedstasjoner er relatert til gassystemet, hovedsakelig involverer gasslekasje og trykkavvik. Gasslekasje i nitrogenisolate ringhovedstasjoner oppstår hovedsakelig på grunn av aldring av tettmateriale og defekter i sveiseprosessen. Statistikk viser at omtrent 65% av gasslekasje-feil er relatert til aldring av O-ringer, mens 30% skyldes utilstrekkelig sveising. Gasslekasje påvirker ikke bare isolasjonsevnen, men kan også føre til sikkerhetsproblemer under ekstreme forhold. Når nitrogenkonsentrasjonen øker, og iltnivået i omgivelsene synker under 19,5%, kan kvælning oppstå, som utgjør en trussel mot personell-sikkerhet.

Trykkavvik representerer en annen vanlig feil, hovedsakelig forårsaket av reguleringssvikt hos solenoideventiler eller tettningsfeil. Driftstrykket for nitrogenisolate ringhovedstasjoner holdes vanligvis mellom 0,12 og 0,13 MPa, med den nominerte absolutte trykkverdien ikke over 0,2 MPa. Når trykket faller under 90% av den nominerte verdien (omtrent 0,11 MPa), minker systemets isolasjonsevne betydelig, noe som krever umiddelbar fylling eller vedlikehold. Under høyspenningsimpulser viser nitrogen sin dielektriske styrke en "bukket effekt", der forholdet mellom trykk og isolasjonsevne er lineært bare i jevne eller litt ujevne elektriske felt, noe som gjør trykkkontroll mer kompleks.

For å håndtere gassystemfeil er moderne miljøvennlige ringhovedstasjoner generelt utstyrt med avanserte gassovervåkingssystemer, inkludert trykksensorer, gasslekasje-detektorer og fuktighetsovervåkingsmoduler. For eksempel lar trådløs sensor-teknologi til flerdimensjonell sanntidsovervåking av temperatur, trykk, lekasje og fuktinnhold i gasskammeret, noe som betydelig forbedrer feilvarslingsevnen. Praktiske anvendelser viser at installasjon av slike overvåkingssystemer kan redusere gasslekasje-feilraten med over 75% og utvide utstyrsmaintenancecyklene til 3–5 år.

2. Feil relatert til elektrisk felt

Delvis ladning og bryting forårsaket av ujevn fordeling av elektrisk felt er den andre store kategorien av feil i miljøvennlige gassisolate ringhovedstasjoner. Dette skyldes hovedsakelig at nitrogens isolasjonsevne er bare omtrent en tredjedel av SF₆-gass. I ujevne elektriske felt minker nitrogens isolasjonsevne betydelig, noe som gjør det utsatt for ladefenomener.

Spesifikke manifestasjoner av feil relatert til elektrisk felt inkluderer lading ved skruer for buskninger, forvrengning av elektrisk felt rundt flens, og overflateflashover på isolatorer. Forskning indikerer at maksimalt elektrisk feltintensitet ved disse feilpunktene kan nå 5,4 kV/mm, langt over sikkerhetstrøskler. For eksempel kan installasjon av skjermskappe på bolt-hoder redusere elektrisk feltintensiteten til 2,3 kV/mm, noe som betydelig reduserer risikoen for lading.

Årsakene til feil relatert til elektrisk felt inkluderer hovedsakelig tre faktorer: først, lav isolasjonsevne hos nitrogen (omtrent en tredjedel av SF₆), som krever mer nøyaktig design av elektrisk felt; andre, den komplekse interne strukturen i gasskammeret, som lett danner punkter med koncentrert elektrisk felt; og tredje, den kompakte designen av miljøvennlige ringhovedstasjoner, som typisk har mindre fasen-til-fase-avstand enn tradisjonelle utstyr, noe som forverrer ujevnheten i elektrisk felt. I miljøvennlige ringhovedstasjoner er luftavstanden mellom ledere og faser eller jord vanligvis ikke mer enn 125 mm, mye mindre enn de over 350 mm i SF₆-isolate enheter, noe som gjør kontroll av elektrisk felt spesielt viktig.

Løsning av problemer relatert til elektrisk felt krever designoptimalisering. Ved å bruke likepotensielle isolasjonssleppe og optimalisere former for buskninger og flensdesign gjennom simulering av elektrisk felt, kan risikoen for delvis ladning reduseres. I tillegg kan økning av elektrode-kantradius (R-vinkler) og bruk av runde busleder for å redusere koeffisienten for ujevnhet i elektrisk felt være effektive metoder. Under produksjon er det viktig å sikre at overflaten av levende deler og isolatorer oppfyller standardkrav, spesielt kontroll av delvis ladning av epoksyresin-deler.

3. Feil forårsaket av varmeavgiengsproblemer

Den tredje store typen feil som miljøvennlige gassisolate ringhovedstasjoner står overfor, er overvarming på grunn av utilstrekkelig varmeavgieng. Nitrogens evne til å avgi varme er betydelig svakere enn SF₆-gass, en egenskap som er spesielt fremtredende under drift med høy belastning. Når strømmen overstiger 2100 A, blir kapasiteten til nitrogenisolate ringhovedstasjoner for å avgi varme utilstrekkelig, noe som lett fører til aldring av isolasjonsmateriale og forbindelsesfeil.

Spesifikke manifestasjoner av utilstrekkelig varmeavgieng inkluderer overvarming av kabelforbindelser, temperaturøkning ved busforbindelser, og karbonisering av isolasjonsmaterialer. For eksempel ble en alvorlig hendelse med forbrenning av en kabelforbindelse analysert og funnet å være forårsaket av en kombinasjon av dårlige installasjonspraksiser og utilstrekkelig varmeavgieng. I langtid drift fører overvarming til en nedgang i ytelsen til isolasjonsmateriale, noe som skaper en ond sirkel som til slutt fører til kortslutning eller eksplosjon.

Årsakene til varmeavgiengsproblemer inkluderer hovedsakelig tre aspekter: først, termisk ledningsevne hos nitrogen er bare en fjerdedel av SF₆, noe som resulterer i dårlig termisk ledning; andre, den kompakte designen av miljøvennlige ringhovedstasjoner begrenser rommet i gasskammeret, noe som begrenser naturlig konveksjonskjøling; og tredje, varmen generert under drift med høy belastning er vanskelig å effektivt avgi, noe som fører til lokale temperaturøkninger.

I løpet av de siste årene har ulike innovative løsninger dukket opp for å håndtere varmeavgiengsproblemer. Strålingskjølingsteknikker kan redusere overflatesperaturen på ringhovedstasjoner med 30,9°C under dagslyset, og tilbyr gode mekaniske egenskaper, aldringsbestandighet og korrosjonsbestandighet. Utviklede intelligente kjøling- og fuktighetsreduserende enheter, gjennom samordnet drift av ventilatorer og fuktighetsreduserende enheter, kan redusere temperaturen på ringhovedstasjoner med 40% og fuktigheten med 58%, noe som effektivt løser problemer med utilstrekkelig varmeavgieng. I tillegg er optimalisering av ventilasjonen i gasskammeret og bruk av isolasjonsmaterialer med høy termisk ledningsevne vanlige forbedringstiltak.

4. Feil i mekaniske komponenter

Den fjerde vanlige feilen i miljøvennlige gassisolate ringhovedstasjoner er mislykket i mekaniske komponenter, hovedsakelig inkluderer stiving av opereringsmekanisme, slitte på overføringsdeler, og aldring av tettkomponenter. Selv om det tette designet av gasskammeret reduserer innvirkningen av fuktige miljøer på mekaniske komponenter, kan langvarig tettet også føre til akkumulering av fuktighet inne, noe som påvirker påliteligheten av opereringsmekanismen.

Spesifikke manifestasjoner av mekaniske feil inkluderer mislykket åpning eller stenging, fjær-stiving, og slitte på overføringsaksel-pinner. For eksempel er det flere tilfeller av stiving av opereringsmekanisme på grunn av aldring av mekaniske komponenter registrert, ofte relatert til lange perioder med inaktivitet eller utilstrekkelig vedlikehold. I miljøvennlige utstyr kan mekaniske feil også være relatert til den kompakte interne rommene i gasskammeret og den komplekse layouten av komponenter.

Årsakene til mekaniske feil inkluderer hovedsakelig: først, langvarig tettet kan påvirke smøringstillstanden av opereringsmekanismen; andre, kompakt design øker installasjonsvanskeligheten og vedlikeholds-kompleksiteten av mekaniske komponenter; og tredje, miljøvennlige utstyr har høyere krav til mekanisk styrke for å motstå risiko for deformasjon av gasskammeret.

Optimalisering av smøringstrategier er nøkkelen til å håndtere feil i mekaniske komponenter. Det anbefales å bruke polyureabasert smøremidler (som Kl-smøremidler), som tilbyr fremragende tilpasning til høye og lave temperaturer (-40°C til +120°C), buelitenstand og lang levetid (over 10 år). I tillegg er regelmessig vedlikehold (f.eks. bytte av smøremidler hvert tredje år) og unngåelse av uforenelige smøremidler (som kalsiumbaserte eller natriumbaserte smøremidler) også viktige tiltak for å forebygge mekaniske feil.