Понимание и управление неисправностями в кольцевых распределительных устройствах с азотной изоляцией
1. Неисправности газовой системы
Наиболее критический тип неисправности в экологически чистых газоизолированных распределительных устройствах связан с газовой системой, главным образом, с утечкой газа и аномалиями давления. Утечка газа в азото-изолированных распределительных устройствах в основном вызвана старением материала уплотнения и дефектами сварочного процесса. Статистика показывает, что около 65% случаев утечки газа связаны со старением резиновых колец, а 30% — с недостаточной сваркой. Утечка газа не только влияет на изоляционные характеристики, но и может привести к безопасности при крайних условиях. Когда концентрация азота увеличивается, снижая уровень кислорода в окружающей среде ниже 19,5%, может произойти удушье, представляющее угрозу для безопасности персонала.
Аномалии давления представляют собой еще один распространенный тип неисправности, в основном вызванный неисправностями регулирования электромагнитных клапанов или отказом уплотнений. Рабочее давление в азото-изолированных распределительных устройствах обычно поддерживается между 0,12 и 0,13 МПа, с номинальным абсолютным давлением, не превышающим 0,2 МПа. Когда давление падает ниже 90% от номинального значения (примерно 0,11 МПа), изоляционные характеристики системы значительно снижаются, требуя немедленной заправки или обслуживания. При высоковольтных импульсах диэлектрическая прочность азота демонстрирует "горбовое явление", где зависимость между давлением и изоляционной прочностью является линейной только в однородных или слегка неоднородных электрических полях, что делает контроль давления более сложным.
Для решения проблем с газовой системой современные экологически чистые распределительные устройства обычно оснащены передовыми системами мониторинга газа, включая датчики давления, детекторы утечек газа и модули мониторинга влажности. Например, беспроводная технология сенсоров позволяет осуществлять многомерный реального времени мониторинг температуры, давления, утечки и содержания влаги в газовой камере, значительно повышая возможности предупреждения неисправностей. Практические применения показывают, что установка таких систем мониторинга может снизить частоту неисправностей, связанных с утечкой газа, более чем на 75% и продлить циклы обслуживания оборудования до 3-5 лет.
2. Неисправности, связанные с электрическим полем
Частичные разряды и пробои, вызванные неравномерным распределением электрического поля, являются второй основной категорией неисправностей в экологически чистых газоизолированных распределительных устройствах. Это в основном связано с тем, что диэлектрическая прочность азота составляет примерно одну треть от диэлектрической прочности SF₆. В неоднородных электрических полях изоляционные характеристики азота значительно ухудшаются, делая его склонным к разрядам.
Конкретные проявления неисправностей, связанных с электрическим полем, включают разряды на болтах соединений втулок, искажение электрического поля вокруг фланцев и поверхностные пробои на изоляторах. Исследования показывают, что максимальная интенсивность электрического поля в этих точках неисправностей может достигать 5,4 кВ/мм, значительно превышая безопасные пороги. Например, установка защитных крышек на головки болтов может снизить интенсивность электрического поля до 2,3 кВ/мм, значительно снижая риск разряда.
Основные причины неисправностей, связанных с электрическим полем, включают три фактора: во-первых, низкую диэлектрическую прочность азота (около одной трети от SF₆), что требует более точного проектирования электрического поля; во-вторых, сложную внутреннюю структуру газовой камеры, которая легко образует точки концентрации электрического поля; и, в-третьих, компактное проектирование экологически чистых распределительных устройств, которые обычно имеют меньшее расстояние между фазами, чем традиционное оборудование, усиливая неоднородность электрического поля. В экологически чистых распределительных устройствах воздушное расстояние между проводниками и фазами или землей обычно не превышает 125 мм, что гораздо меньше, чем более 350 мм в SF₆-изолированных устройствах, что делает контроль электрического поля особенно важным.
Решение проблем, связанных с электрическим полем, требует оптимизации проектирования. Использование изоляционных рукавов с равномерным потенциалом и оптимизация форм втулок и фланцев через моделирование электрического поля могут снизить риск частичных разрядов. Кроме того, увеличение радиусов закругления электродов (углов R) и использование круглых шин для снижения коэффициента неоднородности электрического поля также являются эффективными методами. Во время производства важно обеспечить, чтобы поверхность электрического поля живых частей и изоляторов соответствовала стандартным требованиям, особенно в отношении контроля частичных разрядов эпоксидных компонентов.
3. Неисправности, вызванные проблемами теплоотвода
Третий основной тип неисправностей, с которыми сталкиваются экологически чистые газоизолированные распределительные устройства, — это перегрев из-за недостаточного теплоотвода. Теплоотводные характеристики азота значительно хуже, чем у SF₆, что особенно заметно при работе с высокими нагрузками. Когда ток превышает 2100 А, теплоотводная способность азото-изолированных распределительных устройств становится недостаточной, что легко приводит к старению изоляционных материалов и отказам соединений.
Конкретные проявления недостаточного теплоотвода включают перегрев кабельных соединений, повышение температуры на соединениях шин и карбонизацию изоляционных материалов. Например, серьезный случай возгорания кабельного соединения был проанализирован и обнаружено, что он был вызван сочетанием плохой установки и недостаточного теплоотвода. В долгосрочной эксплуатации перегрев приводит к снижению характеристик изоляционных материалов, создавая порочный круг, который в конечном итоге приводит к коротким замыканиям или взрывам.
Основные причины проблем с теплоотводом включают три аспекта: во-первых, теплопроводность азота составляет лишь четверть от теплопроводности SF₆, что приводит к плохой теплопроводности; во-вторых, компактное проектирование экологически чистых распределительных устройств ограничивает пространство газовой камеры, ограничивая естественную конвективную охлаждаемость; и, в-третьих, тепло, выделяемое при работе с высокими нагрузками, трудно эффективно рассеять, что приводит к локальному повышению температуры.
В последние годы появилось множество инновационных решений для решения проблем с теплоотводом. Радиационные покрытия для охлаждения могут снизить температуру поверхности распределительных устройств на 30,9°C днем, предлагая хорошие механические свойства, устойчивость к старению и коррозии. Разработанные интеллектуальные устройства охлаждения и осушения, через координированную работу вентиляторов и осушителей, могут снизить температуру распределительных устройств на 40% и влажность на 58%, эффективно решая проблемы недостаточного теплоотвода. Кроме того, оптимизация вентиляции газовой камеры и использование изоляционных материалов с высокой теплопроводностью являются распространенными методами улучшения.
4. Неисправности механических компонентов
Четвертый распространенный тип неисправности в экологически чистых газоизолированных распределительных устройствах — это неисправности механических компонентов, включающие заедание механизмов управления, износ передаточных частей и старение уплотнительных компонентов. Хотя герметичное проектирование газовой камеры снижает влияние влажной среды на механические компоненты, длительное герметичное состояние также может привести к накоплению влаги внутри, что влияет на надежность механизма управления.
Конкретные проявления механических неисправностей включают неспособность открыть или закрыть, заедание пружин и износ осей передач. Например, были зарегистрированы несколько случаев заедания механизмов управления из-за старения механических компонентов, обычно связанных с длительными периодами бездействия или недостаточным обслуживанием. В экологически чистом оборудовании механические неисправности также могут быть связаны с компактным внутренним пространством газовой камеры и сложной компоновкой компонентов.
Основные причины механических неисправностей включают: во-первых, длительное герметичное состояние может влиять на смазку механизма управления; во-вторых, компактное проектирование увеличивает сложность установки и обслуживания механических компонентов; и, в-третьих, экологическое оборудование имеет более высокие требования к механической прочности для противостояния риску деформации газовой камеры.
Оптимизация стратегий смазки является ключевым моментом для решения проблем с механическими компонентами. Рекомендуется использовать полиуретановые смазки (например, Kl смазка), которые обеспечивают отличную адаптивность к высоким и низким температурам (-40°C до +120°C), устойчивость к дуге и длительный срок службы (более 10 лет). Кроме того, регулярное обслуживание (например, замена смазки каждые 3 года) и избегание несовместимых смазок (таких как кальциевые или натриевые смазки) также являются важными мерами для предотвращения механических неисправностей.
