Розуміння та управління несправностями в азотно-ізольованих кільцевих магістральних шкафах
1. Помилки газової системи
Найкритичнішого типу помилка в екологічно чистих кільцевих головних панелях з газовою ізоляцією пов'язана з газовою системою, головним чином, з витоками газу та аномаліями тиску. Виток газу в азотно-ізольованих кільцевих головних панелях в основному виникає через старіння матеріалу ущільнення та дефекти процесу зварювання. Статистика показує, що приблизно 65% випадків витоку газу пов'язані з постарінням O-підсилини, а 30% — з недостатньою якістю зварювання. Виток газу не лише впливає на ізоляційну продуктивність, але може також призвести до проблем безпеки в крайніх умовах. Коли концентрація азоту зростає, спричинючи зниження рівня кисню в оточуючому середовищі нижче 19,5%, може відбутися задух, що становить загрозу для безпеки персоналу.
Аномалії тиску є іншим поширеним типом помилки, в основному викликаними невдалим регулюванням соленоїдного клапана або невдалими ущільненнями. Робочий тиск в азотно-ізольованих кільцевих головних панелях зазвичай підтримується між 0,12 і 0,13 МПа, з номінальним абсолютним тиском, що не перевищує 0,2 МПа. Коли тиск опускається нижче 90% номінального значення (приблизно 0,11 МПа), ізоляційна продуктивність системи значно знижується, що вимагає негайного заповнення або обслуговування. У умовах високовольтних імпульсів, диелектрична стійкість азоту демонструє "феномен горби", коли зв'язок між тиском та ізоляційною стійкістю є лінійним лише в однорідних або трохи неоднорідних електричних полях, що робить контроль тиску більш складним.
Для вирішення помилок газової системи, сучасні екологічно чисті кільцеві головні панелі зазвичай оснащені передовими системами моніторингу газу, включаючи датчики тиску, детектори витоку газу та модулі моніторингу вологості. Наприклад, бездротова технологія сенсорів дозволяє багаторозмірний реальний час моніторингу температури, тиску, витоку та вмісту вологості в газовій камері, значно підвищуючи можливості попередження помилок. Практичне застосування показує, що встановлення таких систем моніторингу може знизити частоту випадків витоку газу більше ніж на 75% та продовжити цикли обслуговування обладнання до 3-5 років.
2. Помилки, пов'язані з електричним полем
Локальні викиди та пробої, викликані нерівномірним розподілом електричного поля, є другою найбільшою категорією помилок в екологічно чистих кільцевих головних панелях з газовою ізоляцією. Це в основному пов'язано з тим, що диелектрична стійкість азоту становить лише близько третини від SF₆ газу. У неоднорідних електричних полях, ізоляційна продуктивність азоту значно погіршується, що робить його підверженим явищам викиду.
Специфічні прояви помилок, пов'язаних з електричним полем, включають викиди на винтах з'єднання втулок, іскривлення електричного поля навколо фланців та поверхневі викиди на ізоляторах. Дослідження показують, що максимальна інтенсивність електричного поля в цих точках помилок може досягати 5,4 кВ/мм, що значно перевищує пороги безпеки. Наприклад, встановлення екранів на головках винтів може знизити інтенсивність електричного поля до 2,3 кВ/мм, значно зменшуючи ризик викиду.
Причини помилок, пов'язаних з електричним полем, включають три фактори: перший, низька диелектрична стійкість азоту (близько третини від SF₆), що вимагає більш точної конструкції електричного поля; другий, складна внутрішня структура газової камери, яка легко формує точки концентрації електричного поля; третій, компактна конструкція екологічно чистих кільцевих головних панелей, яка, зазвичай, має менші відстані між фазами, ніж традиційне обладнання, що погіршує нерівномірність електричного поля. У екологічно чистих кільцевих головних панелях, повітряна відстань між провідниками та фазами або землею зазвичай не перевищує 125 мм, що набагато менше, ніж понад 350 мм в одиницях з ізоляцією SF₆, що робить контроль електричного поля особливо важливим.
Вирішення проблем, пов'язаних з електричним полем, вимагає оптимізації дизайну. Використання еквіпотенційних ізоляційних рукавів та оптимізація форми втулок та дизайну фланців за допомогою моделювання електричного поля можуть знизити ризик локальних викидів. Крім того, збільшення радіусів закруглення (R-кутів) електродів та використання круглих шин для зменшення коефіцієнта нерівномірності електричного поля також є ефективними методами. Під час виробництва необхідно забезпечити, щоб поверхнева інтенсивність електричного поля живих частин та ізоляторів відповідала стандартним вимогам, особливо контролю локальних викидів епоксидних компонентів.
3. Помилки, викликані проблемами теплообміну
Третій найбільш поширений тип помилок, з якими стикаються екологічно чисті кільцеві головні панелі з газовою ізоляцією, — це перегрівання через недостатній теплообмін. Теплообмінна продуктивність азоту значно слабша, ніж у SF₆ газу, що особливо відчувається у умовах високих навантажень. Коли струм перевищує 2100 А, теплообмінна здатність азотно-ізольованих кільцевих головних панелей стає недостатньою, що легко призводить до старіння матеріалів ізоляції та збоїв з'єднань.
Специфічні прояви недостатнього теплообміну включають перегрівання з'єднань кабелів, підвищення температури на з'єднаннях шин та карбонізацію матеріалів ізоляції. Наприклад, аналіз серйозної аварії, в результаті якої спалахнуло з'єднання кабелю, показав, що це було викликано комбінацією поганої практики встановлення та недостатнього теплообміну. При довготривалій роботі, перегрівання призводить до погіршення продуктивності матеріалів ізоляції, що створює злочинний цикл, що врешті-решт призводить до коротких замикань або вибухів.
Причини проблем теплообміну включають три аспекти: перший, теплопровідність азоту становить лише одну четверту від SF₆, що призводить до поганої теплопровідності; другий, компактна конструкція екологічно чистих кільцевих головних панелей обмежує простір газової камери, що обмежує природну конвекційну охолодження; третій, тепло, виділене при високих навантаженнях, важко ефективно відводити, що призводить до локального підвищення температури.
Останнім часом з'явилися різні інноваційні рішення для вирішення проблем теплообміну. Радіаційні охолоджувальні покриття можуть знизити поверхневу температуру кільцевих головних панелей на 30,9°C протягом дня, пропонуючи гарні механічні властивості, стійкість до старіння та корозії. Розроблені інтелектуальні системи охолодження та відведення вологи, через координовану роботу вентиляторів та відводчиків вологи, можуть знизити температуру кільцевих головних панелей на 40% та вологість на 58%, ефективно вирішуючи проблеми недостатнього теплообміну. Крім того, оптимізація вентиляції газової камери та використання матеріалів ізоляції з високою теплопровідністю є поширеними методами покращення.
4. Помилки механічних компонентів
Четверта поширена помилка в екологічно чистих кільцевих головних панелях з газовою ізоляцією — це відмова механічних компонентів, включаючи застревання працюючих механізмів, зношення передавальних частин та старіння ущільнювальних компонентів. Хоча герметична конструкція газової камери зменшує вплив вологого середовища на механічні компоненти, довготривале ущільнення може також призводити до накопичення вологи всередині, що впливає на надійність працюючих механізмів.
Специфічні прояви механічних помилок включають неможливість відкриття або закриття, застревання пружин та зношення осей передач. Наприклад, було зареєстровано кілька випадків застревання працюючих механізмів через старіння механічних компонентів, що, як правило, пов'язані з довгим періодом бездіяльності або недостатнім обслуговуванням. У екологічно чистому обладнанні механічні помилки також можуть бути пов'язані з компактним внутрішнім простором газової камери та складним розташуванням компонентів.
Причини механічних помилок включають: перший, довготривале ущільнення може впливати на стан змащення працюючих механізмів; другий, компактна конструкція збільшує складність встановлення та обслуговування механічних компонентів; третій, екологічне обладнання має більш високі вимоги до механічної міцності, щоб зупинити ризик деформації газової камери.
Оптимізація стратегій змащення є ключовим фактором для вирішення проблем механічних компонентів. Рекомендується використовувати греаси на основі поліуреани (наприклад, Kl греас), які мають відмінну адаптивність до високих та низьких температур (-40°C до +120°C), стійкість до дуги та довгий термін служби (понад 10 років). Крім того, регулярне обслуговування (наприклад, заміна греасу кожні 3 роки) та уникнення несумісних змащувальних речовин (наприклад, кальцієвих або натрієвих греасів) також є важливими заходами для запобігання механічним помилкам.
