Hvordan påvirker oljetap SF6-reléets ytelse?

1. SF6-elektrisk utstyr og det vanlige problemet med oljelækasje i SF6-tetthetsrelayer

SF6-elektrisk utstyr er nå bredt anvendt i kraftforsyninger og industrielle virksomheter, noe som har bidratt betydelig til utviklingen av kraftindustrien. Bueutslukkings- og isoleringsmediumet i slikt utstyr er sf6-gass, som ikke må lekke. Enhver lekkasje svekker den pålitelige og sikre drifta av utstyret, og det er derfor essensielt å overvåke tettheten av SF6-gassen. For øyeblikket brukes mekaniske pekerbaserte tetthetsrelayer ofte for dette formålet. Disse relayer kan utløse alarm- og låsesignal når gasslekkasje forekommer, og de gir også tetthetsindikasjon på stedet. For å forbedre skjelvingstilstand, fylles disse relayer typisk med silikonolje.

Imidlertid er oljelækasje fra SF6-gasstetthetsrelayer et vanlig problem i praksis. Dette problemet er utbredt—alle kraftforsyningsbyråer over hele landet har møtt det. Noen relayer utvikler oljelækasje innen mindre enn et år etter inntreden i drift. Kort sagt, oljelækasje i oljefylte tetthetsrelayer er et utbredt og vedvarende problem.

2. Farene ved oljelækasje i tetthetsrelayer

Som er godt kjent, bruker SF6-tetthetsrelayer generelt en fjærbasert elektrisk kontakt, forsterket med en magnetisk hjelpemekanisme for å sikre pålitelig kontaktlukking. Imidlertid baserer kontaktkraften (for alarm eller lås) seg hovedsakelig på den svake kraften i fjæren. Selv med magnetisk hjelp, er kraften fortsatt veldig liten, noe som gjør kontakterne svært følsomme for vibrasjon. For å forbedre skjelvingstilstand, fylles silikonolje typisk inn i relays. Hvis oljelækasje forekommer, innebærer det potensielle sikkerhetsrisikoer for SF6-elektrisk utstyr.

Fare 1: Når dempingsoljen fullstendig leker ut, mister den dampende effekten, noe som drastisk reduserer relays skjelvingstilstand. Etter sterke mekaniske sjokk under bryteroperasjoner, kan pekeren bli fast, kontakter kan feile permanent (enten ikke aktiveres eller forbli aktive), eller målingsavvik kan overskride akseptable grenser.

Fare 2: Siden relays kontakter er magnetisk hjulpet med en naturlig lav kontaktkraft, kan langvarig eksponering føre til oksidasjon av kontaktoverflater. For relayer som har mistet all olje, er de magnetisk hjulpede kontakter direkte utsatt for luft, noe som gjør dem sårbare for oksidasjon eller støvakkumulasjon, noe som fører til dårlig kontakt eller fullstendig feil.

Ifølge rapporter: Over en tidsperiode på tre år, da en kraftvirksomhet intensiverte testingen av SF6-tetthetsrelayer, ble 196 enheter inspisert, og 6 (omkring 3%) ble funnet å ha ureliable kontaktledning. Alle disse defekte relayer hadde fullstendig mistet sin dempingsolje. Hvis en tetthetsrelay lider av en fast peker, feilende kontakter eller ureliable ledning, kan det alvorlig svekke nettets sikkerhet. Tenk på situasjonen hvor en SF6-bryter leker gass og mister sin isoleringsmedium, men tetthetsrelays mislykkes med å utløse en alarm på grunn av en fast peker eller feilaktig kontakt. Hvis bryteren deretter forsøker å avbryte en feilstrøm, kan konsekvensene være katastrofale.

I tillegg kan lekket olje forurene andre komponenter i sparerelaiset, trekke støv og ytterligere true sikker drift. Noen enheter bruker plastposer for å omgripe lekende relays for å hindre at oljen sprer seg og forårsaker støvakkumulasjon. I tillegg er moderne transformer designet for å være oljefrie; derfor regnes oljelækasje som en defekt som må rettes opp.

3. Årsaksanalyse av oljelækasje

De primære lekkasjesteder i tetthetsrelayer er mellom terminalblokken og klossen, glasvinduet og klossen, og revner i selve glasset. Ved å demontere mange lekende relayer, har vi fastslått at den hovedårsaken til oljelækasje er segelfeilet mellom terminalblokken og klossen, og glasvindu og klossen. Følgende er de foreløpige identifiserte årsakene til segelfeilet.

3.1 Aldring av gummisegel

For øyeblikket bruker de fleste tetthetsrelayer nitrilgummi (NBR) for oljesegling O-ringer. NBR er et kopolymer av butadien (CH₂=CH–CH=CH₂) og acrylonitril (CH₂=CH–CN), produsert ved emulsjonspolymerisering. Det er et usaturert karbonkjedegummi. Acrylonitrilinnholdet påvirker betydelig NBR-egenskaper: høyere innhold forbedrer olje-, løsemiddel- og kjemikalieresistens, øker styrke, hardhet, slitesterkhet og varmetoleranse, men reduserer kuldeflexibilitet, elastisitet og luftgjennomsiktigheit.

Gummi degraderer under prosessering, lagring og bruk på grunn av ulike faktorer, og viser forfarging, klebrig, hard og revner—fenomener som kollektivt kalles gummialdring.

Faktorer som bidrar til NBR-segelaldring inkluderer interne og eksterne årsaker.

3.2 Interne årsaker

• Molekylær struktur av NBR:
  NBR inneholder usaturated dobbeltbindinger i sin polymerkjede. Under varme og mekanisk stress reagerer oksygen ved disse dobbeltbindingene, danner peroksid som dekomponerer seg til oksiderende produkter, som fører til kjedeskjæring og krysslenkning. Dette øker krysslenkethet, gjør gummi hardere og mer sprø. Høyere dobbeltbindingsinnhold fremskynder aldring. I tillegg er elektron-donorerende substitutter (f.eks. –CH₃) i molekylær struktur lett oksidert.

• Effekt av gummiforbindelsesmidler:
  Valg av vulkaniseringsystem er kritisk. Høyere svovelinnhold øker polysulfide krysslenkning, men fremskynder aldring.

3.3 Eksterne årsaker

• Oksygen og ozon:
  Oksygen er en hovedaldringsfaktor, fremmer kjedeskjæring og rekrysslenkning. Ozon er enda mer reaktiv; det former ozonider ved dobbeltbindinger, som dekomponerer og bryter polymerkjeder. Seglet er direkte utsatt for luft, og spor av oksygen og ozon løses i oljen, som fremskynder gummialdring.

• Varme:
  Varme fremskynder oksidasjon—typisk fordobler en temperaturøkning på 10°C oksidasjonsraten. Den fremskynder også reaksjoner mellom gummiet og tilsetningsstoffer eller fører til at flyktige komponenter fordamper, noe som forringes yteevne og forkorter levetid.

• Mekanisk trøtthet:
  Under konstant stress (kompressjon, torsjon) undergår gummiet mekanisk oksidasjon, fremskyddet av varme. Over tid reduseres elastisiteten—dette er mekanisk trøtthetsaldring.

Aldring av gummiseglet fører til segelfeilet, tap av segelkapasitet, og til slutt oljelækasje.

3.4 Utilstrekkelig initiell kompresjon av seglet

Gummisegler er avhengig av komprimeringsdeformasjon under installering for å passe tett mot segelyflater og blokkere lekkasjeveier. Utilstrekkelig initiell kompresjon kan føre til lekkasje. Dette kan forekomme på grunn av:

• Designproblemer: for lite segelprofiler eller for store groover;

• Installasjonsproblemer: uaktuelt anspenn av lokket (de fleste relayer er avhengige av manuell følelse, noe som gjør nøyaktig kontroll vanskelig).
  I tillegg har gummiet en kaldskjermingskoeffisient over ti ganger større enn metall. Ved lave temperaturer krymper seglet og hardner, noe som ytterligere reduserer kompresjon.

3. For høy kompresjonsrate

Selv om kompresjon er nødvendig for segling, er for høy kompresjon skadelig. Det kan forårsake permanent deformasjon under installering eller generere høy von Mises-stress, som fører til materialefeil og kortere levetid. Igen, manuell anspenning resulterer ofte i overkomprimering.

4. Overflatefeil på segelyflater

Skrav, kantknuter, lav overflateråhet eller utilpasset maskineringstekstur på segelyflater kan skape lekkasjeveier.

5. Temperaturreffekter

Ved høye temperaturer mykner gummiet og utvider seg, noe som potensielt kan extrudere og bryte seglet. Ved lave temperaturer kan krymping og hardning også forårsake lekkasje.

6. Uaktuelt hardhetsvalg

Hvis gummiseglet er for mykt eller for hardt, kan det mislykkes med å segle riktig.

7. Grov installasjon

Utenomlig installasjon kan skade seglet. For eksempel kan skarpe kanter eller kantknuter skrape O-ringen, skape usynlige defekter som fører til segelfeilet og oljelækasje.I tillegg kan glaskravanker også forårsake oljelækasje.

Årsaker inkluderer:
A) Ujevn stress under installasjon, forverret av plutselige endringer i temperatur eller trykk;
B) Termisk sjokk som fører til at glasset selv knuses. Knusninger danner lekkasjeveier, som fører til oljetap.

Konklusjon

I SF6-elektrisk utstyr, fungerer SF6-gass som det primære isolerings- og bueutslukkingsmediumet. Dets dielektriske styrke og bueavbrytningskapasitet avhenger direkte av gassettetthet—høyere tetthet betyr generelt bedre ytelse. Imidlertid er gasslekkasje uunngåelig på grunn av produksjon, drift eller vedlikeholdsproblemer. En nedgang i tetthet fører til to hovedrisikoer: redusert dielektrisk styrke og redusert bryteravbrytningskapasitet. Derfor er overvåking av SF6-gastetthet essensiell for sikker og pålitelig drift. Dette oppnås typisk ved å bruke SF6-tetthetsrelayer, som gir to-trinnsvarsler—alarm- og låsesignaler—når tettheten synker, noe som tillater tidlig innmelding.

Derfor må SF6-tetthetsrelayer på stedet være pålitelige. Basert på analysen ovenfor, konkluderer vi:

• Tetthetsrelayer som viser oljelækasje, må overvåkes og erstattes umiddelbart.

• Nye installerte relayer bør helst være oljefrie typer med forbedret skjelvingstilstand eller forbedret gassseglet design.