Как влияет утечка масла на работу реле SF6?

1. Электрооборудование с SF6 и распространенная проблема утечки масла в реле плотности SF6

Электрооборудование с SF6 широко используется в энергетических компаниях и промышленных предприятиях, значительно продвигая развитие энергетической отрасли. Дугогасящим и изоляционным средой в таком оборудовании является гексафторид серы (SF6), который не должен подтекать. Любая утечка компрометирует надежную и безопасную работу оборудования, что делает необходимым мониторинг плотности газа SF6. В настоящее время для этой цели обычно используются механические указательные реле плотности. Эти реле могут срабатывать при утечке газа, подавая сигналы тревоги и блокировки, а также предоставляя местное индикаторное значение плотности. Для повышения вибростойкости эти реле обычно заполняются силиконовым маслом.

Однако на практике утечка масла из реле плотности SF6 является распространенной проблемой. Эта проблема широко распространена — с ней сталкиваются все энергоснабжающие компании по всей стране. Некоторые реле начинают течь менее чем за год эксплуатации. В кратце, утечка масла в маслонаполненных реле плотности является распространенной и постоянной проблемой.

2. Опасности утечки масла в реле плотности

Как известно, реле плотности SF6 обычно используют пружинный контакт, усиленный магнитным механизмом, чтобы обеспечить надежное закрытие контактов. Однако усилие контакта (для сигнала тревоги или блокировки) зависит в основном от слабого усилия пружины. Даже с магнитной помощью это усилие остается очень маленьким, что делает контакты чрезвычайно чувствительными к вибрации. Для улучшения вибростойкости реле обычно заполняются силиконовым маслом. Если происходит утечка масла, это создает потенциальные риски безопасности для электрооборудования с SF6.

Опасность 1: Как только масло, предотвращающее вибрацию, полностью вытекает, эффект демпфирования исчезает, что резко снижает вибростойкость реле. После сильных механических ударов при переключении выключателей стрелка может застрять, контакты могут выйти из строя (либо не сработают, либо останутся включенными), или погрешность измерений может превысить допустимые пределы.

Опасность 2: Поскольку контакты реле магнитно усилены с низким усилием контакта, длительное воздействие может привести к окислению поверхностей контактов. Для реле, которые полностью потеряли масло, магнитно усиленные контакты напрямую подвергаются воздействию воздуха, что делает их восприимчивыми к окислению или накоплению пыли, что приводит к плохому контакту или полному отказу.

Согласно отчетам: за трехлетний период, когда одна энергетическая компания усилила тестирование реле плотности SF6, было проверено 196 единиц, и 6 (около 3%) были найдены с ненадежной проводимостью контактов. Все эти неисправные реле полностью потеряли демпфирующее масло. Если реле плотности страдает от застрявшей стрелки, неисправных контактов или ненадежной проводимости, это может серьезно компрометировать безопасность сети. Рассмотрим ситуацию, когда выключатель SF6 теряет газ и изолирующую среду, но реле плотности не срабатывает из-за застрявшей стрелки или неисправного контакта. Если выключатель затем попытается прервать ток короткого замыкания, последствия могут быть катастрофическими.

Кроме того, вытекшее масло может загрязнять другие компоненты коммутационного оборудования, привлекая пыль и еще больше угрожая безопасной работе. Некоторые установки обматывают протекающее реле пластиковыми пакетами, чтобы предотвратить распространение масла и накопление пыли. Более того, современные подстанции спроектированы без использования масла, поэтому утечка масла считается дефектом, который необходимо устранить.

3. Анализ причин утечки масла

Основными точками утечки в реле плотности являются уплотнения между клеммной коробкой и корпусом, стеклянным окном и корпусом, а также трещины в самом стекле. Разбирая множество протекающих реле, мы определили, что основная причина утечки масла — это неисправность уплотнений между клеммной коробкой и корпусом, а также между стеклом и корпусом. Ниже приведены предварительно выявленные причины неисправности уплотнений.

3.1 Старение резиновых уплотнений

В настоящее время большинство реле плотности используют бутадиен-нитрильный каучук (NBR) для маслозапорных уплотнительных колец. NBR — это сополимер бутадиена (CH₂=CH–CH=CH₂) и акрилонитрила (CH₂=CH–CN), получаемый методом эмульсионной полимеризации. Это ненасыщенный углеродный каучук. Содержание акрилонитрила значительно влияет на свойства NBR: высокое содержание улучшает устойчивость к маслу, растворителям и химическим веществам, увеличивает прочность, твердость, износостойкость и теплостойкость, но снижает холодную гибкость, эластичность и воздухопроницаемость.

Резина деградирует во время обработки, хранения и использования из-за различных факторов, проявляясь в виде изменения цвета, липкости, затвердевания и растрескивания — явления, известные как старение резины.

Факторы, способствующие старению уплотнений из NBR, включают внутренние и внешние причины.

3.2 Внутренние причины

• Молекулярная структура NBR:
  NBR содержит ненасыщенные двойные связи в своей полимерной цепи. При нагреве и механическом напряжении кислород реагирует с этими двойными связями, образуя пероксиды, которые разлагаются, образуя продукты окисления, вызывающие разрыв цепи и перекрестное сшивание. Это увеличивает плотность перекрестных связей, делая резину более жесткой и хрупкой. Высокое содержание двойных связей ускоряет старение. Кроме того, электронодонорные заместители (например, –CH₃) в молекулярной структуре легко окисляются.

• Влияние компаундов резины:
  Выбор системы вулканизации имеет решающее значение. Высокое содержание серы увеличивает концентрацию полисульфидных перекрестных связей, но ускоряет старение.

3.3 Внешние причины

• Кислород и озон:
  Кислород является основным фактором старения, способствуя разрыву цепи и повторному перекрестному сшиванию. Озон еще более реактивен; он образует озониды на двойных связях, которые разлагаются и разрывают полимерные цепи. Уплотнение напрямую подвергается воздействию воздуха, и следовые количества кислорода и озона растворяются в масле, ускоряя старение резины.

• Тепло:
  Тепло ускоряет окисление — обычно повышение температуры на 10°C удваивает скорость окисления. Оно также ускоряет реакции между резиной и добавками или вызывает испарение летучих компонентов, ухудшая производительность и сокращая срок службы.

• Механическая усталость:
  Под постоянным напряжением (сжатие, скручивание) резина подвергается механическому окислению, ускоряемому теплом. Со временем эластичность уменьшается — это механическое старение усталости.

Старение резинового уплотнения приводит к неисправности уплотнения, потере герметичности и, в конечном итоге, к утечке масла.

3.4 Недостаточное начальное сжатие уплотнения

Резиновые уплотнения зависят от деформации сжатия при установке, чтобы плотно прилегать к уплотняющим поверхностям и блокировать пути утечки. Недостаточное начальное сжатие может привести к утечкам. Это может произойти из-за:

• Проблемы дизайна: слишком малый сечение уплотнения или слишком большой паз;

• Проблемы установки: неправильное затягивание крышки (большинство реле полагаются на ощущение, что делает точный контроль трудным).
  Кроме того, у резины коэффициент сжатия при низких температурах в десять раз выше, чем у металла. При низких температурах уплотнение сжимается и затвердевает, что еще больше уменьшает сжатие.

3. Чрезмерная степень сжатия

Хотя сжатие необходимо для герметизации, чрезмерное сжатие вредно. Оно может привести к постоянной деформации при установке или создать высокое напряжение Мизеса, приводящее к разрушению материала и сокращению срока службы. Снова, ручное затягивание часто приводит к чрезмерному сжатию.

4. Поверхностные дефекты на уплотняющих поверхностях

Царапины, заусенцы, низкая шероховатость поверхности или неправильная текстура обработки на уплотняющих поверхностях могут создавать пути утечки.

5. Влияние температуры

При высоких температурах резина смягчается и расширяется, что может привести к выдавливанию и нарушению герметичности. При низких температурах сжатие и затвердевание также могут вызвать утечки.

6. Неправильный выбор твердости

Если резиновое уплотнение слишком мягкое или слишком твердое, оно может не обеспечивать правильной герметизации.

7. Грубая установка

Небрежная установка может повредить уплотнение. Например, острые кромки или заусенцы могут поцарапать уплотнительное кольцо, создавая невидимые дефекты, которые приводят к неисправности уплотнения и утечке масла.Кроме того, трещины в стекле также могут вызвать утечку масла.

Причины включают:
А) Неравномерное напряжение при установке, усугубляемое резкими изменениями температуры или давления;
Б) Тепловые удары, вызывающие трещины в самом стекле. Трещины создают пути утечки, что приводит к потере масла.

Заключение

В электрооборудовании с SF6 гексафторид серы (SF6) служит основным изоляционным и дугогасящим средством. Его диэлектрическая прочность и способность прерывать дугу зависят непосредственно от плотности газа — чем выше плотность, тем лучше производительность. Однако из-за проблем, связанных с производством, эксплуатацией или обслуживанием, утечка газа неизбежна. Падение плотности приводит к двум основным рискам: снижению диэлектрической прочности и уменьшению прерывательной способности выключателя. Поэтому мониторинг плотности газа SF6 крайне важен для безопасной и надежной работы. Обычно это достигается с помощью реле плотности SF6, которые предоставляют двухступенчатые предупреждения — сигналы тревоги и блокировки — при снижении плотности, что позволяет своевременно вмешаться.

Таким образом, реле плотности SF6 на месте должны быть надежными. На основе вышеуказанного анализа мы заключаем:

• Реле плотности, демонстрирующие утечку масла, должны быть немедленно отслежены и заменены.

• Новые установленные реле предпочтительно должны быть бесмасляными типами с улучшенной вибростойкостью или усовершенствованными газонепроницаемыми конструкциями.