دارات الفولتية العالية لقواطع الدائرة SF₆ هي الأكثر استخدامًا في المحولات الكهربائية. التفتيش والصيانة المنتظمين لها أمر حيوي لضمان التشغيل المستقر لنظام الطاقة. ومع ذلك، في مجال صيانة المحولات الكهربائية، خاصة أثناء صيانة دارات الفولتية العالية لقواطع الدائرة SF₆، هناك العديد من النقاط الخطرة (مثل التسمم الصعق الكهربائي، إلخ) التي تهدد بشكل خطير سلامة العمال الشخصية. بناءً على ذلك، يقوم هذا البحث بتحليل من منظور المواقع والتكنولوجيات السيطرة على السلامة، بهدف تحسين سلامة عمليات صيانة المحولات الكهربائية وتقليل معدل الحوادث.
1 تحليل مبادئ العمل والمميزات
1.1 الخصائص الفيزيائية والكيميائية للغاز SF₆
يتكون جزيء SF₆ من ذرة كبريت واحدة وست ذرات فلور، مع وزن ذري يبلغ 146.06، وهو أثقل بـ 5.135 مرة من الهواء. تحت درجة حرارة 150 درجة مئوية، يظهر غاز SF₆ خصائص كيميائية غير نشطة جيدة ولا يتفاعل كيميائيًا مع المعادن الشائعة والبلاستيك وغيرها من المواد الموجودة في قواطع الدائرة. لذلك، يعتبر غازًا عديم اللون والرائحة وغير سام وشفاف وغير قابل للاحتراق، ويصعب عمومًا تحليله (غير قابل للذوبان في زيت المحولات وقابل للذوبان قليلًا في الماء). ومع ذلك، من خلال عمليات فتح وإغلاق المقابس، يحدث تحلل جزئي لغاز SF₆ تحت تأثير التفريغ والقوس الكهربائي، مما يشكل منتجات تحلل في شكل غازي أو مسحوق، مثل الفلوريدات المعدنية، SOF₂، SO₂F₄، وغيرها، والتي تكون ضارة للغاية للجسم البشري. من بينها، يتم تحلل وتفكيك غاز SF₆ تحت تأثير القوس الكهربائي (جزيئات متعددة الذرات تتفكك إلى ذرات فردية أو غازات الجسيمات المشحونة)، وتزيد التغييرات الداخلية من قدرتهما الحرارية والكهربائية.
1.2 مبدأ عمل قاطع الدائرة ذو الفولتية العالية SF₆
يتكون قاطع الدائرة SF₆ من ثلاث وحدات عازلة رأسية من السيراميك، كل منها بمجرد غرفة إخماد القوس بالغاز. هذه التصميم يجعل قاطع الدائرة مدمجًا، بينما يتمتع بأداء عازل وإخماد قوس جيد. تعتبر غرفة إخماد القوس بالغاز المكون الرئيسي لقاطع الدائرة ذو الفولتية العالية SF₆، وهي مليئة بغاز SF₆ عبر أنابيب متصلة بثلاث غرف لإخماد القوس. عند فتح قاطع الدائرة، يفصل الاتصال القابل للتحكم عن الاتصال الثابت، مما يؤدي إلى تكوين قوس. في هذه الأثناء، ينفث غاز SF₆ الموجود في غرفة إخماد القوس بسرعة نحو القوس عبر الأنابيب، مستخدمًا خصائص العزل والإخماد للغاز لتبريد القوس بسرعة. بالإضافة إلى ذلك، تعد آليات التشغيل ذات الربيع ومعداتها التحكمية ذات الصندوق الواحد مكونات رئيسية لقيادة وتحكم في حركة الاتصالات لقاطع الدائرة ذو الفولتية العالية SF₆. عادة ما تتكون من ربيع وقضبان اتصال وآليات نقل ومعالجات دقيقة أو مراقبات منطقية قابلة للبرمجة. عندما يحتاج قاطع الدائرة إلى فتح أو إغلاق، تقوم معدات التحكم بإصدار تعليمات لجعل آليات التشغيل ذات الربيع تعمل وتدفع الاتصال المتحرك للتحرك وفقًا لذلك.
1.3 خصائص الأداء لقاطع الدائرة ذو الفولتية العالية SF₆
مقارنة بالهواء وزيت المحولات، يمتلك غاز SF₆ خصائص قوة عزل عالية وأداء إخماد قوس ممتاز وحجم صغير، ولديه آفاق تطبيق واسعة في مجال الطاقة ذو الفولتية العالية.
- تأثير الإعاقة: يتم استغلال تأثير النفخ للغاز بشكل كامل. غرفة إخماد القوس صغيرة الحجم وبسيطة في التصميم، كبيرة في تيار القطع، قصيرة في وقت القوس، لا يوجد إعادة تشغيل عند قطع التيار السعوي أو التيار الاستقرائي، ولديها فولتية زائدة منخفضة.
- عمر كهربائي طويل: يمكنه قطع 19 مرة بشكل متواصل بقدرة كاملة تبلغ 50kA، مع تيار قطع تراكمي يبلغ 4200kA، دورة صيانة طويلة، ومناسب لسيناريوهات التشغيل المتكرر.
- قوة عزل عالية: يمكن لغاز SF₆ أن يمر بجميع اختبارات العزل بهامش كبير تحت 0.3MPa. بعد أن يصل التيار التراكمي للقطع إلى 3000kA، يمكن لكل نقطة قطع تحمل فولتية تيار التردد الكهربائي 250kV لمدة دقيقة واحدة تحت 0.3MPa، ويمكنه أيضًا تحمل فولتية تيار التردد الكهربائي 166.4kV عندما تنخفض ضغط غاز SF₆ إلى الصفر.
- أداء ختم جيد: نسبة الماء في غاز SF₆ منخفضة نسبيًا. يمكن تقسيم غرفة إخماد القوس والمقاومات والأعمدة إلى حجرات غاز مستقلة لمنع دخول الأوساخ والرطوبة إلى داخل قاطع الدائرة.
- طاقة تشغيل صغيرة وترطيب سلس: نسبة النقل بين أسطوانة العمل للآلية واتصال إخماد القوس هي 1:1، وللآلية خصائص ثابتة. يمكن أن تصل استقرار خصائص الآلية إلى 3000 مرة (10000 مرة في بيئة الاختبار)، وأن يكون الضوضاء التشغيلية أقل من 90dB.
2 تحليل النقاط الخطرة في مواقع صيانة المحولات الكهربائية
2.1 أنواع وخصائص النقاط الخطرة
تشمل النقاط الخطرة في مواقع صيانة المحولات الكهربائية بشكل أساسي أربع أنواع: المخاطر الكهربائية، المخاطر الميكانيكية، المخاطر الكيميائية، والعوامل البيئية. قد تشكل هذه النقاط الخطرة تهديدًا مباشرًا أو غير مباشر للسلامة الشخصية للعمال الفنيين.
- المخاطر الكهربائية: تسبب بسبب تلف عازل المعدات أو الأخطاء التشغيلية، وتظهر بشكل أساسي كجهد عالي وأقواس كهربائية. بما أن قاطع الدائرة يحمل جهدًا عاليًا أثناء التشغيل ولديه تأثيرات سعوية واستقرائية، فقد يظل هناك شحنات متبقية حتى عندما يكون في حالة فتح الدائرة، مما يؤدي إلى إصابات بالصعق الكهربائي. قد تنتج الأقواس الكهربائية حرارة عالية وتسبب الحرائق.
- المخاطر الميكانيكية: تأتي المخاطر بشكل أساسي من المكونات الميكانيكية للمعدات. إذا لم يتم تشغيلها وصيانتها بشكل صحيح، فقد يتعرض المرء للضغط أو الضرب من قبل الأجزاء الدوارة أو المتحركة.
- المخاطر الكيميائية: غاز SF₆ مستقر في درجة حرارة الغرفة، ولكنه يبدأ في التحلل تحت تأثير الأقواس الكهربائية والهالة الكرونية، إلخ. استنشاق الغاز الناتج قد يؤدي إلى الدوار والوذمة الرئوية وحتى الموت.
- المخاطر البيئية: القيام بصيانة في ظروف جوية مثل العواصف الرعدية والرياح القوية لا يزيد فقط من صعوبة أعمال الصيانة ولكن أيضًا يجلب مخاطر غير مسيطر عليها للعمال الفنيين. بالإضافة إلى ذلك، مشاكل مثل التهوية السيئة والمساحة الصغيرة في بيئة الصيانة قد تزيد أيضًا من خطر الصيانة على الأرض.
2.2 تحليل أسباب النقاط الخطرة
تشمل أسباب النقاط الخطرة في مواقع صيانة المحولات الكهربائية بشكل أساسي العوامل المتعلقة بالمعدات، والعوامل البشرية، والعوامل البيئية. مع زيادة عدد عمليات الصيانة، تزداد درجة التآكل للمعدات، مما يؤدي إلى انخفاض في الأداء الكهربائي وزيادة خطر الحوادث.
بسبب عدم تجانس جودة العمال الفنيين، فإن بعضهم يفتقر إلى فهم كافٍ لهيكل المعدات ومبدأ العمل، وقد يكون متكبر أثناء العمليات الفعلية. على سبيل المثال، بسبب نقص الوعي الكافي، قد يلمس العمال الأجزاء الحية بالخطأ أو يستخدمون الأدوات بشكل غير صحيح، مما قد يؤدي مباشرة إلى حوادث سلامة.
بالنسبة لقواطع الدائرة SF₆، تنشأ المخاطر بشكل أساسي من خصائصها الكيميائية. المواد السامة التي تنتج في ظروف معينة من المرجح أن تتراكم داخل المبنى بسبب القيود البيئية، مما يزيد من مستوى الخطر.
3 طرق تحديد النقاط الخطرة وتكنولوجيا السيطرة على السلامة
3.1 طرق تحديد النقاط الخطرة
- تكنولوجيا الاستشعار بالألياف البصرية: تتميز تكنولوجيا الاستشعار بالألياف البصرية بأداء عازل ممتاز وقدرة مقاومة للإزعاج الكهرومغناطيسي. يمكنها مراقبة صحة الهيكل والأداء الكهربائي لقواطع الدائرة SF₆ بكفاءة، وجمع وتحليل البيانات في الوقت الحقيقي، وكشف الأعطال والمخاطر المحتملة بشكل فوري.
- شبكة الاستشعار اللاسلكية: تتكون شبكة الاستشعار اللاسلكية من عدد كبير من نقاط الاستشعار. الهدف الرئيسي هو مراقبة معلمات البيئة والحالة المعدات ومعلومات موقع العمال الفنيين في الوقت الحقيقي. تتميز الشبكة بالتنظيم الذاتي والتكيف الذاتي والمقاومة للإزعاج، ويمكنها التكيف مع الظروف البيئية المعقدة والمتنوعة على الأرض، لتحقيق المراقبة والتحديد الفعليين للنقاط الخطرة.
- تكنولوجيا الرؤية الآلية والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء: يمكن لتقنية الرؤية الآلية تحديد وموقع النقاط الخطرة المحتملة، مثل الأسلاك المكشوفة والمعدات التالفة، من خلال التقاط وتحليل الصور على الأرض. بينما يمكن لتقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء مراقبة توزيع درجات الحرارة للمعدات في الوقت الحقيقي وتحديد نقاط الأعطال والمخاطر المحتملة بدقة.
3.2 نموذج التنبؤ بالنقط الخطرة بناءً على تحليل البيانات
في الوقت الحالي، تعتبر الذكاء الصناعي والرقمية والautomationوالتكامل هي الاتجاهات الرئيسية لشبكة الكهرباء الصينية، وتسريع تطور هذه العملية من خلال تطبيق تكنولوجيا الذكاء الصناعي والبيانات الكبيرة. أثناء صيانة قواطع الدائرة SF₆، يتم إنشاء نموذج تنبؤ بالنقط الخطرة بناءً على تحليل البيانات، والذي يشمل بشكل أساسي أربعة خطوات: جمع البيانات، معالجة البيانات الأولية، هندسة الخصائص، وتدريب النموذج.
- جمع البيانات: يتم الحصول عليها من خلال مجموعة متنوعة من الأجهزة الاستشعار وسجلات تشغيل معدات المراقبة، إلخ. لتحسين دقة النموذج، يجب جمع كمية كبيرة من البيانات الشاملة قدر الإمكان.
- معالجة البيانات الأولية: معالجة البيانات الأولية (كشف ومعالجة القيم الشاذة، تحويل البيانات، إلخ) لتحسين جودة البيانات ووضع الأساس لعملية هندسة الخصائص وتدريب النموذج اللاحق.
- هندسة الخصائص: بعد الانتهاء من معالجة البيانات الأولية، يجب اختيار الخصائص المفيدة للتنبؤ بالنقط الخطرة من كمية كبيرة من البيانات. يجب أن تتمتع هذه الخصائص بقدرة تمييز وتنبؤ جيدة لتحسين دقة النموذج.
- تدريب النموذج: SVM (آلة المتجهات الداعمة) هو طريقة تحليل تصنيف وانحدار شائعة. يفصل البيانات المختلفة عن طريق العثور على المستوى الأمثل، مما يزيد من الفاصل الزمني بين نوعين من البيانات.
3.3 استراتيجيات تكنولوجيا السيطرة على السلامة
للتحسين من دقة وفعالية تقنيات الموقع، يجب استخدام تكنولوجيا البيانات الكبيرة والذكاء الصناعي، وتطبيق خوارزميات التعلم الآلي لتحديد وتوقع النقاط الخطرة في مواقع صيانة المحولات الكهربائية بشكل ذكي، مما يوفر معلومات أكثر دقة حول المواقع للعمال الفنيين ويخفض خطر الحوادث. في مواقع صيانة المحولات الكهربائية، يجب دمج بيانات من مجموعة متنوعة من الأجهزة الاستشعار لتحسين دقة الموقع ودقة النموذج. يمكن استخدام تقنية الواقع المعزز (AR)، والتي تدمج المعلومات الافتراضية مع العالم الحقيقي، لتمكين العمال الفنيين من فهم هيكل المعدات بشكل أفضل وبالتالي حل مشكلة الأخطاء التشغيلية. يجب على الأطراف المعنية تعزيز إدارة الأعمال الصيانة على الأرض واتباع إجراءات التشغيل الصيانة بدقة (انظر الشكل 1). في نفس الوقت، تطوير أجهزة قابلة للارتداء ذكية للعمال الفنيين للحصول على معلومات موقعهم في الوقت الحقيقي ومراقبتهم في الوقت الحقيقي لضمان السلامة.
4 الخاتمة
في مواقع صيانة المحولات الكهربائية، تحديد وموقع النقاط الخطرة بدقة هو المفتاح لضمان سلامة مواقع صيانة قواطع الدائرة SF₆. من خلال البحث العميق في مبادئ العمل والمميزات لقواطع الدائرة SF₆، تبين أن العوامل الكيميائية هي النقاط الخطرة الرئيسية غير القابلة للتجاهل أثناء عملية الصيانة. للتعامل بشكل فعال مع المخاطر، يجب استخدام تقنيات ومفاهيم وطرق جديدة للوقاية قبل حدوث الحدث، التنبؤ بالمخاطر المحتملة مسبقًا، وتوفير معلومات الإنذار المبكر للعمال الفنيين لضمان تقدم أعمال الصيانة بشكل سلس.
