Els interruptors de corrent d'alta tensió SF₆ són el més utilitzat en les subestacions. La inspecció i manteniment regulars d'aquests són crucials per assegurar l'operació estable del sistema elèctric. No obstant això, en el camp del manteniment de subestacions, especialment durant el manteniment dels interruptors de corrent d'alta tensió SF₆, hi ha nombrosos punts perillosos (com la intoxicació, electrocussió, etc.), que amenaçen gravement la seguretat personal dels treballadors. Basant-nos en això, aquest article analitza des de la perspectiva de la localització i les tecnologies de control de seguretat, amb l'objectiu d'augmentar la seguretat de les operacions de manteniment de subestacions i reduir la taxa d'accidents.
1 Anàlisi dels principis de funcionament i característiques
1.1 Propietats físiques i químiques del gas SF₆
La molècula de SF₆ està formada per un àtom de sofre i sis àtoms de flúor, amb un pes atòmic de 146,06, 5,135 vegades més pesant que l'aire. A baix de 150°C, el gas SF₆ presenta una bona inertesa química i no reacciona químicament amb els metalls comuns, plàstics i altres materials en els interruptors. Per tant, es considera un gas incolor, sense olor, no tòxic i transparent, no combustible, que és generalment difícil de descompondre (no soluble en oli de transformador i escasament soluble en aigua). No obstant això, a través de les operacions d'obertura i tancament dels interruptors, el gas SF₆ experimenta una descomposició parcial sota l'acció de descàrregues i arcs, formant productes de descomposició en forma gaseosa o pulverulenta, com fluorures metàl·lics, SOF₂, SO₂F₄, etc., que són extremadament nocius per al cos humà. Entre ells, el gas SF₆ es descompon i dissociu sota l'acció d'arcs (molècules amb una estructura poliatòmica es descomponen en àtoms individuals o gases de partícules carregades), i els canvis interns augmenten la seva conductivitat tèrmica i elèctrica.
1.2 Principi de funcionament dels interruptors de corrent d'alta tensió SF₆
L'interruptor de corrent SF₆ està compost per tres unitats de aïllants de porcellana verticals, cada una amb una cambra d'extinció d'arc per sotragada de gas. Aquest disseny fa que l'interruptor sigui compacte, mentre té bones propietats d'aïllament i extinció d'arc. La cambra d'extinció d'arc per sotragada de gas és el component central de l'interruptor de corrent d'alta tensió SF₆, i s'ompli de gas SF₆ a través de tubs connectats a les tres cambres d'extinció d'arc. Quan l'interruptor s'obre, el contacte controlable es separa del contacte fix, generant un arc. En aquest moment, el gas SF₆ de la cambra d'extinció d'arc sotra ràpidament cap a l'arc a través dels tubs, utilitzant les propietats d'aïllament i extinció d'arc del gas per extingir ràpidament l'arc. A més, la mecànica de molla i el seu equipament de control d'una sola cistella són components clau per a impulsar i controlar el moviment dels contactes de l'interruptor de corrent d'alta tensió SF₆. Normalment, està compost per muelles, varilles, mecanismes de transmissió, microprocessadors o controladors lògics programables. Quan l'interruptor necessita obrir-se o tancar-se, l'equipament de control emet una instrucció per fer que la mecànica de molla actui i impulsi el contacte mòbil a moure's en conseqüència.
1.3 Característiques de rendiment dels interruptors de corrent d'alta tensió SF₆
En comparació amb l'aire i l'oli de transformador, el gas SF₆ té les característiques d'una forta resistència a l'aïllament, excel·lent rendiment d'extinció d'arc i petit volum, i té amplies perspectives d'aplicació en el camp de l'alta tensió.
- Efecte de bloqueig: Exploita plenament l'efecte de sotragada de l'arc del flux de gas. La cambra d'extinció d'arc és petita, simple en estructura, gran en corrent de ruptura, curta en temps d'arc, no té reinici en la ruptura de corrent capacitiva o inductiva, i té baixa sobretensió.
- Longa vida útil elèctrica: Pot interrompre 19 vegades de manera contínua a ple capacitat de 50kA, amb una corrent de ruptura acumulada de 4200kA, un cicle de manteniment llarg, i és adequat per a escenaris de funcionament freqüent.
- Alta resistència a l'aïllament: El gas SF₆ pot superar diverses proves d'aïllament amb un ample marge a 0,3MPa. Quan la corrent de ruptura acumulada arriba a 3000kA, cada punt de ruptura pot suportar una tensió de freqüència industrial de 250kV en menys d'un minut a 0,3MPa, i encara pot suportar una tensió de freqüència industrial de 166,4kV quan la pressió del gas SF₆ es redueix a zero.
- Bon rendiment de precint: El contingut d'aigua del gas SF₆ és relativament baix. La cambra d'extinció d'arc, resistors i suports es poden dividir en compartiments de gas independents per evitar que la suciedad i l'humitat entren a l'interior de l'interruptor.
- Baixa potència d'operació i amortiguació suau: La relació de transmissió entre el cilindre de treball del mecanisme i el contacte d'extinció d'arc és de 1:1, i el mecanisme té característiques estables. La estabilitat de les característiques del mecanisme pot assolir 3000 vegades (10000 vegades en l'entorn de prova), i el soroll d'operació és inferior a 90dB.
2 Anàlisi dels punts perillosos en els llocs de manteniment de subestacions
2.1 Tipus i característiques dels punts perillosos
Els punts perillosos en els llocs de manteniment de subestacions inclouen principalment quatre tipus: perillosos elèctrics, perillosos mecànics, perillosos químics i factors ambientals. Aquests punts perillosos poden amenaçar directament o indirectament la seguretat personal del personal de manteniment.
- Perillosos elèctrics: Provocats per danys a l'aïllament de l'equipament o errors d'operació, manifestats principalment com a alta tensió i arcs. Ja que l'interruptor porta alta tensió durant la seva operació i té efectes capacitius i inductius, encara poden existir càrregues residuals fins i tot quan està en estat de circuit obert, provocant ferides per electrocussió. Els arcs poden generar temperatures altes i causar incendis.
- Perillosos mecànics: Els perillosos provenen principalment dels components mecànics de l'equipament. Si no s'operen i mantenen correctament, es pot quedar enganxat o colpejat pels components rotatius o mòbils.
- Perillosos químics: El gas SF₆ és estable a temperatura ambiente, però comença a descompondre's sota l'acció d'arcs, corona, etc. Inhalar el gas generat pot causar vertigen, edema pulmonar, o fins i tot la mort.
- Perillosos ambientals: Realitzar el manteniment en condicions meteorològiques com tempestes de trons i vents forts no només incrementa la dificultat del treball de manteniment, sinó que també porta riscos no controlables al personal de manteniment. A més, problemes com la ventilació deficiente i l'espai reduït en l'entorn de manteniment també poden incrementar el perill de manteniment in situ.
2.2 Anàlisi de les causes dels punts perillosos
Les causes dels punts perillosos en els llocs de manteniment de subestacions inclouen factors relacionats amb l'equipament, humans i ambientals. Amb l'increment del nombre d'operacions de manteniment, augmenta el grau d'ús i desgast de l'equipament, conduint a una disminució del rendiment elèctric i un major risc d'accidents.
Degut a la qualitat irregular del personal de manteniment, alguns d'ells no tenen una comprensió suficient de l'estructura i els principis de funcionament de l'equipament, i poden ser negligents en les operacions reals. Per exemple, a causa de la falta de vigilància suficient, el personal pot tocar accidentalment parts enceses o utilitzar eines de manera inadequada, el que pot desencadenar directament accidents de seguretat.
Per als interruptors de corrent SF₆, els perillosos provienen principalment de les seves propietats químiques. Les substàncies tòxiques generades en condicions específiques són propenses a acumular-se a l'interior degut a les limitacions ambientals, incrementant així el nivell de perill.
3 Localització de punts perillosos i tecnologies de control de seguretat
3.1 Mètodes de localització de punts perillosos
- Tecnologia de sensor òptic: La tecnologia de sensor òptic té excel·lents propietats d'aïllament i resistència a la interferència electromagnètica. Pots monitorar eficientment la salut estructural i els paràmetres elèctrics dels interruptors de corrent SF₆, recopilar i analitzar dades en temps real, i detectar prontament possibles fallades i perillosos de seguretat.
- Xarxa de sensors sense fil: Una xarxa de sensors sense fil està compost per un gran nombre de nodes de sensor. El seu objectiu principal és monitorar en temps real els paràmetres ambientals, l'estat de l'equipament i la informació de localització del personal de manteniment. La xarxa té les característiques d'autoorganització, adaptació automàtica i resistència a la interferència, i pot adaptar-se a les condicions ambientals complexes i variables in situ, permetent el monitoratge i la localització en temps real dels punts perillosos.
- Tecnologia de visió per màquina i termografia infraroja: La tecnologia de visió per màquina pot identificar i localitzar punts perillosos potencials, com cables exposats i equips daurats, capturant i analitzant imatges in situ; mentre que la termografia infraroja pot monitorar la distribució de temperatura de l'equipament en temps real i localitzar amb precisió punts de falla i punts de risc potencial.
3.2 Model de predicció de punts perillosos basat en l'anàlisi de dades
Actualment, la intel·ligència, la digitalització, l'automatització i la integració són les tendències principals de la xarxa elèctrica de la Xina, i l'aplicació de les tecnologies d'intel·ligència artificial i grans dades ha accelerat aquest procés de desenvolupament. Durant el manteniment dels interruptors de corrent SF₆, es crea un model de predicció de punts perillosos basat en l'anàlisi de dades, que inclou principalment quatre passos: recopilació de dades, preprocesament de dades, enginyeria de funcions i entrenament del model.
- Recopilació de dades: Obtinguda a través de diversos sensors, registres d'operació de l'equipament de monitorització, etc. Per millorar la precisió del model, s'haurien de recopilar la major quantitat possible de dades comprehensives.
- Preprocesament de dades: Preprocesar les dades originals (detecció i processament d'outliers, transformació de dades, etc.) per millorar la qualitat de les dades i posar les bases per a l'enginyeria de funcions i l'entrenament del model posterior.
- Enginyeria de funcions: Un cop completat el preprocesament, cal seleccionar les funcions útils per a la predicció de punts perillosos a partir d'una gran quantitat de dades. Aquestes funcions haurien de tenir una bona capacitat de discriminació i predicció per millorar la precisió del model.
- Entrenament del model: SVM (Support Vector Machine) és un mètode d'anàlisi de classificació i regressió comunament utilitzat. Separa les dades de diferents categories trobant l'hiperplà òptim, maximitzant l'interval de classificació entre les dues tipus de dades.
3.3 Estratègies de tecnologies de control de seguretat
Per millorar la precisió i la practicitat de les tecnologies de localització, s'haurien d'utilitzar tecnologies de grans dades i intel·ligència artificial, i s'haurien d'aplicar algoritmes d'aprenentatge automàtic per identificar i preveure intel·ligentment els punts perillosos en els llocs de manteniment de subestacions, proporcionant informació de localització més precisa al personal de manteniment i reduint el risc d'accidents. En els llocs de manteniment de subestacions, s'haurien de fusionar les dades de diversos sensors per millorar la precisió de la localització i la precisió del model. L'aplicació de la tecnologia de realitat augmentada (AR), que integra informació virtual amb el món real, pot permetre al personal de manteniment comprendre millor l'estructura de l'equipament i així solucionar el problema d'errors operatius. Les parts interessades haurien de fortalecer la gestió del treball de manteniment in situ i seguir estrictament els procediments d'operació per al manteniment (vegeu Figura 1). Alhora, es desenvoluparan dispositius portàtils intel·ligents per al personal de manteniment per obtenir informació de localització en temps real i monitorar-los en temps real per assegurar la seguretat.
4 Conclusió
En els llocs de manteniment de subestacions, la identificació i localització precisa dels punts perillosos és la clau per assegurar la seguretat dels llocs de manteniment dels interruptors de corrent SF₆. A través d'una investigació en profunditat dels principis de funcionament i les característiques dels interruptors de corrent SF₆, s'ha constatat que els factors químics són els punts perillosos no negligibles durant el seu procés de manteniment. Per afrontar eficientment els riscos, s'haurien d'utilitzar noves tecnologies, nous conceptes i nous mètodes per a la prevenció preincident, preveure els riscos potencials amb antelació i proporcionar informació d'avís precoç al personal de manteniment per assegurar el bon desenvolupament de les operacions de manteniment.
