Højspændings SF₆ brydere er den mest udbredte type afbryder i understationer. Regelmæssig inspektion og vedligeholdelse af dem er afgørende for at sikre stabil drift af strømsystemet. Imidlertid inden for understationsvedligeholdelse, især under vedligeholdelse af højspændings SF₆ brydere, findes der mange farepunkter (som forgiftning, elektriske stød osv.), som alvorligt truer arbejdstagernes personlige sikkerhed. På baggrund heraf analyserer denne artikel fra perspektivet på placering og sikkerhedsstyringsteknologier, med det mål at forbedre sikkerheden ved understationsvedligeholdelse og reducere ulykkestallet.
1 Analyse af arbejdsmåder og egenskaber
1.1 Fysiske og kemiske egenskaber af SF₆ gas
SF₆-molekylet består af et svovlatom og seks fluoratomer, med en atommasse på 146,06, 5,135 gange tungere end luft. Under 150°C viser SF₆-gas god kemisk inertitet og reagerer ikke kemisk med almindelige metaller, plastik og andre materialer i bryderne. Derfor anses den for at være en farve-, lugt- og giftfri, transparent, ikke-brændbar gas, som generelt er svær at opdele (uopløselig i transformerolie og sparsomt opløselig i vand). Dog under åbning og lukning af brydere, udsættes SF₆-gas for delvis opdeling under virkningen af udladninger og buer, hvilket former opdelingsprodukter i gasform eller pulverform, som metalfluorider, SOF₂, SO₂F₄ osv., som er yderst skadelige for mennesket. Herunder dekomponerer og dissocierer SF₆-gas under virkningen af buer (molekyler med polyatomisk struktur dekomponerer til enkelte atomer eller ladet partikelgas), og de interne forandringer øger dens termiske og elektriske ledeevne.
1.2 Arbejdsmåde for højspændings SF₆ brydere
SF₆-bryderen består af tre lodrette porcelænsisolatorenheder, hver med en gasblæsende bueudslukningskammer. Denne design gør bryderen kompakt, samtidig med at den har gode isolerende og bueudslukningsydelser. Gasblæsende bueudslukningskammeret er kernen i højspændings SF₆-bryderen, og det fyldes med SF₆-gas gennem rør, der forbinder de tre bueudslukningskamre. Når bryderen åbnes, adskiller den kontrollerbare kontakt sig fra den faste kontakt, hvilket skaber en bue. I dette øjeblik blæses SF₆-gas hurtigt mod buen gennem rør, hvorved gasens isolerende og bueudslukningsydelser hurtigt udslukker buen. Desuden er fjederdrivmekanismen og dens enkassekontroludstyr nøglekomponenter for at drev og kontrollere bevægelsen af kontaktene i højspændings SF₆-bryderen. Den består normalt af fjedre, led, overførselsmekanismer, mikroprocessorer eller programmerbare logikkontroller. Når bryderen skal åbnes eller lukkes, udsteder kontroludstyret en instruktion, så fjederdrivmekanismen handler og drev den flyttelige kontakt tilsvarende.
1.3 Ydreegenskaber for højspændings SF₆ brydere
I sammenligning med luft og transformerolie har SF₆-gas egenskaber som høj isolationsstyrke, fremragende bueudslukningsydelser og lille volumen, og har bred anvendelsesmulighed i højspændingsstrømfeltet.
- Blokeringseffekt: Det giver fuld udnyttelse af gasstrømmens bueudslukningsvirksomhed. Bueudslukningskammeret er lille, simpel konstruktion, stor brydestrøm, kort buevarighed, ingen genoplysning ved kapacitiv eller induktiv strøm, og lav overvoltage.
- Længere elektrisk levetid: Det kan konstant bryde 19 gange ved fuld kapacitet på 50kA, med en akkumuleret brydestrøm på 4200kA, lang vedligeholdelsescyklus, og egnethed til ofte-opererede scenarier.
- Høj isolationsstyrke: SF₆-gas kan passere forskellige isolationsprøver med en stor margen ved 0,3MPa. Efter at den akkumulerede brydestrøm når 3000kA, kan hvert brydepunkt udmærket klare en netfrekvensspænding på 250kV i 1 minut ved 0,3MPa, og kan stadig klare en netfrekvensspænding på 166,4kV, når SF₆-gasspændingen reduceres til nul manometrisk spænding.
- God tætningsydelser: Vannindholdet i SF₆-gas er relativt lavt. Bueudslukningskammeret, resistorer og støtter kan opdeles i uafhængige gaskammere for at forhindre, at smuds og fugt trænger ind i bryderens indre.
- Lille driftsstrøm og jævn dampning: Overførselsforholdet mellem mekanismens arbejdscylinder og bueudslukningskontakten er 1∶1, og mekanismen har stabile egenskaber. Stabiliteten af mekanismens egenskaber kan nå 3000 gange (10000 gange i testmiljø), og driftslyden er mindre end 90dB.
2 Analyse af farepunkter på understationsvedligeholdelsessteder
2.1 Typer og egenskaber af farepunkter
Farepunkter på understationsvedligeholdelsessteder omfatter hovedsagelig fire typer: elektriske farer, mekaniske farer, kemiske farer og miljøfaktorer. Disse farepunkter kan direkte eller indirekte truede vedligeholdelsespersonales personlige sikkerhed.
- Elektriske farer: Forårsaget af skade på udstyrisolering eller operativ fejl, primært manifestere sig som høj spænding og buer. Da bryderen bærer høj spænding under drift og har kapacitive og induktive effekter, kan restladning stadig eksistere, selv når den er i åben-circuit tilstand, hvilket kan føre til elektriske stød. Buer kan producere høje temperaturer og forårsage brand.
- Mekaniske farer: Farerne kommer hovedsagelig fra udstyrets mekaniske komponenter. Hvis de ikke opereres og vedligeholdes korrekt, kan man blive knyttet eller ramt af roterende eller bevægelige dele.
- Kemiske farer: SF₆-gas er stabil ved rumtemperatur, men begynder at dekomponere under virkningen af buer, koroner osv. Indånding af den dannede gas kan forårsage svimmelhed, lunget svulst eller endda død.
- Miljøfarer: Vedligeholdelse udført under vejrforhold som torden og stærk vind øger ikke kun vanskeligheden af vedligeholdelsesarbejdet, men bringer også ukontrollerede risici til vedligeholdelsespersonale. Desuden kan problemer som dårlig ventilering og lille plads i vedligeholdelsesmiljøet også øge farerne ved stedlig vedligeholdelse.
2.2 Analyse af årsager til farepunkter
Årsagerne til farepunkter på understationsvedligeholdelsessteder omfatter hovedsagelig udstyrrelaterede, menneskerelaterede og miljøfaktorer. Med øget antal vedligeholdelsesoperationer øges graden af udstyrsslid, hvilket fører til en nedgang i elektriske ydelser og højere ulykkerisiko.
På grund af ulige kvalitet af vedligeholdelsespersonale mangler nogle af dem tilstrækkelig forståelse for udstyrets struktur og arbejdsmåde, og kan være negligenste under faktiske operationer. For eksempel, på grund af mangel på tilstrækkelig opmærksomhed, kan personale uheldigvis berøre live dele eller bruge værktøjer upassende, hvilket kan direkte udløse sikkerhedsulykker.
For SF₆-brydere kommer farerne hovedsagelig fra deres kemiske egenskaber. Gifte stoffer, der dannes under specifikke betingelser, er sandsynlige at akkumulere sig indendørs på grund af miljøbegrænsninger, hvilket yderligere øger farerisikoen.
3 Lokalisering af farepunkter og sikkerhedsstyringsteknologier
3.1 Metoder til lokalisering af farepunkter
- Fiberoptisk sensor teknologi: Fiberoptisk sensor teknologi har fremragende isolationsydelser og anti-elektromagnetisk støjfrihed. Den kan effektivt overvåge SF₆-bryderes strukturelle sundhed og elektriske parametre, samle og analysere data i realtid, og hurtigt opdage potentielle fejl og sikkerhedsrisici.
- Trådløs sensornetværk: En trådløs sensornetværk består af et stort antal sensornoder. Dens hovedformål er at overvåge miljøparametre, udstyrstatus og vedligeholdelsespersonales placering i realtid. Netværket har egenskaber som selvorganisation, selvtilpasning og anti-støj, og kan tilpasse sig komplekse og foranderlige miljøbetingelser på stedet, realiserer realtidsovervågning og lokalisering af farepunkter.
- Maskinvision og infrarød termografi teknologi: Maskinvision teknologi kan identificere og lokalisere potentielle farepunkter, som eksponerede kabler og skadede udstyr, ved at fange og analysere stedlige billeder; mens infrarød termografi teknologi kan overvåge udstyrers temperaturfordeling i realtid og præcist lokalisere fejlpunkter og potentielle risikopunkter.
3.2 Farepunkt forudsigelsesmodel baseret på dataanalyse
I øjeblikket er intelligens, digitalisering, automatisering og integration de hovedtrender i Kinas strømnet, og anvendelsen af kunstig intelligens og big data teknologier har accelereret denne udviklingsproces. Under vedligeholdelse af SF₆-brydere, opbygges en farepunkt forudsigelsesmodel baseret på dataanalyse, der hovedsagelig inkluderer fire trin: dataindsamling, datapreprocessing, feature engineering, og modeltraining.
- Dataindsamling: Opnået gennem forskellige sensorer, overvågningsudstyr driftsrekorder osv. For at forbedre modellens præcision, bør der indsamles en stor mængde omfattende data så vidt muligt.
- Datapreprocessing: Preprocessing af rådata (outlier detection og behandling, datatransformation osv.) for at forbedre datakvaliteten og lægge grundlag for efterfølgende feature engineering og modeltraining.
- Feature engineering: Efter preprocessing er fuldført, skal nyttige features for farepunkt forudsigelse vælges fra en stor mængde data. Disse features bør have god diskriminations- og forudsigelsesevne for at forbedre modellens præcision.
- Modeltraining: SVM (Support Vector Machine) er en ofte anvendt klassificerings- og regressionsanalysemetode. Den separerer forskellige kategorier af data ved at finde den optimale hyperplan, maksimerer klassemargenen mellem de to typer data.
3.3 Sikkerhedsstyringsteknologi strategier
For at forbedre præcisionen og praktisk anvendelsen af lokaliseringsteknologier, bør big data og kunstig intelligens teknologier udnyttes, og maskinlæringsalgoritmer anvendes til intelligent identifikation og forudsigelse af farepunkter på understationsvedligeholdelsessteder, give mere præcis lokalisering information til vedligeholdelsespersonale og reducere ulykkerisikoen. På understationsvedligeholdelsessteder, bør data fra forskellige sensorer fusioneres for at forbedre præcisionen af lokalisering og præcisionen af modellen. Anvendelse af forstærket virkelighed (AR) teknologi, som integrerer virtuel information med den virkelige verden, kan gøre det muligt for vedligeholdelsespersonale at bedre forstå udstyrstrukturen og dermed løse problemet med operationelle fejl. Relevante parter bør styrke forvaltning af stedlig vedligeholdelsesarbejde og strengt følge vedligeholdelsesoperationer (se figur 1). Samtidig, udvikle intelligente bærbar udstyr til vedligeholdelsespersonale for at få deres placering information i realtid og overvåge dem i realtid for at sikre sikkerhed.
4 Konklusion
På understationsvedligeholdelsessteder, præcis identifikation og lokalisering af farepunkter er nøglen til at sikre sikkerheden ved SF₆-brydere vedligeholdelsessteder. Gennem dybdegående forskning på arbejdsmåder og egenskaber for SF₆-brydere, er det fundet, at kemiske faktorer er de hovedsagelige ikke-forbigåelige farepunkter under deres vedligeholdelsesproces. For at effektivt håndtere risici, bør nye teknologier, nye koncepter og nye metoder anvendes for forebyggelse, forudse potentielle risici, og give tidlig varsel information til vedligeholdelsespersonale for at sikre glat gangende vedligeholdelsesarbejde.
