پرتوشگرهای سیال SF₆ با فشار بالا پرکاربردترین تجهیزات در زیراستانیون هستند. بررسی و نگهداری منظم آنها برای تضمین عملکرد پایدار سیستم برق اهمیت دارد. اما در زمینه نگهداری زیراستانیون، به ویژه در نگهداری پرتوشگرهای سیال SF₆ با فشار بالا، نقاط خطرناک زیادی (مانند مسمومیت، شوک الکتریکی و غیره) وجود دارد که جدی تهدیدی برای امنیت شخصی کارگران است. بر این اساس، این مقاله از دیدگاه محل و تکنولوژی های کنترل ایمنی تحلیل می کند تا امنیت عملیات نگهداری زیراستانیون را بهبود بخشد و نرخ حادثه را کاهش دهد.
1 تحلیل اصول کار و مشخصات
1.1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گاز SF₆
مولکول SF₆ از یک اتم سولفور و شش اتم فلوئور تشکیل شده است و وزن اتمی آن 146.06 است که 5.135 برابر سنگین‌تر از هوا است. در دمای زیر 150 درجه سانتیگراد، گاز SF₆ خاصیت شیمیایی خنثی خوبی دارد و با فلزات و مواد پلاستیکی معمول در پرتوشگر واکنش شیمیایی نمی‌دهد. بنابراین، آن را یک گاز بی‌رنگ، بی‌بو، بی سم و شفاف غیر قابل اشتعال می‌دانند که عموماً تجزیه نمی‌شود (در روغن ترانسفورماتور حل نمی‌شود و به صورت محدود در آب حل می‌شود). اما با عملیات باز و بسته شدن شیرها، گاز SF₆ تحت تأثیر برق‌آتش و قوس الکتریکی به طور جزئی تجزیه می‌شود و محصولات تجزیه در شکل گاز یا پودر مانند فلوریدهای فلزی، SOF₂، SO₂F₄ و غیره را تشکیل می‌دهد که بسیار مضر برای بدن انسان هستند. در میان آنها، گاز SF₆ تحت تأثیر قوس الکتریکی (تجزیه مولکول‌های چند اتمی به اتم‌های تک یا گازهای ذرات باردار) تجزیه و تفکیک می‌شود و تغییرات داخلی خاصیت حرارتی و الکتریکی آن را افزایش می‌دهد.
1.2 اصل کار پرتوشگرهای سیال SF₆ با فشار بالا
پرتوشگر SF₆ از سه واحد عایق سرامیکی عمودی تشکیل شده است که هر کدام دارای یک حفره خاموش‌کننده قوس با فشار گاز هستند. این طراحی پرتوشگر را فشرده می‌کند و در عین حال دارای عملکرد عایق و خاموش‌کننده قوس خوبی است. حفره خاموش‌کننده قوس با فشار گاز، قطعه کلیدی پرتوشگر سیال SF₆ با فشار بالا است و با گاز SF₆ از طریق لوله‌های متصل به سه حفره خاموش‌کننده پر می‌شود. وقتی پرتوشگر باز می‌شود، تماس قابل کنترل از تماس ثابت جدا می‌شود و قوسی ایجاد می‌کند. در این زمان، گاز SF₆ در حفره خاموش‌کننده قوس به سرعت از طریق لوله‌ها به سمت قوس می‌بلوزد و با استفاده از خاصیت عایق و خاموش‌کننده گاز، قوس را به سرعت خاموش می‌کند. علاوه بر این، مکانیسم عملکرد فنری و تجهیزات کنترل یک‌جعبه‌ای، قطعات کلیدی برای محرک و کنترل حرکت تماس‌های پرتوشگر سیال SF₆ با فشار بالا هستند. این تجهیزات معمولاً شامل فنرها، میله‌های اتصال، مکانیزم‌های انتقال، پردازنده‌های میکرو یا کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر هستند. وقتی پرتوشگر باید باز یا بسته شود، تجهیزات کنترل دستورالعملی صادر می‌کنند تا مکانیسم عملکرد فنری عمل کند و تماس متحرک را به طور متناسب حرکت دهد.
1.3 مشخصات عملکرد پرتوشگرهای سیال SF₆ با فشار بالا
در مقایسه با هوا و روغن ترانسفورماتور، گاز SF₆ دارای خصوصیات قدرت عایق بالا، عملکرد خاموش‌کننده قوس برجسته و حجم کوچک است و در زمینه برق با فشار بالا کاربردهای گسترده‌ای دارد.
- اثر مسدود کننده: اثر بلوغ گازی را به طور کامل به کار می‌گیرد. حفره خاموش‌کننده قوس دارای حجم کوچک، ساختار ساده، جریان قطع بالا، زمان قوس کوتاه، بدون دوباره‌سوختن در جریان‌های ظرفیتی یا القایی و ولتاژ بیش از حد کم است.
- عمر مفید الکتریکی طولانی: می‌تواند 19 بار متوالی با ظرفیت کامل 50kA قطع کند، با جمعیت جریان قطع 4200kA، دوره نگهداری طولانی و برای سناریوهای با فرکانس عملیات بالا مناسب است.
- قدرت عایق بالا: گاز SF₆ می‌تواند با حاشیه زیاد آزمون‌های مختلف عایق را در 0.3MPa عبور دهد. بعد از رسیدن جمعیت جریان قطع به 3000kA، هر نقطه قطع می‌تواند ولتاژ توان اصلی 250kV را در یک دقیقه در 0.3MPa تحمل کند و حتی در صورت کاهش فشار گاز SF₆ به صفر می‌تواند ولتاژ توان اصلی 166.4kV را تحمل کند.
- عملکرد مهر و موم خوب: مقدار آب موجود در گاز SF₆ نسبتاً کم است. حفره خاموش‌کننده قوس، مقاومت‌ها و پشتیبانی‌ها می‌توانند به احراز مستقل تقسیم شوند تا جلوگیری از ورود آلودگی و رطوبت به داخل پرتوشگر.
- قدرت عملیاتی کم و میرایی صاف: نسبت انتقال بین سیلندر کاری مکانیسم و تماس خاموش‌کننده قوس 1:1 است و مکانیسم ویژگی‌های پایداری دارد. پایداری ویژگی‌های مکانیسم می‌تواند 3000 بار (10000 بار در محیط آزمایش) باشد و سطح صدای عملیات کمتر از 90dB است.
2 تحلیل نقاط خطرناک در محل نگهداری زیراستانیون
2.1 انواع و مشخصات نقاط خطرناک
نقاط خطرناک در محل نگهداری زیراستانیون عمدتاً شامل چهار نوع هستند: خطرات الکتریکی، خطرات مکانیکی، خطرات شیمیایی و عوامل محیطی. این نقاط خطرناک ممکن است مستقیماً یا غیرمستقیماً امنیت شخصی کارکنان نگهداری را تهدید کنند.
- خطرات الکتریکی: ناشی از آسیب به عایق تجهیزات یا خطاهای عملیاتی، عمدتاً به صورت ولتاژ بالا و قوس الکتریکی ظاهر می‌شود. چون پرتوشگر در حین عملکرد ولتاژ بالا را حمل می‌کند و دارای اثرات ظرفیتی و القایی است، حتی در حالت باز ممکن است شارژ باقی‌مانده وجود داشته باشد که منجر به آسیب الکتریکی شود. قوس‌های الکتریکی ممکن است دمای بالا تولید کنند و آتش‌سوزی ایجاد کنند.
- خطرات مکانیکی: خطرات عمدتاً از اجزای مکانیکی تجهیزات ناشی می‌شود. اگر به درستی عملیات و نگهداری نشود، ممکن است توسط قطعات چرخان یا متحرک دستگیر یا ضربه بخورد.
- خطرات شیمیایی: گاز SF₆ در دمای اتاق پایدار است، اما در تأثیر قوس‌ها، کرونا و غیره شروع به تجزیه می‌کند. تنفس گاز تولید شده ممکن است باعث سرگیجه، تورم ریه یا حتی مرگ شود.
- خطرات محیطی: انجام نگهداری در آب و هوایی مانند طوفان‌های رعد و برق و بادهای قوی، نه تنها سختی کار نگهداری را افزایش می‌دهد بلکه خطرات غیرقابل کنترلی برای کارکنان نگهداری می‌آورد. علاوه بر این، مشکلاتی مانند تهویه ضعیف و فضای کوچک در محیط نگهداری ممکن است خطرات نگهداری در محل را افزایش دهند.
2.2 تحلیل دلایل نقاط خطرناک
دلایل نقاط خطرناک در محل نگهداری زیراستانیون عمدتاً شامل عوامل مرتبط با تجهیزات، عوامل مرتبط با انسان و عوامل محیطی است. با افزایش تعداد عملیات نگهداری، میزان سایش تجهیزات افزایش می‌یابد، که منجر به کاهش عملکرد الکتریکی و افزایش خطر وقوع حوادث می‌شود.
به دلیل کیفیت نامساوی کارکنان نگهداری، برخی از آنها درک کافی از ساختار و اصول کار تجهیزات ندارند و در عملیات واقعی ممکن است بی‌دقتی نشان دهند. به عنوان مثال، به دلیل عدم داشتن دقت کافی، کارکنان ممکن است به قسمت‌های زنده اتفاقاً لمس کنند یا ابزارها را به طور نامناسب استفاده کنند که ممکن است به طور مستقیم حوادث ایمنی را ایجاد کند.
برای پرتوشگرهای SF₆، خطرات عمدتاً از خصوصیات شیمیایی آنها ناشی می‌شود. مواد سمی تولید شده در شرایط خاص ممکن است به دلیل محدودیت‌های محیطی در داخل ساختمان تجمع کنند و سطح خطر را افزایش دهند.
3 روش‌های موقعیت‌یابی نقاط خطرناک و تکنولوژی‌های کنترل ایمنی
3.1 روش‌های موقعیت‌یابی نقاط خطرناک
- فناوری حسگری نوری: فناوری حسگری نوری دارای خاصیت عایق بسیار خوب و توانایی مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی است. می‌تواند به طور مؤثر سلامت ساختاری و پارامترهای الکتریکی پرتوشگرهای SF₆ را نظارت کند، داده‌ها را به طور واقعی جمع‌آوری و تحلیل کند و به طور زودهنگام نقص‌ها و خطرات ایمنی پتانسیل را شناسایی کند.
- شبکه حسگر بی‌سیم: شبکه حسگر بی‌سیم از تعداد زیادی گره حسگر تشکیل شده است. هدف اصلی آن نظارت واقعی بر پارامترهای محیطی، وضعیت تجهیزات و اطلاعات مکانی کارکنان نگهداری است. این شبکه دارای ویژگی‌های خودسازماندهی، خودتأسیس و مقاومت در برابر تداخل است و می‌تواند به شرایط محیطی پیچیده و متغیر در محل تطبیق دهد و نظارت و موقعیت‌یابی واقعی نقاط خطرناک را انجام دهد.
- فناوری دید ماشینی و تصویربرداری حرارتی مادون قرمز: فناوری دید ماشینی می‌تواند نقاط خطرناک پتانسیل مانند کابل‌های آشکار و تجهیزات آسیب‌دیده را با ضبط و تحلیل تصاویر محلی شناسایی و موقعیت‌یابی کند؛ در حالی که تصویربرداری حرارتی مادون قرمز می‌تواند توزیع دما تجهیزات را به طور واقعی نظارت کند و نقاط خطا و خطرات پتانسیل را به طور دقیق موقعیت‌یابی کند.
3.2 مدل پیش‌بینی نقاط خطرناک بر اساس تحلیل داده‌ها
در حال حاضر، هوشمندسازی، دیجیتالی‌سازی، اتوماسیون و یکپارچه‌سازی روندهای اصلی شبکه برق چین هستند و استفاده از فناوری‌های هوش مصنوعی و داده‌های بزرگ این فرآیند را تسریع کرده‌اند. در حین نگهداری پرتوشگرهای SF₆، یک مدل پیش‌بینی نقاط خطرناک بر اساس تحلیل داده‌ها ایجاد می‌شود که عمدتاً شامل چهار مرحله است: جمع‌آوری داده‌ها، پیش‌پردازش داده‌ها، مهندسی ویژگی و آموزش مدل.
- جمع‌آوری داده‌ها: از طریق حسگرهای مختلف و رکوردهای عملیاتی تجهیزات نظارتی به دست می‌آید. برای بهبود دقت مدل، باید تا حد ممکن داده‌های متنوع و جامع جمع‌آوری شوند.
- پیش‌پردازش داده‌ها: داده‌های اصلی (تشخیص و پردازش داده‌های پرت، تبدیل داده‌ها و غیره) پیش‌پردازش می‌شوند تا کیفیت داده‌ها را بهبود بخشند و پایه‌ای برای مهندسی ویژگی و آموزش مدل ایجاد کنند.
- مهندسی ویژگی: پس از پیش‌پردازش، باید ویژگی‌های مفید برای پیش‌بینی نقاط خطرناک از میان مجموعه‌ای از داده‌ها انتخاب شوند. این ویژگی‌ها باید توانایی تمایز و پیش‌بینی خوبی داشته باشند تا دقت مدل را افزایش دهند.
- آموزش مدل: SVM (ماشین بردار پشتیبان) یک روش تحلیل رگرسیون و طبقه‌بندی معمول است. این مدل با یافتن بهترین ابرصفحه، داده‌های مختلف را جدا می‌کند و فاصله طبقه‌بندی بین دو نوع داده را بیشینه می‌کند.
3.3 استراتژی‌های فناوری کنترل ایمنی
برای بهبود دقت و کاربردی بودن فناوری‌های موقعیت‌یابی، باید از فناوری‌های داده‌های بزرگ و هوش مصنوعی استفاده شود و الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای شناسایی و پیش‌بینی هوشمندانه نقاط خطرناک در محل نگهداری زیراستانیون به کار گرفته شوند تا اطلاعات مکانی دقیق‌تری برای کارکنان نگهداری فراهم کنند و خطر وقوع حوادث را کاهش دهند. در محل نگهداری زیراستانیون، باید داده‌های حسگرهای مختلف را ترکیب کرد تا دقت موقعیت‌یابی و مدل را افزایش دهد. استفاده از فناوری واقعیت افزوده (AR) که اطلاعات مجازی را با دنیای واقعی یکپارچه می‌کند، می‌تواند به کارکنان نگهداری کمک کند تا بهتر ساختار تجهیزات را درک کنند و مشکل خطاهای عملیاتی را حل کنند. طرف‌های مربوط باید مدیریت کاری در محل نگهداری را تقویت کنند و به طور دقیق از روش‌های عملیاتی نگهداری پیروی کنند (شکل 1 را ببینید). همزمان، دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند برای کارکنان نگهداری توسعه داده شود تا اطلاعات مکانی آنها را به طور واقعی جمع‌آوری و نظارت کنند تا امنیت را تضمین کنند.
4 نتیجه‌گیری
در محل نگهداری زیراستانیون، شناسایی و موقعیت‌یابی دقیق نقاط خطرناک کلیدی برای تضمین ایمنی محل نگهداری پرتوشگرهای SF₆ است. با تحقیقات عمیق درباره اصول کار و مشخصات پرتوشگرهای SF₆، مشخص شده است که عوامل شیمیایی مهم‌ترین نقاط خطرناک غیرقابل چشم‌پوشی در فرآیند نگهداری آنها هستند. برای مقابله مؤثر با ریسک‌ها، باید از فناوری‌ها، مفاهیم و روش‌های جدید برای پیشگیری قبل از وقوع استفاده شود، ریسک‌های پتانسیل را پیش‌بینی کنند و اطلاعات هشدار اولیه را برای کارکنان نگهداری فراهم کنند تا عملیات نگهداری به صورت صاف انجام شود.
