برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا پرکاربردترین تجهیزات کلیدزن در زیرстанسیون‌ها هستند. بررسی و نگهداری منظم آنها برای اطمینان از عملکرد پایدار سیستم برق بسیار مهم است. با این حال، در زمینه نگهداری زیرستانسیون‌ها، به ویژه در حین نگهداری برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا، نقاط خطرناک زیادی (مانند مسمومیت، شوک الکتریکی و غیره) وجود دارد که جدیاً امنیت شخصی کارگران را تهدید می‌کنند. بر اساس این، این مقاله از دیدگاه محل و تکنولوژی‌های کنترل ایمنی، به منظور بهبود ایمنی عملیات نگهداری زیرستانسیون و کاهش نرخ تصادفات، تحلیل می‌کند.
1 تحلیل اصول کاری و ویژگی‌ها
1.1 ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی گاز SF₆
مولکول SF₆ از یک اتم گوگرد و شش اتم فلوئور تشکیل شده و وزن اتمی آن 146.06 است، که 5.135 برابر سنگین‌تر از هوا است. در دمای زیر 150 درجه سانتیگراد، گاز SF₆ دارای عدم واکنش شیمیایی خوبی است و با فلزات، پلاستیک‌ها و مواد دیگر موجود در برکرهای کلیدزن واکنش شیمیایی نمی‌دهد. بنابراین، به عنوان یک گاز بی‌رنگ، بدون بو، بی‌ضرر و شفاف و ناشعل محسوب می‌شود که عموماً تجزیه نمی‌شود (در روغن ترانسفورماتور محلول نیست و در آب به طور محدود محلول است). با این حال، از طریق عملیات باز و بسته شدن کلیدزن، گاز SF₆ تحت تأثیر تخلیه و قوس الکتریکی تجزیه جزئی می‌شود و محصولات تجزیه به صورت گازی یا پودری مانند فلوریدهای فلزی، SOF₂، SO₂F₄ و غیره را تشکیل می‌دهد که برای بدن انسان بسیار خطرناک هستند. در میان آنها، گاز SF₆ تحت تأثیر قوس الکتریکی (تجزیه مولکول‌های چند ذره‌ای به اتم‌های تک یا گازهای ذرات باردار) تجزیه و تجزیه می‌شود و تغییرات داخلی خاصیت حرارتی و الکتریکی آن را افزایش می‌دهد.
1.2 اصل کار برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا
برکرهای سیال SF₆ از سه واحد عایق سرامیکی عمودی تشکیل شده‌اند که هر یک دارای یک کامره خاموش‌کننده قوس با باد گازی هستند. این طراحی باعث می‌شود تا برکر کوچک و در عین حال دارای عملکرد عایق و خاموش‌کننده قوس خوبی باشد. کامره خاموش‌کننده قوس با باد گازی قطعه اصلی برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا است و از طریق لوله‌های متصل به سه کامره خاموش‌کننده با گاز SF₆ پر شده است. وقتی برکر باز می‌شود، تماس قابل کنترل از تماس ثابت جدا می‌شود و قوس الکتریکی ایجاد می‌شود. در این زمان، گاز SF₆ در کامره خاموش‌کننده قوس به سرعت از طریق لوله‌ها به سمت قوس باد می‌دهد و با استفاده از خاصیت عایق و خاموش‌کننده گاز، قوس را به سرعت خاموش می‌کند. علاوه بر این، مکانیسم عملکرد فنری و تجهیزات کنترل یک جعبه‌ای کلیدی برای حرکت و کنترل تماس‌های برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا هستند. این مکانیسم معمولاً از فنرها، میله‌های اتصال، مکانیزم‌های انتقال، میکروپروسسورها یا کنترل‌کننده‌های منطق برنامه‌پذیر تشکیل شده است. وقتی برکر نیاز به باز یا بسته شدن دارد، تجهیزات کنترل دستوری صادر می‌کنند تا مکانیسم عملکرد فنری عمل کند و تماس متحرک را به ترتیب حرکت دهد.
1.3 ویژگی‌های عملکرد برکرهای سیال SF₆ با فشار بالا
در مقایسه با هوا و روغن ترانسفورماتور، گاز SF₆ دارای قوت عایق بالا، عملکرد خاموش‌کننده قوس برجسته و حجم کوچک است و در زمینه برق با فشار بالا کاربرد گسترده‌ای دارد.
- اثر مسدود کننده: این گاز به طور کامل از اثر باد گازی استفاده می‌کند. کامره خاموش‌کننده قوس دارای حجم کوچک، ساختار ساده، جریان قطع بالا، زمان قوس کوتاه، بدون روشن شدن مجدد در حین قطع جریان خازنی 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 مناسب برای سناریوهای با عملیات مکرر است.
- قوت عایق بالا: گاز SF₆ می‌تواند انواع آزمون‌های عایق را با حاشیه بزرگی در 0.3MPa عبور دهد. بعد از رسیدن جمعیت جریان قطع به 3000kA، هر نقطه قطع می‌تواند ولتاژ تغییراتی 250kV را در یک دقیقه در 0.3MPa تحمل کند و حتی در صورت کاهش فشار گاز SF₆ به صفر می‌تواند ولتاژ تغییراتی 166.4kV را تحمل کند.
- عملکرد مهر و موم خوب: مقدار آب در گاز SF₆ نسبتاً کم است. کامره خاموش‌کننده قوس، مقاومت‌ها و پشتیبان‌ها می‌توانند به حجره‌های گازی مستقل تقسیم شوند تا از ورود آلودگی و رطوبت به داخل برکر جلوگیری شود.
- توان عملکرد کم و مخزن‌سازی صاف: نسبت انتقال بین سیلندر کاری مکانیسم و تماس خاموش‌کننده قوس 1∶1 است و مکانیسم دارای ویژگی‌های پایدار است. پایداری ویژگی‌های مکانیسم می‌تواند 3000 بار (10000 بار در محیط آزمایش) باشد و سطح نویز کاری کمتر از 90dB است.
2 تحلیل نقاط خطرناک در محل نگهداری زیرستانسیون‌ها
2.1 انواع و ویژگی‌های نقاط خطرناک
نقاط خطرناک در محل نگهداری زیرستانسیون‌ها عمدتاً شامل چهار نوع هستند: خطرات الکتریکی، خطرات مکانیکی، خطرات شیمیایی و عوامل محیطی. این نقاط خطرناک ممکن است مستقیما یا غیرمستقیما امنیت شخصی کارگران نگهداری را تهدید کنند.
- خطرات الکتریکی: ناشی از خرابی عایق تجهیزات یا خطاهای عملیاتی، عمدتاً به صورت ولتاژ بالا و قوس الکتریکی مشخص می‌شود. چون برکر در حین عملکرد ولتاژ بالا دارد و تأثیرات خازنی و القایی دارد، حتی در حالت باز ممکن است بارهای باقی‌مانده وجود داشته باشد که موجب شوک الکتریکی می‌شود. قوس الکتریکی ممکن است دماهای بالا ایجاد کرده و آتش‌سوزی ایجاد کند.
- خطرات مکانیکی: خطرات عمدتاً از قطعات مکانیکی تجهیزات ناشی می‌شوند. اگر به درستی عملیات و نگهداری نشود، ممکن است توسط قطعات چرخان یا متحرک فشرده یا ضربه خورد.
- خطرات شیمیایی: گاز SF₆ در دمای اتاق پایدار است، اما در زیر تأثیر قوس الکتریکی، کرونا و غیره شروع به تجزیه می‌کند. تنفس گاز تولید شده ممکن است باعث سرگیجه، ادم ریه و حتی مرگ شود.
- خطرات محیطی: انجام نگهداری در شرایط آب و هوایی مانند طوفان‌های رعد و برق و بادهای قوی نه تنها سختی کار نگهداری را افزایش می‌دهد بلکه خطرات غیرقابل کنترلی را برای کارگران نگهداری ایجاد می‌کند. 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 ایجاد نقاط خطرناک
دلایل ایجاد نقاط خطرناک در محل نگهداری زیرستانسیون‌ها عمدتاً شامل عوامل مرتبط با تجهیزات، عوامل مرتبط با انسان و عوامل محیطی هستند. با افزایش تعداد عملیات نگهداری، میزان فرسودگی تجهیزات افزایش می‌یابد که منجر به کاهش عملکرد الکتریکی و افزایش خطر وقوع تصادفات می‌شود.
به دلیل ناهمگونی کیفیت کارگران نگهداری، برخی از آنها دارای درک کافی از ساختار و اصول کار تجهیزات نیستند و ممکن است در عملیات واقعی بی‌دقتی نمایند. به عنوان مثال، به دلیل فقدان توجه کافی، کارگران ممکن است به قسمت‌های زنده اتفاقاً لمس کنند یا از ابزار به طور نادرست استفاده کنند که می‌تواند مستقیماً منجر به حوادث ایمنی شود.
برای برکرهای سیال SF₆، خطرات عمدتاً از ویژگی‌های شیمیایی آنها ناشی می‌شوند. مواد مسمومی که در شرایط خاص تولید می‌شوند ممکن است به دلیل محدودیت‌های محیطی در داخل ساختمان تجمع پیدا کنند که خطرات را افزایش می‌دهد.
3 روش‌های موقعیت‌یابی و تکنولوژی‌های کنترل ایمنی نقاط خطرناک
3.1 روش‌های موقعیت‌یابی نقاط خطرناک
- فناوری حسگر نوری: فناوری حسگر نوری دارای عملکرد عایق بسیار خوب و توانایی ضد تداخل الکترومغناطیسی است. این فناوری می‌تواند به طور مؤثر سلامت ساختاری و پارامترهای الکتریکی برکرهای سیال SF₆ را نظارت کند، داده‌ها را به طور واقعی جمع‌آوری و تحلیل کند و به طور سریع خرابی‌های پتانسیل و خطرات ایمنی را تشخیص دهد.
- شبکه حسگر بی‌سیم: شبکه حسگر بی‌سیم از تعداد زیادی گره حسگر تشکیل شده است. هدف اصلی آن نظارت به طور واقعی بر پارامترهای محیطی، وضعیت تجهیزات و اطلاعات موقعیت کارگران نگهداری است. این شبکه دارای ویژگی‌های خودسازماندهی، خودتطبیقی و ضد تداخل است و می‌تواند به شرایط محیطی پیچیده و متغیر در محل تطبیق یابد و به طور واقعی نظارت و موقعیت‌یابی نقاط خطرناک را انجام دهد.
- فناوری دید ماشین و تصویربرداری حرارتی اینفراروت: فناوری دید ماشین می‌تواند نقاط خطرناک پتانسیل را مانند سیم‌های بی‌پوشش و تجهیزات خراب شناسایی و موقعیت‌یابی کند با ضبط و تحلیل تصاویر محلی؛ در حالی که فناوری تصویربرداری حرارتی اینفراروت می‌تواند به طور واقعی توزیع دما تجهیزات را نظارت کند و به طور دقیق نقاط خرابی و خطرات پتانسیل را موقعیت‌یابی کند.
3.2 مدل پیش‌بینی نقاط خطرناک بر اساس تحلیل داده‌ها
در حال حاضر، هوشمندسازی، دیجیتال‌سازی، خودکارسازی و یکپارچه‌سازی روندهای اصلی شبکه برق چین هستند و کاربرد فناوری‌های هوش مصنوعی و داده‌های بزرگ این روند را تسریع کرده‌اند. در حین نگهداری برکرهای سیال 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 عملکرد تجهیزات نظارتی به دست می‌آید. برای بهبود دقت مدل، باید تا حد ممکن داده‌های متنوع و جامع زیادی جمع‌آوری شود.
- پیش‌پردازش داده‌ها: داده‌های اصلی (تشخیص و پردازش داده‌های پرت، تبدیل داده‌ها و غیره) پیش‌پردازش می‌شوند تا کیفیت داده‌ها افزایش یابد و پایه‌ای برای مهندسی ویژگی و آموزش مدل فراهم شود.
- مهندسی ویژگی: پس از اتمام پیش‌پردازش، ویژگی‌های مفید برای پیش‌بینی نقاط خطرناک باید از میان داده‌های زیاد 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 طبقه‌بندی و رگرسیون معمول است. این روش با یافتن هیپرصفحه بهینه، داده‌های مختلف را جدا می‌کند و فاصله طبقه‌بندی بین دو نوع داده را حداکثر می‌کند.
3.3 استراتژی‌های تکنولوژی‌های کنترل ایمنی
برای بهبود دقت و کاربردی‌سازی تکنولوژی‌های 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 زیرستانسیون‌ها اعمال شود، تا اطلاعات موقعیت‌یابی دقیق‌تری برای کارگران نگهداری فراهم شود و خطر وقوع تصادفات کاهش یابد. در محل نگهداری زیرستانسیون‌ها، باید داده‌های حسگرهای مختلف ترکیب شوند تا دقت موقعیت‌یابی و دقت مدل افزایش یابد. اعمال فناوری واقعیت افزوده (AR) که اطلاعات مجازی را با دنیای واقعی یکپارچه می‌کند، می‌تواند به کارگران نگهداری کمک کند تا بهتر ساختار تجهیزات را درک کنند و بدین ترتیب مشکل خطاهای عملیاتی را حل کنند. طرفین مربوط باید مدیریت کار نگهداری در محل را تقویت کنند و به طور строго следуйте инструкциям и процедуре обслуживания (см. рисунок 1). Одновременно разрабатываются умные носимые устройства для персонала по техническому обслуживанию, чтобы в режиме реального времени получать информацию о их местоположении и контролировать их, обеспечивая безопасность.
4 نتیجه‌گیری
در محل نگهداری زیرستانسیون‌ها، شناسایی و موقعیت‌یابی دقیق نقاط خطرناک کلیدی برای اطمینان از ایمنی محل نگهداری برکرهای سیال SF₆ است. با تحقیقات عمیق در مورد اصول کاری و ویژگی‌های برکرهای سیال SF₆، مشخص شده است که عوامل شیمیایی از نقاط خطرناک غیرقابل نادیده گرفتن در فرآیند نگهداری آنها هستند. برای مقابله موثر با ریسک‌ها، باید از فناوری‌ها، مفاهیم و روش‌های جدید برای پیشگیری قبل از وقوع استفاده شود، ریسک‌های پتانسیل را پیش‌بینی کرده و اطلاعات هشدار دهنده را برای کارگران نگهداری فراهم کرد تا اطمینان حاصل شود که عملیات نگهداری به صورت هموار پیش می‌روند.
