Os interruptores de alta tensión SF₆ son os máis amplamente utilizados na maquinaria de conmutación das subestacións. A inspección e manutención regulares son cruciais para garantir o funcionamento estable do sistema eléctrico. No entanto, no campo da manutención de subestacións, especialmente durante a manutención dos interruptores de alta tensión SF₆, hai numerosos puntos de perigo (como a intoxicação, a descarga eléctrica, etc.), que ameazan seriamente a seguridade persoal dos traballadores. Basándonos nisto, este artigo analiza desde a perspectiva da localización e as tecnoloxías de control de seguridade, co obxectivo de mellorar a seguridade das operacións de manutención de subestacións e reducir a taxa de accidentes.
1 Análise dos principios de funcionamento e características
1.1 Propiedades físicas e químicas do gas SF₆
A molécula de SF₆ está composta por un átomo de azufre e seis átomos de flúor, cun peso atómico de 146,06, 5,135 veces máis pesada que o aire. Por debaixo dos 150°C, o gas SF₆ presenta unha boa inercia química e non reacciona quimicamente con metais comúns, plásticos e outros materiais nos interruptores. Polo tanto, considerase un gas incoloro, inodoro, non tóxico e transparente, non combustible, que xeralmente é difícil de descompor (insoluble no aceite transformador e escasamente soluble en auga). No entanto, a través das operacións de apertura e pechado dos interruptores, o gas SF₆ sofre unha descomposición parcial baixo a acción da descarga e os arcos, formando produtos de descomposición en forma gaseosa ou polvorienta, como fluoruros metálicos, SOF₂, SO₂F₄, etc., que son extremadamente perjudiciais para o corpo humano. Entre eles, o gas SF₆ se descompón e disocia baixo a acción dos arcos (moléculas con estrutura poliatómica se descompoñen en átomos individuais ou gases de partículas cargadas), e os cambios internos aumentan a súa conductividad térmica e eléctrica.
1.2 Principio de funcionamento dos interruptores de alta tensión SF₆
O interruptor SF₆ está composto por tres unidades de aislante de porcelana verticais, cada unha con unha cámara de extinción de arco a chorro de gas. Este deseño fai que o interruptor sexa compacto, mentres ten boas propiedades de aislamento e extinción de arco. A cámara de extinción de arco a chorro de gas é o componente central do interruptor de alta tensión SF₆, e está chea de gas SF₆ a través de tubos conectados ás tres cámaras de extinción de arco. Cando o interruptor se abre, o contacto controlable se separa do contacto fixo, xerando un arco. Nese momento, o gas SF₆ na cámara de extinción de arco sopra rapidamente cara ao arco a través dos tubos, utilizando as propiedades de aislamento e extinción de arco do gas para apagar rapidamente o arco. Ademais, o mecanismo de operación de muelle e o seu equipo de control de unha caixa son componentes clave para impulsar e controlar o movemento dos contactos do interruptor de alta tensión SF₆. Xeralmente está composto por muelles, varas, mecanismos de transmisión, microprocesadores ou controladores lóxicos programables. Cando o interruptor necesita abrirse ou pecharse, o equipo de control emite unha instrución para facer que o mecanismo de operación de muelle actúe e impulsa o contacto móbil a moverse en consecuencia.
1.3 Características de rendemento dos interruptores de alta tensión SF₆
En comparación co aire e co aceite transformador, o gas SF₆ ten as características de alta forza de aislamento, excelente rendemento de extinción de arco e pequeno volume, e ten amplias aplicacións no campo de alta tensión.
- Efecto de bloqueo: Dá pleno xogo ao efecto de soplado de arco do fluxo de gas. A cámara de extinción de arco é pequena, simple en estrutura, grande en corrente de interrupción, curto tempo de arco, sen reinicio ao interromper correntes capacitivas ou inductivas, e baixa sobre-tensión.
- Larga vida eléctrica: Pode interrumpir continuamente 19 veces a capacidade total de 50kA, con unha corrente de interrupción acumulada de 4200kA, ciclo de manutención longo, e é adecuado para escenarios de operación frecuente.
- Alta forza de aislamento: O gas SF₆ pode pasar varias probas de aislamento con gran margen a 0,3MPa. Despois de que a corrente de interrupción acumulada alcance 3000kA, cada punto de interrupción pode resistir unha tensión de frecuencia industrial de 250kV durante 1 minuto a 0,3MPa, e aínda pode resistir unha tensión de frecuencia industrial de 166,4kV cando a presión do gas SF₆ se reduce a presión cero.
- Bo rendemento de selaxe: O contido de auga do gas SF₆ é relativamente baixo. A cámara de extinción de arco, resistencias e soportes poden dividirse en compartimentos de gas independentes para evitar que a suxeira e a humidade entren no interior do interruptor.
- Pequena potencia de operación e amortiguación suave: A relación de transmisión entre o cilindro de traballo do mecanismo e o contacto de extinción de arco é de 1∶1, e o mecanismo ten características estables. A estabilidade das características do mecanismo pode alcanzar 3000 veces (10000 veces no ambiente de proba), e o ruido de operación é inferior a 90dB.
2 Análise dos puntos de perigo nos sitios de manutención de subestacións
2.1 Tipos e características dos puntos de perigo
Os puntos de perigo nos sitios de manutención de subestacións inclúen principalmente catro tipos: perigos eléctricos, perigos mecánicos, perigos químicos e factores ambientais. Estes puntos de perigo poden ameazar directa ou indirectamente a seguridade persoal do persoal de manutención.
- Perigos eléctricos: Causados polo dano no aislamento do equipo ou erros de operación, manifestándose principalmente como alta tensión e arcos. Como o interruptor transporta alta tensión durante a operación e ten efectos capacitivos e inductivos, poden existir cargas residuais incluso cando está no estado de circuito aberto, levando a lesións por descarga eléctrica. Os arcos poden xerar altas temperaturas e causar incendios.
- Perigos mecánicos: Os perigos provén principalmente dos componentes mecánicos do equipo. Se non se opera e mantén correctamente, un pode ser pellizcado ou golpeado por partes rotativas ou móbeis.
- Perigos químicos: O gas SF₆ é estable a temperatura ambiente, pero comeza a descomporse baixo a acción dos arcos, coronas, etc. Inhalar o gas xerado pode causar mareos, edema pulmonar ou incluso a morte.
- Perigos ambientais: Realizar a manutención en condicións meteorolóxicas como tormentas e ventos fortes non só aumenta a dificultade do traballo de manutención, senón que tamén trae riscos incontrolables ao persoal de manutención. Ademais, problemas como a mala ventilación e o espazo reducido no ambiente de manutención tamén poden aumentar o perigo da manutención no sitio.
2.2 Análise das causas dos puntos de perigo
As causas dos puntos de perigo nos sitios de manutención de subestacións inclúen principalmente factores relacionados co equipo, humanos e ambientais. Con o aumento do número de operacións de manutención, o grao de desgaste do equipo aumenta, levando a un deterioro do rendemento eléctrico e un maior risco de accidentes.
Debido á desigualdade da calificación do persoal de manutención, algunha parte deles carece de suficiente entendemento da estrutura e os principios de funcionamento do equipo, e pode ser negligente durante as operacións reais. Por exemplo, debido a unha falta de suficiente vigilancia, o persoal pode tocar accidentalmente partes activas ou usar ferramentas de maneira inapropiada, lo que pode desencadear directamente accidentes de seguridade.
Para os interruptores SF₆, os perigos provén principalmente das súas propiedades químicas. As substancias tóxicas xeradas en condicións específicas son propensas a acumularse no interior debido ás limitacións ambientais, aumentando así o nivel de perigo.
3 Localización de puntos de perigo e tecnoloxías de control de seguridade
3.1 Métodos de localización de puntos de perigo
- Tecnoloxía de sensor óptico: A tecnoloxía de sensor óptico ten excelentes propiedades de aislamento e resistencia á interferencia electromagnética. Pode monitorizar eficazmente a saúde estructural e os parámetros eléctricos dos interruptores SF₆, recopilar e analizar datos en tempo real, e detectar oportunamente posibles fallos e riscos de seguridade.
- Red de sensores inalámbricos: Unha rede de sensores inalámbricos está composta por un gran número de nodos de sensores. O seu propósito principal é monitorizar en tempo real os parámetros ambientais, o estado do equipo e a información de localización do persoal de manutención. A rede ten as características de auto-organización, auto-adaptación e resistencia á interferencia, e pode adaptarse a condicións ambientais complexas e cambiantes no sitio, realizando a monitorización e localización en tempo real de puntos de perigo.
- Tecnoloxía de visión por máquina e termovisión infravermella: A tecnoloxía de visión por máquina pode identificar e localizar puntos de perigo potenciais, como cabos expostos e equipos danados, capturando e analizando imaxes no sitio; mentres que a termovisión infravermella pode monitorizar a distribución de temperatura do equipo en tempo real e localizar precisamente os puntos de fallo e riscos potenciais.
3.2 Modelo de predicción de puntos de perigo baseado na análise de datos
Actualmente, a intelixencia, a digitalización, a automatización e a integración son as tendencias principais da rede eléctrica de China, e a aplicación de tecnoloxías de intelixencia artificial e grandes datos acelerou este proceso de desenvolvemento. Durante a manutención dos interruptores SF₆, estabeleceuse un modelo de predicción de puntos de perigo baseado na análise de datos, que inclúe principalmente catro pasos: recolexión de datos, preprocesamiento de datos, xineración de características e adestramento do modelo.
- Recolección de datos: Obtida a través de diversos sensores, rexistros de operación de equipos de monitorización, etc. Para mellorar a precisión do modelo, debe recolectarse a maior cantidade posible de datos comprehensivos.
- Preprocesamiento de datos: Preprocesar os datos orixinais (detección e procesamento de valores atípicos, transformación de datos, etc.) para mellorar a calidade dos datos e sentar as bases para a xineración de características e o adestramento do modelo posteriores.
- Xineración de características: Despois de completar o preprocesamiento, deben seleccionarse características útiles para a predicción de puntos de perigo a partir dunha gran cantidade de datos. Estas características deben ter boa discriminación e capacidade predictiva para mellorar a precisión do modelo.
- Adestramento do modelo: A SVM (Support Vector Machine) é un método de análise de clasificación e regresión comúnmente utilizado. Separa diferentes categorías de datos atopando o hiperplano óptimo, maximizando o intervalo de clasificación entre os dous tipos de datos.
3.3 Estratexias de tecnoloxías de control de seguridade
Para mellorar a precisión e a praticabilidade das tecnoloxías de localización, deben utilizarse tecnoloxías de grandes datos e intelixencia artificial, e aplicarse algoritmos de aprendizaxe automática para identificar e predecir inteligentemente os puntos de perigo nos sitios de manutención de subestacións, proporcionando información de localización máis precisa para o persoal de manutención e reducindo o risco de accidentes. Nos sitios de manutención de subestacións, deben fundirse datos de varios sensores para mellorar a precisión da localización e a precisión do modelo. Aplicando a tecnoloxía de realidade aumentada (RA), que integra información virtual co mundo real, o persoal de manutención pode entender mellor a estrutura do equipo e, así, resolver o problema de erros de operación. As partes interesadas deben fortalecer a xestión do traballo de manutención no sitio e seguir estritamente os procedementos de operación para a manutención (ver Figura 1). Ao mesmo tempo, deben desenvolver dispositivos vestibles inteligentes para o persoal de manutención para obter a súa información de localización en tempo real e monitorizalo en tempo real para asegurar a seguridade.
4 Conclusión
Nos sitios de manutención de subestacións, a identificación e localización precisas dos puntos de perigo son clave para garantir a seguridade dos sitios de manutención de interruptores SF₆. A través da investigación en profundidade sobre os principios de funcionamento e as características dos interruptores SF₆, descubríuse que os factores químicos son os principais puntos de perigo non negligibles durante o seu proceso de manutención. Para facer fronte aos riscos de forma eficaz, deben usarse novas tecnoloxías, novas ideas e novos métodos para a prevención antes do evento, predecir os riscos potenciais con antelación e proporcionar información de alerta temprana ao persoal de manutención para asegurar o avance satisfactorio das operacións de manutención.
