מגנטי ה-SF₆ בלחץ גבוה הם המיתוגים הנפוצים ביותר בתחנות כוח. בדיקה ותחזוקה תקופתית שלהם חיונית להבטיח את הפעולה היציבה של מערכת החשמל. עם זאת, בתחום תחזוקת תחנות כוח, במיוחד במהלך תחזוקת מגנטי ה-SF₆ בלחץ גבוה, קיימים נקודות סיכון רבות (כגון הרעלת, חשמל מכה, וכו'), שמהוות איום חמור על הבטיחות האישית של העובדים. בהתייחס לכך, מאמר זה מנתח מהפרספקטיבה של מיקום טכנולוגיות שליטה בטיחות, במטרה לשפר את הבטיחות של פעולות תחזוקת תחנות כוח ולהפחית את שיעור התאונות.
1 ניתוח עקרונות העבודה והמאפיינים
1.1 מאפייני הפיזיקה והכימיה של גז ה-SF₆
מולקולת ה-SF₆ מורכבת מאטום גופרית אחד ושישה אטומי פלואורין, עם משקל אטומי של 146.06, כ-5.135 פעמים כבד יותר מאוויר. מתחת ל-150°C, גז ה-SF₆ מציג יציבות כימית טובה ולא מגיב כימית עם מתכות, פלסטיקים ואומרים אחרים נפוצים במחסומים. לכן, הוא נחשב לחסר צבע, ריח, רעיל ושקוף, בלתי דליק, שקשה מאוד לפצל (לא מומס בשמן טרנספורמטור ומומס מעט במים). עם זאת, באמצעות פתיחה וסגירה של מחסומים, גז ה-SF₆ עובר פירוק חלקי תחת השפעת שחרור חשמלי ונפלמי, ויוצר מוצרים פירוטיים בגיאומטריה גזית או פודר, כגון פלואורידים מתכתיים, SOF₂, SO₂F₄, ועוד, שהם מאוד מזיקים לגוף האדם. בין היתר, גז ה-SF₆ מתפרק ומתפרק תחת השפעת נפלמים (מולקולות בעלות מבנה מולקולרי מרובע מתפרקות לאטומים בודדים או גזים של חלקיקים טעונים), והשינויים הפנימיים מגדילים את ההולכת החשמלית והתרמית שלו.
1.2 עקרון הפעולה של מגנט ה-SF₆ בלחץ גבוה
המחסום ה-SF₆ מורכב משלושה יחידות בידוד פורצלן אנכי, כל אחת עם חדר כיבוי פלמי. העיצוב הזה מקנה למחסום מבנה קומפקטי, תוך שמירה על בידוד ויכולת כיבוי טובה. חדר הכיבוי הפלמי הוא המרכיב העיקרי של מגנט ה-SF₆ בלחץ גבוה, והוא מלא בגז ה-SF₆ דרך צינורות המחברים את שלושת חדרי הכיבוי. כאשר המחסום נפתח, הנקודת הקשורה ניתקת מהנקודת הקשירה הקבועה, יוצרת פלמה. בנקודה זו, הגז ה-SF₆ בחדר הכיבוי מתקדם במהירות לעבר הפלמה דרך הצינורות, משתמש בתכונות הבידוד וכיבוי הגז כדי לכבות במהירות את הפלמה. בנוסף, מכשיר הפעולה הספינגי והציוד המבוקר בסינגל-בוקס הם מרכיבים מרכזיים לדחיפת ובקרה על תנועת נקודות הקשר של מגנט ה-SF₆ בלחץ גבוה. הוא בדרך כלל מורכב מספינגים, מוטות, מנגנוני העברה, מעבדים מיקרו או מicontrollers לוגיים לתכנות. כאשר יש צורך לפתוח או לסגור את המחסום, המחשבה מוציאה הוראה כדי לגרום למכשיר הפעולה הספינגי לפעול ולדחוף את נקודת הקשר הנעה להתאים בהתאם.
1.3 מאפייני הביצועים של מגנט ה-SF₆ בלחץ גבוה
בהשוואה לאוויר ושמן טרנספורמטור, גז ה-SF₆ בעל מאפיינים של חוזק בידוד גבוה, יכולת כיבוי טובה וגודל קטן, ויש לו תחומי שימוש רחבים בתחום החשמל בלחץ גבוה.
- אפקט חסימה: הוא נותן ביטוי מלא לאפקט הדיפת גז. חדר הכיבוי קטן, פשוט בבנייה, גדול בזרם שנכרך, קצר בזמן הדיפת פלמה, אין הלהבות מחדש כשהוא מככב זרם קיבולי או אינדוקטיבי, והמתח עודף נמוך.
- חיים חשמליים ארוכים: ניתן לשבור באופן רציף 19 פעמים עם קיבולת מלאה של 50kA, עם זרם שבירה מצטבר של 4200kA, מחזור תחזוקה ארוך, מתאים למצבים בהם מתבצעת פעולה תדירה.
- חוזק בידוד גבוה: גז ה-SF₆ יכול לעבור מבחני בידוד שונים עם שוליים גדולים תחת לחץ של 0.3MPa. לאחר שהזרם המצטבר של השבירה מגיע ל-3000kA, כל נקודת השבירה יכולה לשאת מתח בתדר של 250kV במשך דקה אחת תחת לחץ של 0.3MPa, ועדיין יכולה לשאת מתח בתדר של 166.4kV כאשר לחץ גז ה-SF₆ מתכווץ ללחץ אפס.
- ביצועים טובים של חסימה: תוכן המים של גז ה-SF₆ הוא נמוך יחסית. חדר הכיבוי, ההתנגדויות והמכסים יכולים להיות מחולקים לקומפרטמנים גזי עצמאיים כדי למנוע כניסה של מלכלכים ומים פנימה למחסום.
- כוח פעולה קטן ומשובח חלק: היחס בין צילינדר העבודה של המכשיר לנקודת הקשר הכיבוי הוא 1∶1, והמכשיר בעל תכונות יציבות. יציבות התכונות של המכשיר יכולה להגיע ל-3000 פעמים (10000 פעמים בסביבת המבחן), והרעש במהלך הפעולה הוא פחות מ-90dB.
2 ניתוח נקודות הסיכון באתר תחזוקת תחנת כוח
2.1 סוגים ומאפיינים של נקודות הסיכון
נקודות הסיכון באתר תחזוקת תחנת כוח כוללות בעיקר ארבעה סוגים: סיכונים חשמליים, סיכונים מכניים, סיכונים כימיים וגורמים סביבתיים. נקודות הסיכון הללו עשויות להוות איום ישיר או עקיף על הבטיחות האישית של עובדי תחזוקה.
- סיכונים חשמליים: נגרמים עקב נזק לבידוד הציוד או שגיאות פעולה, מתבטאים בעיקר במתח גבוה ופלמות. מכיוון שהמחסום נושא מתח גבוה במהלך הפעילות ויש לו השפעות קיבוליות ואינדוקטיביות, עלולים להישאר מטענים שאריות אפילו במצב פתוח, מה שגורם לפגיעות חשמליות. פלמות עשויות לייצר טמפרטורות גבוהות ולהוביל לפיחות.
- סיכונים מכניים: הסיכונים מגיעים בעיקר מהרכיבים המכניים של הציוד. אם לא מופעלים ותחזקו בצורה נכונה, ייתכן ותיפגעו או תפגעו על ידי חלקים מסתובבים או נעים.
- סיכונים כימיים: גז ה-SF₆ יציב בטמפרטורת החדר, אך מתחיל להתפרק תחת השפעת נפלמים, קורונה, ועוד. שאיפה של הגז שנוצר עלולה לגרום לדיזונוריס, אדמת ריאות, ואפילו מוות.
- סיכונים סביבתיים: ביצוע תחזוקה בשעות מזג אוויר כמו ברק ורוח חזקה לא רק מגדיל את הקושי של עבודה זו, אלא גם מוסיף סיכונים בלתי נשלטים לעובדי תחזוקה. בנוסף, בעיות כמו רוחב נשימה גרוע וחלל קטן בסביבת תחזוקה עלולים להגדיל את הסכנה של תחזוקה באתר.
2.2 ניתוח סיבות נקודות הסיכון
הסיבות לנקודות הסיכון באתר תחזוקת תחנת כוח כוללות בעיקר גורמים קשורים לציוד, גורמים אנושיים וגורמים סביבתיים. עם עלייה במספר פעולות תחזוקה, מעלות הנזק והבזק של הציוד, מה שמביא להפחתת הביצועים החשמליים והגביר את הסיכונים לתאונות.
בגלל איכות לא אחידה של עובדי תחזוקה, חלק מהם חסרים הבנה מספקת של מבנה הציוד ועקרונות הפעולה, ועשויים להתנהג באופסיביות במהלך הפעולות הממשיות. למשל, בשל חוסר זהירות מספיק, אנשים עשויים לגעת בחלקים חשמליים באופן לא מכוון או להשתמש בכלי עבודה לא נכון, מה שיכול להפעיל ישירות תאונות בטיחות.
לגבי מגנט ה-SF₆, הסיכונים מגיעים בעיקר מהמאפיינים הכימיים שלהם. חומרים רעילים שנוצרים בתנאים מסוימים עלולים להצטבר בתוך הבית בשל מגבלות סביבתיות, מה שמקבל את רמת הסכנה.
3 מיקום נקודות הסיכון טכנולוגיות שליטה בטיחות
3.1 שיטות מיקום נקודות הסיכון
- טכנולוגיית חיישן אופטי: טכנולוגיית חיישן אופטי היא בעלת ביצועים מצוינים בבידוד ועמידות בפני הפרעות אלקטרומגנטיות. היא יכולה למדוד בצורה יעילה את הבריאות המבנית והפרמטרים החשמליים של מגנט ה-SF₆, לאסוף ולנתח נתונים בזמן אמת, ולזהות באופן מהיר תקלות פוטנציאליות ונקודות סיכון.
- רשת חיישנים אלחוטית: רשת חיישנים אלחוטית מורכבת ממספר רב של נקודות חיישן. מטרתה העיקרית היא למדוד פרמטרים סביבתיים, מצב הציוד ומידע מיקום של עובדי תחזוקה בזמן אמת. הרשת בעלת תכונות ארגון עצמי, התאמה עצמית ועמידות בפני הפרעות, ויכולה להתאים לתנאי סביבה מורכבים ומגוונים באתר, תוך מתן מעקב ומיקום בזמן אמת של נקודות הסיכון.
- טכנולוגיית ראייה מכנית ותמונה תרמית אינפרא-אדום: טכנולוגיית ראייה מכנית יכולה לזהות ומיקום נקודות סיכון פוטנציאליות, כגון כבלים חשופים וציוד פגום, על ידי التقاط וניתוח תמונות באתר; בעוד שתמונה תרמית אינפרא-אדום יכולה למדוד את התפלגות הטמפרטורה של הציוד בזמן אמת ולמפות בדיוק נקודות תקלות ונקודות סיכון פוטנציאליות.
3.2 מודל תחזית נקודות סיכון בהתבסס על ניתוח נתונים
בזמננו, אינטליגנציה, דיגיטציה, אוטומציה ושילוב הם מגמות המרכזיות של רשת החשמל בסין, והשימוש בטכנולוגיות אינטליגנציה מלאכותית ונתונים גדולים מ Maher the development process. During the maintenance of SF₆ circuit breakers, a hazard point prediction model based on data analysis is established, which mainly includes four steps: data collection, data preprocessing, feature engineering, and model training.
- Data collection: Obtained through various sensors, operation records of monitoring equipment, etc. To improve the accuracy of the model, a large amount of comprehensive data should be collected as much as possible.
- Data preprocessing: Preprocess the original data (outlier detection and processing, data transformation, etc.) to improve data quality and lay the foundation for subsequent feature engineering and model training.
- Feature engineering: After preprocessing is completed, useful features for hazard point prediction need to be selected from a large amount of data. These features should have good discrimination and predictive ability to improve the accuracy of the model.
- Model training: SVM (Support Vector Machine) is a commonly used classification and regression analysis method. It separates different categories of data by finding the optimal hyperplane, maximizing the classification interval between the two types of data.
3.3 Safety Control Technology Strategies
To improve the accuracy and practicality of location technologies, big data and artificial intelligence technologies should be utilized, and machine learning algorithms should be applied to intelligently identify and predict hazard points in substation maintenance sites, providing more accurate location information for maintenance personnel and reducing the risk of accidents. In substation maintenance sites, data from various sensors should be fused to improve the accuracy of location and the accuracy of the model. Applying augmented reality (AR) technology, which integrates virtual information with the real world, can enable maintenance personnel to better understand the equipment structure and thus solve the problem of operational errors. Relevant parties should strengthen the management of on - site maintenance work and strictly follow the operation procedures for maintenance (see Figure 1). At the same time, develop intelligent wearable devices for maintenance personnel to obtain their location information in real - time and monitor them in real - time to ensure safety.
4 Conclusion
In substation maintenance sites, accurately identifying and locating hazard points is the key to ensuring the safety of SF₆ circuit breaker maintenance sites. Through in - depth research on the working principles and characteristics of SF₆ circuit breakers, it is found that chemical factors are the main non - negligible hazard points during their maintenance process. To effectively deal with risks, new technologies, new concepts, and new methods should be used for pre - event prevention, predicting potential risks in advance, and providing early - warning information for maintenance personnel to ensure the smooth progress of maintenance operations.
