Visokonaponi prekidači s SF₆ gasom su najšire prihvaćeni tip prekidača u pretvorima. Redovita inspekcija i održavanje ovih uređaja ključni su za osiguranje stabilnog rada električnog sustava. Međutim, na području održavanja pretvornih stanica, posebno tijekom održavanja visokonaponskih prekidača s SF₆ gasom, postoji mnogo točaka opasnosti (poput otrovanja, šokiranja strujom itd.), što ozbiljno prijeti osobnoj sigurnosti radnika. Na temelju toga, ovaj rad analizira s aspekta lokacije i tehnologija sigurnosnog upravljanja, s ciljem poboljšanja sigurnosti operacija održavanja pretvornih stanica i smanjenja stopa nesreća.
1 Analiza radnih principa i karakteristika
1.1 Fizičko-kemijske svojstva SF₆ plina
Molekula SF₆ sastoji se od jednog atoma sirovine i šest atoma fluorina, s atomscom masom od 146,06, što je 5,135 puta teža od zraka. Ispod 150°C, SF₆ plin pokazuje dobru kemijsku inertnost i ne reagira kemijski s običnim kovinicima, plastikama i drugim materijalima u prekidačima. Stoga se smatra bezbojnim, bezmirkovitim, netoksičnim i prozirnim nezahtjevnim plinom, koji je općenito težak za dekompoziciju (nerastvoriv u transformatornom ulju i rijetko rastvoriv u vodi). Međutim, tijekom otvaranja i zatvaranja prekidača, SF₆ plin djelomično se dekomponira pod utjecajem isparki i lukova, stvarajući dekompozitne proizvode u plinskom ili prahastom obliku, poput metalnih fluorida, SOF₂, SO₂F₄ itd., koji su izuzetno štetni za ljudsko tijelo. Uključujući to, SF₆ plin se dekomponira i disocira pod utjecajem luka (molekule s poliatomskom strukturom se dekomponiraju u pojedinačne atome ili plinove napunjeni naelektranim česticama), a unutarnje promjene povećavaju njegovu toplinsku i električnu vodljivost.
1.2 Radni princip visokonaponskih prekidača s SF₆ plinom
Prekidač s SF₆ plinom sastoji se od tri vertikalna porcelanska izolatorska jedinica, svaka s komorom za ugasevanje luka s plinskim potisnim sustavom. Ovaj dizajn čini prekidač kompaktnim, uz dobre izolacijske i ugasevne performanse. Komora za ugasevanje luka s plinskim potisnim sustavom je ključna komponenta visokonaponskog prekidača s SF₆ plinom, i puni se SF₆ plinom putem cjevova povezanih s tri komore za ugasevanje luka. Kada se prekidač otvori, kontrolni kontakt odvoji se od fiksiranog kontakta, generirajući luk. Tada SF₆ plin u komori za ugasevanje luka brzo puše prema luku kroz cjevove, koristeći izolacijska i ugasevna svojstva plina kako bi brzo ugasio luk. Također, mjenjač sa spring mehanizmom i njegovo jedinicično kontrolno opremu su ključne komponente za pokretanje i kontrolu pokreta kontakata visokonaponskog prekidača s SF₆ plinom. Obično se sastoji od springova, spojnica, prenosnih mehanizama, mikroprocesora ili programabilnih logičkih kontrolera. Kada je potrebno otvoriti ili zatvoriti prekidač, kontrolna oprema daje naredbu da mjenjač sa spring mehanizmom djeluje i pokrene pokret kontakta prema potrebi.
1.3 Performansne karakteristike visokonaponskih prekidača s SF₆ plinom
U usporedbi s zrakom i transformatornim uljem, SF₆ plin ima karakteristike visoke izolacijske snage, odlične performanse u ugasevanju luka i male volumene, te ima široke primjene u visokonaponskom energetskom polju.
- Efekt blokiranja: Potpuno iskorištava efekt plinskog potiska. Komora za ugasevanje luka je mala, jednostavna konstrukcija, veliki prekidni tok, kratko vrijeme luka, nema ponovnog zapaljenja prilikom prekida kapacitivnog ili induktivnog toka, te niski prenapon.
- Dugačak električni život: Može neprekidno prekidati 19 puta na punoj kapacitetu od 50 kA, s kumulativnim prekidnim tokom od 4200 kA, dug trajanje održavanja, i pogodan je za često korištene scenarije.
- Visoka izolacijska snaga: SF₆ plin može proći razne testove izolacije s velikim rezervom pri 0,3 MPa. Nakon što kumulativni prekidni tok doseže 3000 kA, svaki prekidni priključak može izdržati naponsku frekvencu od 250 kV u roku od 1 minute pri 0,3 MPa, i može još izdržati naponsku frekvencu od 166,4 kV kada pritisak SF₆ plina pada na nultu indikacijsku vrijednost.
- Dobri sigurnosni performansi: Vlaga u SF₆ plinu je relativno niska. Komora za ugasevanje luka, otpornici i nosači mogu biti podijeljeni u neovisne plinske komore kako bi se spriječilo ulaganje bradi i vlage unutar prekidača.
- Mali radni snaga i gladko buferiranje: Omjer između radnog stuba mehanizma i kontakta za ugasevanje luka je 1:1, a mehanizam ima stabilne karakteristike. Stabilnost karakteristika mehanizma može dosegnuti 3000 puta (10000 puta u testnoj okolini), a razina buke pri radu je manja od 90 dB.
2 Analiza točaka opasnosti na lokacijama održavanja pretvornih stanica
2.1 Tipovi i karakteristike točaka opasnosti
Točke opasnosti na lokacijama održavanja pretvornih stanica uglavnom uključuju četiri vrste: elektroopasnosti, mehaničke opasnosti, kemijske opasnosti i faktori okoline. Te točke opasnosti mogu direktno ili indirektno prijetiti osobnoj sigurnosti održavatelja.
- Elektroopasnosti: Izazvane oštećenjem izolacije opreme ili greškama u upotrebi, glavno se manifestiraju kao visoki napon i luke. Budući da prekidač nose visoki napon tijekom rada i ima kapacitivne i induktivne efekte, ostatak naboja može i dalje postojati čak i kada je u otvorenom stanju, što može dovesti do šokiranja strujom. Lukovi mogu generirati visoku temperaturu i uzrokovati požar.
- Mehaničke opasnosti: Opasnosti uglavnom potječu od mehaničkih dijelova opreme. Ako se ne upravljaju i održavaju pravilno, može doći do zategivanja ili udaranja rotirajućim ili pokretnim dijelovima.
- Kemijske opasnosti: SF₆ plin je stabilan pri sobnoj temperaturi, ali počinje se dekomponirati pod utjecajem luka, korone itd. Udvajanje nastalog plina može uzrokovati zamgljenost, plućnu edemu ili čak i smrt.
- Opasnosti okoline: Održavanje u vremenskim uvjetima poput grmljavine i jakog vjetra ne samo povećava težinu održavanja, već donosi i nekontrolirane rizike održavateljima. Također, problemi poput loše ventilacije i malog prostora u okruženju održavanja također mogu povećati opasnost na mjestu održavanja.
2.2 Analiza uzroka točaka opasnosti
Uzroci točaka opasnosti na lokacijama održavanja pretvornih stanica uglavnom uključuju opreme, ljudske i okolišne faktore. S povećanjem broja održavateljskih operacija, povećava se stupanj izgorevanja opreme, što dovodi do pada električnih performansi i veće rizike od nesreća.
Zbog neravnomjernog kvalitete održavatelja, neki od njih nemaju dovoljno razumijevanje strukture opreme i radnih principa, i mogu biti negligentni tijekom stvarnih operacija. Na primjer, zbog nedostatka dovoljne pažnje, ljudi mogu slučajno dodirnuti podnapetim dijelovima ili nepravilno koristiti alate, što može direktno pokrenuti sigurnosne nesreće.
Za prekidače s SF₆ plinom, opasnosti uglavnom proizlaze iz njihovih kemijskih svojstava. Toxični materijali generirani u specifičnim uvjetima mogu se nakupiti unutar zgrade zbog ograničenja okoline, što dodatno povećava rizik.
3 Lokacija točaka opasnosti i tehnologije sigurnosnog upravljanja
3.1 Metode lokacije točaka opasnosti
- Tehnologija optičkog vlakna: Tehnologija optičkog vlakna ima izvrsne izolacijske performanse i sposobnost otpornosti na elektromagnetsku interferenciju. Može efikasno nadgledati strukturno zdravlje i električke parametre prekidača s SF₆ plinom, prikupljati i analizirati podatke u stvarnom vremenu, i pravočasno otkriti potencijalne greške i sigurnosne rizike.
- Bežična senzorska mreža: Bežična senzorska mreža sastoji se od velikog broja senzorskih čvorova. Njena glavna svrha je stvarno-vremensko praćenje okolišnih parametara, statusa opreme i lokacijskih informacija održavatelja. Mreža ima karakteristike samoodrzivosti, samoadaptivnosti i otpornosti na interferenciju, i može se prilagoditi složenim i promjenjivim okolišnim uvjetima na mjestu, omogućujući stvarno-vremensko praćenje i lokaciju točaka opasnosti.
- Tehnologija mašinskog vida i infracrvene termografske tehnologije: Tehnologija mašinskog vida može prepoznati i lokirati potencijalne točke opasnosti, poput izloženih kabela i oštećene opreme, uhvaćajući i analizirajući sliku na mjestu; dok infracrvena termografska tehnologija može stvarno-vremenski nadgledati raspodjelu temperature opreme i precizno lokirati točke greške i potencijalne rizike.
3.2 Prediktivni model točaka opasnosti temeljen na analizi podataka
Trenutno, inteligencija, digitalizacija, automatizacija i integracija su glavne tendencije u kineskoj mreži, a primjena tehnologija umjetne inteligencije i velikih podataka ubrzala je taj razvojni proces. Tijekom održavanja prekidača s SF₆ plinom, stvara se prediktivni model točaka opasnosti temeljen na analizi podataka, koji uključuje glavno četiri koraka: prikupljanje podataka, predprocesiranje podataka, inženjering značajki i trening modela.
- Prikupljanje podataka: Dobiveno putem različitih senzora, zapisnika o radu nadzorne opreme itd. Za poboljšanje točnosti modela, treba prikupiti što više kompletnih podataka.
- Predprocesiranje podataka: Predprocesiranje izvornih podataka (otkrivanje i obrada anomalija, transformacija podataka itd.) kako bi se poboljšala kvaliteta podataka i položio temelj za sljedeći inženjering značajki i trening modela.
- Inženjering značajki: Nakon završetka predprocesiranja, potrebno je odabrati korisne značajke za predviđanje točaka opasnosti iz velikog broja podataka. Te značajke trebaju imati dobru diskriminativnost i prediktivnu sposobnost kako bi se poboljšala točnost modela.
- Trening modela: SVM (Support Vector Machine) je često korištena metoda za klasifikaciju i regresijsku analizu. Odvaja različite kategorije podataka pronađući optimalnu hiper-ravninu, maksimizirajući interval klasifikacije između dvije vrste podataka.
3.3 Strategije sigurnosnih kontrolnih tehnologija
Za poboljšanje točnosti i praktičnosti tehnologija lokacije, trebalo bi iskoristiti tehnologije velikih podataka i umjetne inteligencije, te primijeniti algoritme strojnog učenja za inteligentno prepoznavanje i predviđanje točaka opasnosti na lokacijama održavanja pretvornih stanica, pružajući održavateljima preciznije informacije o lokaciji i smanjujući rizik od nesreća. Na lokacijama održavanja pretvornih stanica, trebalo bi kombinirati podatke iz različitih senzora kako bi se poboljšala točnost lokacije i točnost modela. Primjenom tehnologije proširene stvarnosti (AR), koja integriše virtualne informacije s stvarnim svijetom, održavatelji mogu bolje razumjeti strukturu opreme, rješavajući problem grešaka u upotrebi. Prijavljene strane trebale bi jačati upravljanje radom na mjestu održavanja i strogo pridržavati postupke održavanja (vidi Sliku 1). Također, trebalo bi razviti inteligentne nošne uređaje za održavatelje kako bi se stvarno-vremenski dobivale njihove lokacijske informacije i stvarno-vremenski nadgledali kako bi se osigurala sigurnost.
4 Zaključak
Na lokacijama održavanja pretvornih stanica, točno prepoznavanje i lokacija točaka opasnosti ključni su za osiguranje sigurnosti mjesto održavanja prekidača s SF₆ plinom. Tijekom dubokog istraživanja radnih principa i karakteristika prekidača s SF₆ plinom, otkriveno je da su kemijski faktori glavni nezanemarivi točke opasnosti tijekom njihovog procesa održavanja. Za učinkovito suzbijanje rizika, trebalo bi koristiti nove tehnologije, nove koncepte i nove metode za preventivnu akciju, predviđajući potencijalne rizike unaprijed, i pružajući upozorenja održavateljima kako bi se osiguralo glatko provedenje operacija održavanja.
