A magasfeszültségi SF₆ átkötők a legáltalánosabban használt kapcsolóeszközök az alátámasztókban. Őket rendszeres ellenőrzés és karbantartás mellett kell tartani, hogy a villamos energiahálózat stabil működése biztosított legyen. Azonban az alátámasztókarbantartási területen, különösen a magasfeszültségi SF₆ átkötők karbantartása során számos veszélyhely (mint például a megmérgezés, elektromos súlyozódás stb.) fenyegeti a munkavállalók életbiztonságát. Ezen alapulva e tanulmány helyi és biztonsági ellenőrzési technológiák szempontjából elemzi a kérdést, célja a karbantartási műveletek biztonságának javítása és a baleseti ráták csökkentése.
1 Működési elvek és jellemzők elemzése
1.1 Az SF₆ gáz fizikai és kémiai tulajdonságai
Az SF₆ molekulát egy síratom és hat fluoratom alkotja, atomtömege 146,06, ami 5,135-szer nagyobb, mint a levegék. 150°C alatt az SF₆ gáz jól kifejezett kémiai inerciát mutat, és nem reagál közvetlenül a hagyományosan használt fémekkel, műanyagokkal, vagy más anyagokkal az átkötőkben. Így tekinthető színtelen, illatlan, nem-megmérgező, áttetsző, nem-égyszerű gáznak, amely általában nehéz felbomlani (nem oldódik meg transzformátorolajban, ritkán oldódik meg vízben). Azonban a kapcsolók nyitása és zárása során az SF₆ gáz részlegesen bomlik le a töltés és ívhatás alatt, gáz vagy por formájában létrejövő bomlástermékek, mint például fémfluoridok, SOF₂, SO₂F₄ stb., amelyek rendkívül ártalmasak az emberi szervezet számára. Ahol az SF₆ gáz bomlik és szétosztódik ívhatás (poliatomikus szerkezetű molekulák szétosztódnak egyszomszédú atomokba vagy töltött részecskékbe) alatt, a belső változások megerősítik a hő- és elektrikai vezetőképességét.
1.2 Magasfeszültségi SF₆ átkötők működési elve
Az SF₆ átkötő három függőleges porcelángyűrű egységből áll, mindegyiknek van egy gázsugárzó ívkioltó kamrája. Ez a kialakítás kompakt, ugyanakkor jó izoláló és ívkioltó teljesítményt biztosít. A gázsugárzó ívkioltó kamra a magasfeszültségi SF₆ átkötő legfontosabb összetevője, és SF₆ gázzal töltik fel csövek segítségével, amelyek a három ívkioltó kamrához vannak csatlakoztatva. Amikor az átkötőt nyitják, a vezérlhető kapcsolódó pont elválaszódik a rögzített kapcsolódó ponttól, ív keletkezik. Ekkor az ívkioltó kamrában található SF₆ gáz gyorsan sugárzik az ívre a csöveken keresztül, a gáz izoláló és ívkioltó tulajdonságait kihasználva gyorsan eltünteti az ívet. Továbbá a rugóvezérlő mechanizmus és annak egydobozos vezérlő berendezései kulcsszerepet játszanak a magasfeszültségi SF₆ átkötő kapcsolódó pontjainak mozgatásának és irányításának szempontjából. Általában rugókból, kapcsolóelemekből, továbbító berendezések, mikroprocesszorokból, vagy programozható logikai vezérlőkből áll. Amikor az átkötőt nyitni vagy zárni kell, a vezérlő berendezés utasítást ad, amely a rugóvezérlő mechanizmust indítja, és a mozgó kapcsolódó pontot megfelelően mozdítja.
1.3 Magasfeszültségi SF₆ átkötők teljesítményi jellemzői
Az SF₆ gáz képes magas izoláló erejre, kiváló ívkioltó teljesítményre, és kis térfogatra, ezért széles alkalmazási lehetőségek vannak a magasfeszültségi energia területén.
- Blokkoló hatás: Jól kihasználja a gázszugárzás hatását. Az ívkioltó kamra kicsi, egyszerű struktúrájú, nagy törőárammal rendelkezik, rövid ívzállási idővel, nincs újraindítás kondenzátoros vagy induktív áram esetén, és alacsony túlfeszültséggel.
- Hosszú elektromos élettartam: Folyamatosan 19 alkalommal tud 50kA teljes kapacitással törni, összegyűjtött törőárama 4200kA, hosszú karbantartási ciklus, alkalmas gyakran használt helyzetekre.
- Magas izoláló erejű: Az SF₆ gáz számos izolációs teszten jól teljesít 0,3MPa nyomás mellett. Mikor az összegyűjtött törőáram eléri 3000kA-t, minden törőport 1 percig képes 250kV hőfeszültséget viselni 0,3MPa nyomás mellett, és még mindig képes 166,4kV hőfeszültséget viselni, ha az SF₆ gáznyomás nulla lesz.
- Jó szilárdító teljesítmény: Az SF₆ gáz viztartalma alacsony. Az ívkioltó kamra, ellenállások, és támogatók független gáztartályokra oszthatók, hogy megakadályozzák a kotyorodás és a nedvesség bekerülését a kapcsolóba.
- Kis működési erő és sima ütemezés: A mechanizmus munkahengerének és az ívkioltó kapcsolódó pontnak a továbbítási aránya 1:1, a mechanizmus stabilitása jól definiált. A mechanizmus jellemvonásainak stabilitása elérhet 3000-szer (10000-szer a teszt környezetben), a működési zaj alacsonyabb 90dB-nél.
2 Veszélyhelyek elemzése az alátámasztó-karbantartási helyeken
2.1 Veszélyhelyek típusai és jellemzői
Az alátámasztó-karbantartási helyeken a veszélyhelyek főleg négy típusba sorolhatók: elektromos, gépi, kémiai, és környezeti tényezők. Ezek a veszélyhelyek közvetlenül vagy közvetetten fenyegetik a karbantartó munkavállalók életbiztonságát.
- Elektromos veszélyek: Készülékszintű hibák vagy operatív hibák eredményeként jelennek meg, főleg magas feszültség és ívek formájában. Mivel az átkötő magas feszültséggel működik, és kapacitív és induktív hatásai vannak, akkor is maradhat reziduális töltés, amikor nyitott állapotban van, ami elektromos súlyozódásokhoz vezethet. Az ívek magas hőt generálhatnak, ami tűzveszélyt jelent.
- Gépi veszélyek: A veszélyek főleg a készülékek mechanikai részeitől származnak. Ha nincs megfelelő operáció és karbantartás, a forgó vagy mozgó részek bezárhatják vagy üthetnek.
- Kémiai veszélyek: Az SF₆ gáz stabil a szobahőmérsékleten, de ívhatás, korona stb. hatására kezd bomlani. A lélegzetben befogadott gáz halálra vezethető betegségeket okozhat, mint pl. megdöbbenés, tüdőedéma, vagy halál.
- Környezeti veszélyek: A viharos, erős szélben végzett karbantartás nem csak növeli a karbantartási munkák nehézségét, hanem emellett szabályozhatatlan kockázatokat is jelent a karbantartó munkavállalók számára. Emellett a rossz szellőzettség, és a kis tér a karbantartási környezetben is növelheti a helyi karbantartás veszélyességét.
2.2 Veszélyhelyek okainak elemzése
Az alátámasztó-karbantartási helyeken a veszélyhelyek okai főleg a készülékekkel, az emberi tényezőkkel, és a környezettel kapcsolatosak. A karbantartási műveletek számának növekedésével a készülékek súlyosodásának és sérülésének mértéke is növekszik, ami csökkenti az elektromos teljesítményt, és növeli a balesetek kockázatát.
A karbantartó munkavállalók egyenletes minősége miatt, néhányuknak hiányzik a készülékek szerkezete és működési elveiről a megfelelő ismeret, és valódi műveletek során hibázhatnak. Például, elégtelen figyelemmel, a munkavállalók véletlenül érhettek élő részeket, vagy helytelenül használhatják a szerszámokat, ami közvetlenül okozhat biztonsági baleseteket.
Az SF₆ átkötők esetében a veszélyek főleg a kémiai tulajdonságokból származnak. Bizonyos feltételek mellett keletkező mérgező anyagok könnyen gyűlhetnek a környezeti korlátok miatt, belsejében, ami tovább növeli a veszélyességi szintet.
3 Veszélyhelyek helyzete és biztonsági ellenőrzési technológiák
3.1 Veszélyhelyek helyzeti módszerei
- Szoptikai érzékelő technológia: A szoptikai érzékelő technológia kiváló izoláló teljesítményt és elektromágneses interferencia-ellenálló képességet biztosít. Hatékonyan monitorozhatja az SF₆ átkötők szerkezeti egészségét és elektromos paramétereit, valós időben gyűjtheti és elemzi az adatokat, és időben felismert potenciális hibákat és biztonsági kockázatokat.
- Vezeték nélküli érzékelő hálózat: A vezeték nélküli érzékelő hálózat nagy mennyiségű érzékelő csomópontból áll. Fő célja, hogy valós időben monitorozza a környezeti paramétereket, a készülékek állapotát, és a karbantartó munkavállalók helyzet információját. A hálózat saját organizációval, adaptációval, és interferencia-ellenálló képességgel rendelkezik, és alkalmazkodhat a bonyolult, változó helyi környezeti feltételekhez, valós időben monitorozva és helyreállítva a veszélyhelyeket.
- Gépi látás és infravörös hőkép technológia: A gépi látás technológia képes felismerni és helyreállítani a potenciális veszélyhelyeket, mint például a kitartó kábelek, és sérült készülékek, a helyi képek felvétele és elemzése révén; míg az infravörös hőkép technológia valós időben monitorozhatja a készülékek hőmérséklet-eloszlását, és pontosan helyreállíthatja a hibapontokat és a potenciális kockázati pontokat.
3.2 Adatelemzés alapján épített veszélyhelyek előrejelző modellje
Jelenleg a kínai villamos hálózat főbb trendjei az intelligens, digitális, automatikus, és integrált megoldások. Az mesterséges intelligencia és nagy adat technológiák alkalmazása gyorsította ezt a fejlődési folyamatot. Az SF₆ átkötők karbantartása során egy adatelemzés alapján épített veszélyhelyek előrejelző modellt hoztak létre, amely főleg négy lépésből áll: adatgyűjtés, adatelőfeldolgozás, jellemző mérnökség, és modell tanítás.
- Adatgyűjtés: Különböző érzékelők, figyelési készülékek működési naplói stb. révén. A modell pontosságának javítása érdekében lehetőleg sok, kiterjedt adatot kell gyűjteni.
- Adatelőfeldolgozás: Az eredeti adatok előfeldolgozása (kivétel detektálás és kezelés, adatátalakítás stb.), az adatminőség javítása, és a későbbi jellemző mérnökség és modell tanítás alapjának megteremtése.
- Jellemző mérnökség: Az előfeldolgozás befejezése után a nagy mennyiségű adatból a veszélyhelyek előrejelzésére hasznos jellemzőket kell kiválasztani. Ezeknek a jellemzőknek jól különböztető és előrejelző képességgel kell rendelkezniük, hogy a modell pontosságát javítsák.
- Modell tanítás: SVM (Támogató Vektor Gép) egy gyakran használt osztályozási és regressziós elemzési módszer. Különböző osztályok adatának szétválasztásával megtalálja az optimális hipersíkot, maximalizálva a két adattípus közötti osztályozási intervallumot.
3.3 Biztonsági ellenőrzési technológia stratégiák
A helyzeti technológiák pontosságának és gyakorlati alkalmazhatóságának javítása érdekében a nagy adatok és a mesterséges intelligencia technológiáit kell felhasználni, és gépi tanulási algoritmusokat kell alkalmazni a veszélyhelyek intelligens felismerésére és előrejelzésére az alátámasztó-karbantartási helyeken, hogy pontosabb helyzeti információkat adjon a karbantartó munkavállalóknak, és csökkentse a balesetek kockázatát. Az alátámasztó-karbantartási helyeken a különböző érzékelők adatának kombinálásával javítható a helyzeti pontosság és a modell pontossága. Az általánosított valóság (AR) technológia alkalmazása, amely a virtuális információkat integrálja a való világgal, lehetővé teszi a karbantartó munkavállalóknak, hogy jobban megértsék a készülékek szerkezetét, és így megoldják az operatív hibák problémáját. A releváns feleknek erősíteniük kell a helyi karbantartási munkák menedzsmentjét, és szigorúan követniük kell a karbantartási műveletek eljárásait (lásd 1. ábrát). Ugyanakkor intelligens hordozható eszközöket kell fejleszteni a karbantartó munkavállalók számára, hogy valós időben megkapják helyzetüket, és valós időben őrizzenek rajtuk, biztosítva a biztonságot.
4 Következtetés
Az alátámasztó-karbantartási helyeken a veszélyhelyek pontos felismerése és helyzete kulcsfontosságú az SF₆ átkötők karbantartási helyeinek biztonságának biztosításához. Az SF₆ átkötők működési elveinek és jellemzőinek mélyebb kutatása alapján kiderült, hogy a kémiai tényezők a karbantartási folyamat során a legfontosabb, figyelembe vehetetlen veszélyhelyek. A kockázatok hatékony kezelése érdekében új technológiákat, új fogalmakat, és új módszereket kell alkalmazni a korai megelőzésre, hogy előre jelezze a potenciális kockázatokat, és korai figyelmeztető információkat adjon a karbantartó munkavállalóknak, biztosítva a karbantartási műveletek sikeres végrehajtását.
