Անվան կետերի և բարձր լարման SF₆ կողմնային դիմացիկների անվտանգության կառավարման տեխնոլոգիայի տեղակալումը

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Բարձր լարման SF₆ կողմիչները ամենալայնորեն օգտագործվող սահմանափակիչ սարքերն են ենթակայաններում: Նրանց կանոնավոր ստուգումը և պաշտպանությունը կրիտիկական է էլեկտրաէներգետիկ համակարգի կայուն աշխատանքի համար: Այնուամենայնիվ, ենթակայանների պաշտպանության ոլորտում, ことに高电压SF₆断路器是变电站中最广泛使用的开关设备。对其进行定期检查和维护对于确保电力系统的稳定运行至关重要。然而，在变电站维护领域，特别是在高压SF₆断路器的维护过程中，存在许多危险点（如中毒、触电等），严重威胁工作人员的人身安全。基于此，本文从位置和安全控制技术的角度进行分析，旨在提高变电站维护操作的安全性并降低事故率。 1 工作原理与特性分析 1.1 SF₆气体的物理化学性质 SF₆分子由一个硫原子和六个氟原子组成，其原子量为146.06，比空气重5.135倍。在150°C以下，SF₆气体表现出良好的化学惰性，不会与断路器中常见的金属、塑料等材料发生化学反应。因此，它被视为一种无色、无味、无毒、透明且不可燃的气体，通常难以分解（不溶于变压器油，微溶于水）。然而，通过开关的开合操作，SF₆气体在放电和电弧的作用下会发生部分分解，形成气态或粉末状的分解产物，如金属氟化物、SOF₂、SO₂F₄等，对人体极其有害。其中，SF₆气体在电弧作用下分解和解离（多原子结构的分子分解成单原子或带电粒子气体），内部变化增强了其热导率和电导率。 1.2 高压SF₆断路器的工作原理 SF₆断路器由三个垂直瓷绝缘单元组成，每个单元都有一个气吹灭弧室。这种设计使断路器紧凑，同时具有良好的绝缘和灭弧性能。气吹灭弧室是高压SF₆断路器的核心部件，通过管道连接到三个灭弧室，并充满SF₆气体。当断路器打开时，可动触头与固定触头分离，产生电弧。此时，灭弧室内的SF₆气体通过管道迅速向电弧吹去，利用气体的绝缘和灭弧性能快速熄灭电弧。此外，弹簧操动机构及其单箱控制设备是驱动和控制高压SF₆断路器触头运动的关键部件。它通常由弹簧、连杆、传动机构、微处理器或可编程逻辑控制器组成。当需要打开或关闭断路器时，控制设备发出指令，使弹簧操动机构动作并相应地驱动可动触头移动。 1.3 高压SF₆断路器的性能特点与空气和变压器油相比，SF₆气体具有高绝缘强度、优异的灭弧性能和体积小的特点，在高压电力领域具有广泛的应用前景。 - 阻塞效应：充分发挥气流的吹弧效果。灭弧室体积小、结构简单、开断电流大、燃弧时间短、开断容性或感性电流时无重燃、过电压低。 - 电气寿命长：可在全容量50kA下连续开断19次，累计开断电流达4200kA，维护周期长，适用于频繁操作场合。 - 绝缘强度高：SF₆气体在0.3MPa下能以较大裕度通过各种绝缘试验。累计开断电流达到3000kA后，在0.3MPa下每分钟各开断口可承受工频电压250kV，即使SF₆气体压力降至零表压时仍可承受工频电压166.4kV。 - 密封性能好：SF₆气体含水量较低。灭弧室、电阻器和支撑件可分成独立的气室，防止污物和湿气进入断路器内部。 - 操作功率小、缓冲平稳：机构工作缸与灭弧触头之间的传动比为1∶1，机构特性稳定。机构特性的稳定性可达3000次（试验环境下可达10000次），操作噪声小于90dB。 2 变电站维护现场危险点分析 2.1 危险点类型及特点变电站维护现场的危险点主要包括四类：电气危险、机械危险、化学危险和环境因素。这些危险点可能直接或间接威胁维护人员的人身安全。 - 电气危险：由设备绝缘损坏或操作失误引起，主要表现为高电压和电弧。由于断路器在运行中带有高电压，并具有容性和感性效应，即使在开路状态下也可能存在残余电荷，导致触电伤害。电弧可能产生高温并引发火灾。 - 机械危险：主要来自设备的机械部件。如果操作和维护不当，可能会被旋转或移动部件夹伤或撞伤。 - 化学危险：SF₆气体在常温下稳定，但在电弧、电晕等作用下开始分解。吸入生成的气体可能导致头晕、肺水肿甚至死亡。 - 环境危险：在雷雨、强风等天气条件下进行维护不仅增加了维护工作的难度，还给维护人员带来了不可控的风险。此外，维护环境中的通风不良和空间狭小等问题也可能增加现场维护的危险。 2.2 危险点成因分析变电站维护现场危险点的主要成因包括设备相关、人为因素和环境因素。随着维护操作次数的增加，设备磨损程度增加，导致电气性能下降，事故风险增大。由于维护人员素质参差不齐，部分人员对设备结构和工作原理缺乏充分了解，在实际操作中可能疏忽大意。例如，由于警惕性不足，人员可能无意中触碰带电部分或使用工具不当，这可能直接引发安全事故。对于SF₆断路器来说，危险主要源于其化学性质。特定条件下产生的有毒物质可能因环境限制而在室内积聚，进一步增加危险程度。 3 危险点定位与安全控制技术 3.1 危险点定位方法 - 光纤传感技术：光纤传感技术具有优良的绝缘性能和抗电磁干扰能力，可以有效监测SF₆断路器的结构健康状况和电气参数，实时采集和分析数据，及时发现潜在故障和安全隐患。 - 无线传感器网络：无线传感器网络由大量传感器节点组成，其主要目的是实时监测环境参数、设备状态和维护人员的位置信息。该网络具有自组织、自适应和抗干扰的特点，能够适应现场复杂多变的环境条件，实现危险点的实时监测和定位。 - 机器视觉和红外热成像技术：机器视觉技术可以通过捕捉和分析现场图像来识别和定位潜在危险点，如裸露的电缆和损坏的设备；而红外热成像技术可以实时监测设备的温度分布，准确定位故障点和潜在风险点。 3.2 基于数据分析的危险点预测模型目前，智能化、数字化、自动化和集成化是中国电网发展的主要趋势，人工智能和大数据技术的应用加速了这一发展过程。在SF₆断路器的维护过程中，建立了基于数据分析的危险点预测模型，主要包括四个步骤：数据采集、数据预处理、特征工程和模型训练。 - 数据采集：通过各种传感器、监控设备的操作记录等方式获取。为了提高模型的准确性，应尽可能多地收集大量的综合数据。 - 数据预处理：对原始数据进行预处理（异常检测和处理、数据转换等），提高数据质量，为后续特征工程和模型训练奠定基础。 - 特征工程：预处理完成后，需要从大量数据中选择对危险点预测有用的特征。这些特征应具有良好的区分能力和预测能力，以提高模型的准确性。 - 模型训练：支持向量机（SVM）是一种常用的分类和回归分析方法。它通过找到最优超平面来分离不同类别的数据，最大化两类数据之间的分类间隔。 3.3 安全控制技术策略为了提高定位技术的准确性和实用性，应利用大数据和人工智能技术，应用机器学习算法智能识别和预测变电站维护现场的危险点，为维护人员提供更准确的位置信息，降低事故风险。在变电站维护现场，应融合各种传感器的数据，提高定位精度和模型准确性。应用增强现实（AR）技术，将虚拟信息与现实世界相结合，可以使维护人员更好地理解设备结构，从而解决操作错误的问题。相关方应加强现场维护工作的管理，严格遵守维护操作规程（见图1）。同时，开发智能穿戴设备，实时获取维护人员的位置信息并进行实时监控，确保安全。 4 结论在变电站维护现场，准确识别和定位危险点是确保SF₆断路器维护现场安全的关键。通过对SF₆断路器工作原理和特性的深入研究，发现化学因素是其维护过程中不可忽视的主要危险点。为了有效应对风险，应采用新技术、新理念和新方法进行事前预防，提前预测潜在风险，并为维护人员提供预警信息，确保维护作业顺利进行。

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