Pemutus sirkuit SF₆ tegangan tinggi adalah peralatan pengalihan yang paling banyak digunakan di substation. Pemeriksaan dan pemeliharaan rutin mereka sangat penting untuk memastikan operasi stabil sistem tenaga listrik. Namun, dalam bidang pemeliharaan substation, terutama selama pemeliharaan pemutus sirkuit SF₆ tegangan tinggi, terdapat banyak titik bahaya (seperti keracunan, kejutan listrik, dll.), yang sangat mengancam keselamatan pribadi pekerja. Berdasarkan hal ini, makalah ini menganalisis dari perspektif lokasi dan teknologi kontrol keamanan, bertujuan untuk meningkatkan keamanan operasi pemeliharaan substation dan mengurangi tingkat kecelakaan.
1 Analisis Prinsip Kerja dan Karakteristik
1.1 Sifat Fisika dan Kimia Gas SF₆
Molekul SF₆ terdiri dari satu atom belerang dan enam atom fluor, dengan berat atom 146,06, 5,135 kali lebih berat daripada udara. Di bawah 150°C, gas SF₆ menunjukkan ketahanan kimia yang baik dan tidak bereaksi secara kimia dengan logam umum, plastik, dan bahan lainnya di dalam pemutus sirkuit. Oleh karena itu, gas ini dianggap sebagai gas tak berwarna, tak berbau, tidak beracun, dan transparan yang tidak mudah terbakar, yang biasanya sulit terurai (tak larut dalam minyak transformator dan sedikit larut dalam air). Namun, melalui operasi buka-tutup switch, gas SF₆ mengalami dekomposisi sebagian di bawah efek discharge dan busur, membentuk produk dekomposisi dalam bentuk gas atau serbuk, seperti fluoride logam, SOF₂, SO₂F₄, dll., yang sangat berbahaya bagi tubuh manusia. Dalam hal ini, gas SF₆ terdekomposisi dan terdisosiasi di bawah efek busur (molekul dengan struktur poliatomik terdekomposisi menjadi atom tunggal atau gas partikel bermuatan), dan perubahan internal meningkatkan konduktivitas panas dan listriknya.
1.2 Prinsip Kerja Pemutus Sirkuit SF₆ Tegangan Tinggi
Pemutus sirkuit SF₆ terdiri dari tiga unit isolator porcelen vertikal, masing-masing memiliki ruang pemadam busur tekanan gas. Desain ini membuat pemutus sirkuit kompak, sambil memiliki kinerja isolasi dan pemadaman busur yang baik. Ruang pemadam busur tekanan gas adalah komponen inti dari pemutus sirkuit SF₆ tegangan tinggi, dan diisi dengan gas SF₆ melalui pipa yang terhubung ke tiga ruang pemadam busur. Ketika pemutus sirkuit dibuka, kontak yang dapat dikendalikan terpisah dari kontak tetap, menghasilkan busur. Pada saat itu, gas SF₆ di dalam ruang pemadam busur cepat ditiup ke arah busur melalui pipa, menggunakan sifat isolasi dan pemadaman busur gas untuk segera memadamkan busur. Selain itu, mekanisme operasi pegas dan peralatan kontrol kotak tunggal adalah komponen kunci untuk menggerakkan dan mengontrol gerakan kontak pemutus sirkuit SF₆ tegangan tinggi. Biasanya terdiri dari pegas, batang penghubung, mekanisme transmisi, mikroprosesor, atau pengontrol logika yang diprogram. Ketika pemutus sirkuit perlu dibuka atau ditutup, peralatan kontrol mengeluarkan instruksi untuk membuat mekanisme operasi pegas bekerja dan menggerakkan kontak yang dapat bergerak sesuai dengan itu.
1.3 Karakteristik Kinerja Pemutus Sirkuit SF₆ Tegangan Tinggi
Dibandingkan dengan udara dan minyak transformator, gas SF₆ memiliki karakteristik kekuatan isolasi tinggi, kinerja pemadaman busur yang luar biasa, dan volume kecil, dan memiliki prospek aplikasi yang luas di bidang tenaga listrik tegangan tinggi.
- Efek penyumbatan: Memberikan efek tiupan busur gas secara maksimal. Ruang pemadam busur berukuran kecil, sederhana, arus pemutusan besar, waktu busur pendek, tidak ada renggangan saat memutus arus kapasitif atau induktif, dan over-voltage rendah.
- Umur servis listrik panjang: Dapat memutus 19 kali berturut-turut pada kapasitas penuh 50kA, dengan arus pemutusan kumulatif 4200kA, siklus pemeliharaan panjang, dan cocok untuk skenario yang sering dioperasikan.
- Kekuatan isolasi tinggi: Gas SF₆ dapat melewati berbagai uji isolasi dengan margin besar pada 0,3MPa. Setelah arus pemutusan kumulatif mencapai 3000kA, setiap port pemutusan dapat menahan tegangan frekuensi daya 250kV dalam 1 menit pada 0,3MPa, dan masih dapat menahan tegangan frekuensi daya 166,4kV ketika tekanan gas SF₆ dikurangi menjadi nol tekanan gauge.
- Kinerja penyegelan yang baik: Kandungan air gas SF₆ relatif rendah. Ruang pemadam busur, resistor, dan penyangga dapat dibagi menjadi kompartemen gas independen untuk mencegah masuknya kotoran dan kelembaban ke dalam pemutus sirkuit.
- Daya operasi kecil dan peredaman yang lancar: Rasio antara silinder kerja mekanisme dan kontak pemadam busur adalah 1∶1, dan mekanisme memiliki karakteristik stabil. Stabilitas karakteristik mekanisme dapat mencapai 3000 kali (10000 kali dalam lingkungan uji), dan kebisingan operasi kurang dari 90dB.
2 Analisis Titik Bahaya di Lokasi Pemeliharaan Substation
2.1 Jenis dan Karakteristik Titik Bahaya
Titik bahaya di lokasi pemeliharaan substation terutama mencakup empat jenis: bahaya listrik, bahaya mekanis, bahaya kimia, dan faktor lingkungan. Titik bahaya ini mungkin secara langsung atau tidak langsung mengancam keselamatan pribadi personel pemeliharaan.
- Bahaya listrik: Disebabkan oleh kerusakan isolasi peralatan atau kesalahan operasional, terutama ditunjukkan sebagai tegangan tinggi dan busur. Karena pemutus sirkuit membawa tegangan tinggi selama operasi dan memiliki efek kapasitif dan induktif, muatan residu mungkin masih ada bahkan ketika dalam keadaan terputus, menyebabkan cedera kejutan listrik. Busur mungkin menghasilkan suhu tinggi dan menyebabkan kebakaran.
- Bahaya mekanis: Bahaya utamanya berasal dari komponen mekanis peralatan. Jika tidak dioperasikan dan dipelihara dengan benar, seseorang mungkin terjepit atau tertabrak oleh bagian yang berputar atau bergerak.
- Bahaya kimia: Gas SF₆ stabil pada suhu ruangan, tetapi mulai terdekomposisi di bawah efek busur, corona, dll. Menghirup gas yang dihasilkan dapat menyebabkan pusing, edema paru, atau bahkan kematian.
- Bahaya lingkungan: Melakukan pemeliharaan dalam cuaca seperti petir dan angin kencang tidak hanya meningkatkan kesulitan pekerjaan pemeliharaan tetapi juga membawa risiko yang tidak terkendali bagi personel pemeliharaan. Selain itu, masalah seperti ventilasi buruk dan ruang kecil di lingkungan pemeliharaan juga dapat meningkatkan bahaya pemeliharaan di lapangan.
2.2 Analisis Penyebab Titik Bahaya
Penyebab titik bahaya di lokasi pemeliharaan substation terutama mencakup faktor peralatan, faktor manusia, dan faktor lingkungan. Dengan peningkatan jumlah operasi pemeliharaan, derajat keausan peralatan meningkat, menyebabkan penurunan kinerja listrik dan risiko kecelakaan yang lebih tinggi.
Karena kualitas personel pemeliharaan yang tidak merata, beberapa di antaranya kurang memahami struktur dan prinsip kerja peralatan, dan mungkin ceroboh selama operasi aktual. Misalnya, karena kurangnya kewaspadaan yang cukup, personel mungkin secara tidak sengaja menyentuh bagian hidup atau menggunakan alat dengan tidak tepat, yang mungkin secara langsung memicu kecelakaan keselamatan.
Untuk pemutus sirkuit SF₆, bahaya utamanya berasal dari sifat kimianya. Zat beracun yang dihasilkan dalam kondisi tertentu cenderung menumpuk di dalam ruangan karena keterbatasan lingkungan, yang semakin meningkatkan tingkat bahaya.
3 Metode Lokasi Titik Bahaya dan Teknologi Kontrol Keamanan
3.1 Metode Lokasi Titik Bahaya
- Teknologi sensor serat optik: Teknologi sensor serat optik memiliki kinerja isolasi yang luar biasa dan kemampuan anti-gangguan elektromagnetik. Ini dapat secara efektif memantau kesehatan struktural dan parameter listrik pemutus sirkuit SF₆, mengumpulkan dan menganalisis data secara real-time, dan mendeteksi potensi kerusakan dan bahaya keamanan dengan cepat.
- Jaringan sensor nirkabel: Jaringan sensor nirkabel terdiri dari sejumlah besar node sensor. Tujuan utamanya adalah untuk memantau parameter lingkungan, status peralatan, dan informasi lokasi personel pemeliharaan secara real-time. Jaringan ini memiliki karakteristik self-organization, self-adaptation, dan anti-interference, dan dapat menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungan yang kompleks dan berubah-ubah di lapangan, mewujudkan pemantauan dan lokasi titik bahaya secara real-time.
- Teknologi visi mesin dan termografi inframerah: Teknologi visi mesin dapat mengidentifikasi dan melokalisasi titik bahaya potensial, seperti kabel yang terpapar dan peralatan yang rusak, dengan menangkap dan menganalisis gambar di lapangan; sementara teknologi termografi inframerah dapat memantau distribusi suhu peralatan secara real-time dan secara akurat melokalisasi titik kerusakan dan titik risiko potensial.
3.2 Model Prediksi Titik Bahaya Berbasis Analisis Data
Saat ini, kecerdasan, digitalisasi, otomatisasi, dan integrasi adalah tren utama jaringan listrik China, dan penerapan teknologi kecerdasan buatan dan big data telah mempercepat proses perkembangan ini. Selama pemeliharaan pemutus sirkuit SF₆, model prediksi titik bahaya berbasis analisis data dibangun, yang terutama mencakup empat langkah: pengumpulan data, pra-pemrosesan data, rekayasa fitur, dan pelatihan model.
- Pengumpulan data: Diperoleh melalui berbagai sensor, catatan operasional peralatan pemantauan, dll. Untuk meningkatkan akurasi model, sebaiknya sebanyak mungkin mengumpulkan data yang komprehensif.
- Pra-pemrosesan data: Pra-pemrosesan data asli (deteksi dan pemrosesan outlier, transformasi data, dll.) untuk meningkatkan kualitas data dan menyiapkan dasar untuk rekayasa fitur dan pelatihan model selanjutnya.
- Rekayasa fitur: Setelah pra-pemrosesan selesai, fitur yang berguna untuk prediksi titik bahaya perlu dipilih dari sejumlah besar data. Fitur-fitur ini harus memiliki diskriminasi dan kemampuan prediktif yang baik untuk meningkatkan akurasi model.
- Pelatihan model: SVM (Support Vector Machine) adalah metode analisis klasifikasi dan regresi yang umum digunakan. Ia memisahkan data dari kategori yang berbeda dengan menemukan hiperplane optimal, memaksimalkan interval klasifikasi antara dua jenis data tersebut.
3.3 Strategi Teknologi Kontrol Keamanan
Untuk meningkatkan akurasi dan praktikalitas teknologi lokasi, seharusnya memanfaatkan teknologi big data dan kecerdasan buatan, serta menerapkan algoritma pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi dan memprediksi titik bahaya di lokasi pemeliharaan substation secara cerdas, memberikan informasi lokasi yang lebih akurat untuk personel pemeliharaan dan mengurangi risiko kecelakaan. Di lokasi pemeliharaan substation, data dari berbagai sensor harus disatukan untuk meningkatkan akurasi lokasi dan akurasi model. Menerapkan teknologi reality augmented (AR), yang mengintegrasikan informasi virtual dengan dunia nyata, dapat memungkinkan personel pemeliharaan memahami struktur peralatan dengan lebih baik, sehingga menyelesaikan masalah kesalahan operasional. Pihak terkait seharusnya memperkuat manajemen pekerjaan pemeliharaan di lapangan dan secara ketat mengikuti prosedur operasional pemeliharaan (lihat Gambar 1). Pada saat yang sama, kembangkan perangkat wearable cerdas untuk personel pemeliharaan untuk mendapatkan informasi lokasi mereka secara real-time dan memantau mereka secara real-time untuk memastikan keamanan.
4 Kesimpulan
Di lokasi pemeliharaan substation, mengidentifikasi dan melokalisasi titik bahaya dengan akurat adalah kunci untuk memastikan keselamatan lokasi pemeliharaan pemutus sirkuit SF₆. Melalui penelitian mendalam tentang prinsip kerja dan karakteristik pemutus sirkuit SF₆, ditemukan bahwa faktor kimia adalah titik bahaya utama yang tidak dapat diabaikan selama proses pemeliharaannya. Untuk mengatasi risiko secara efektif, seharusnya menggunakan teknologi, konsep, dan metode baru untuk pencegahan sebelum kejadian, memprediksi risiko potensial secara dini, dan memberikan informasi peringatan dini untuk personel pemeliharaan untuk memastikan kelancaran operasi pemeliharaan.
