Високонапоинските SF₆ преклопачи се најшироко користат како уреди за преклопување во подстанции. Редовната инспекција и одржуване на нив е критична за осигурување на стабилната работа на системот за електропридаоча. Меѓутоа, во полето на одржувањето на подстанциите, особено при одржувањето на високонапоинските SF₆ преклопачи, постојат многу опасни точки (како отровување, електрични шокови итн.), кои сериозно претставуваат загроза за личната безбедност на работниците. Со оглед на тоа, овој труд анализира од гледиште на локација и технологии за контрола на безопасност, со цел да се подобри безопасноста на операциите за одржување на подстанции и да се намали процентот на несреќи.
1 Анализа на работните принципи и карактеристики
1.1 Физички и хемиски својства на гасот SF₆
Молекулата SF₆ е состоена од еден атом џелезо и шест атоми флуор, со атомска маса 146,06, што е 5,135 пати тешка од воздухот. Под 150°C, гасот SF₆ покажува добра хемиска инертност и не хемиски реагира со обични метали, пластмаси и други материјали во преклопачите. Затоа, го сметаат за бесцветен, без мирис, нетоксичен и прозрачен невоспламенлив гас, кој е општо тешко разложлив (нерастворлив во трансформаторно масло и малку растворлив во вода). Меѓутоа, преку отварањето и затворањето на преклопачите, гасот SF₆ делично се разлажува под влијание на испуштање и дугови, формирајќи разложени производи во гасна или прашевидна форма, како метални флуориди, SOF₂, SO₂F₄ итн., кои се екстремно шtetни за човечкото тело. Од нив, гасот SF₆ се разлажува и дисоцира под влијание на дугови (молекули со полиатомска структура се разлажуваат во едноатомски или заредени честички гасови), и внатрешните промени го зголемуваат неговиот термален и електричен проводливост.
1.2 Работен принцип на високонапоинските SF₆ преклопачи
Преклопачите SF₆ се состоени од три вертикални порцелански изолаторски единици, секоја со камера за гасно блеење на дугови. Оваа дизајн прави преклопачот компактен, со добро изолативно и дугогасечно перформанса. Камерата за гасно блеење на дугови е критичен компонент на високонапоинските преклопачи SF₆, и е наполнета со гас SF₆ преку цеви поврзани со трите камери за гасно блеење. Кога преклопачот се отвори, управуваната контакт се одделува од фиксираната контакт, што го создава дугот. Тогаш, гасот SF₆ во камерата за гасно блеење брзо се исипува кон дугот преку цевите, користејќи изолативните и дугогасечките својства на гасот за брзо гасење на дугот. Поради тоа, пружинскиот механизам за работа и неговата једнофазна контролна опрема се клучни компоненти за управување со движењето на контакти на високонапоинските преклопачи SF₆. Обично се состои од пружини, врвки, преносни механизми, микропроцесори или програмирани логички контролери. Кога преклопачот треба да се отвори или затвори, контролната опрема дава инструкции за да се активира пружинскиот механизам и да се движи управуваната контакт соодветно.
1.3 Перформансни карактеристики на високонапоинските SF₆ преклопачи
Споредено со воздухот и трансформаторното масло, гасот SF₆ има карактеристики на висока изолативна јачина, отлична дугогасечка перформанса и мала зафатна површина, и има широки перспективи за применување во полето на високонапоинската електропридаоча.
- Блокирачки ефект: Вполно се исцрпи гасниот ефект на блеење. Камерата за гасно блеење е малава, соедина, со голема стрмувања, кратко време на дуга, нема повторно запалување кога се преклопува капацитивна или индуктивна струја, и има ниско надворешно напонување.
- Долга електрична животна доба: Може да се преклопува 19 пати со пун капацитет од 50kA, со накумулирана стрмувања од 4200kA, долг период на одржување, и е прифатлив за често користење.
- Висока изолативна јачина: Гасот SF₆ може да мине различни изолативни тестови со голема маржа под 0,3MPa. Кога накумулираната стрмувања достигне 3000kA, секој преклопач може да издразди сетен напон од 250kV во минута под 0,3MPa, и все уште може да издразди сетен напон од 166,4kV кога притискот на гасот SF₆ се намали до нула.
- Добра герметичност: Содржината на влага во гасот SF₆ е релативно мала. Камерата за гасно блеење, резисторите и опорите можат да се поделат во независни гасни компартменти за да се спречи ултравањето на праш и влага во внатрешноста на преклопачот.
- Мала работна моќ и гладко амортизиране: Односот на пренос меѓу работната цев на механизмот и контактите за гасно блеење е 1:1, и механизмот има стабилни карактеристики. Стабилноста на карактеристиките на механизмот може да достигне 3000 пати (10000 пати во тест средина), и нивото на шум е помало од 90dB.
2 Анализа на опасните точки на местата за одржување на подстанции
2.1 Типови и карактеристики на опасните точки
Опасните точки на местата за одржување на подстанции вклучуваат главно четири типови: електрични опасности, механички опасности, хемиски опасности и фактори од околина. Овие опасни точки можат директно или индиректно да загрозат личната безбедност на работниците за одржување.
- Електрични опасности: Каузирани од повреда на изолацијата на опремата или оперативни грешки, главно се манифестираат како висок напон и дугови. Бидејќи преклопачите носат висок напон во текот на работа и имаат капацитивен и индуктивен ефект, може да постојат остаточни наелектризации и кога се во отворено состојба, што доведува до електрични ударии. Дуговите може да генерираат високи температури и да предизвикаат пожар.
- Механички опасности: Опасностите главно доаѓаат од механичките компоненти на опремата. Ако не се правилно оперирани и одржуваат, може да се уловат или удари со ротирачки или движечки делови.
- Хемиски опасности: Гасот SF₆ е стабилен при собна температура, но почнува да се разлажува под влијание на дугови, корона итн. Вдишувањето на генериран гас може да предизвика замурнување, плуџна воденост или дорде смрт.
- Околински опасности: Вршење на одржување во временско услови како грмеж и јаки ветрови не само зголемува трудноста на работата, туку и носи неконтролируем ризик за работниците. Поради тоа, проблеми како слаба вентилација и мала просторна површина во средината за одржување исто така може да зголемат опасноста на месечното одржување.
2.2 Анализа на причините за опасните точки
Причините за опасните точки на местата за одржување на подстанции вклучуваат фактори поврзани со опремата, луѓето и околината. Со зголемувањето на бројот на операции за одржување, степенот на износување на опремата се зголемува, што доведува до пониска електрична перформанса и повисок ризик од несреќи.
Збогувајќи на неравномерната квалитет на работниците за одржување, некои од нив недостасуваат доволно разбирање за структурата и работните принципи на опремата, и може да бидат небрежни во актуелната работа. На пример, поради недостаток на доволна бдителност, луѓето може случайно да допре живи делови или несоодветно да користат алатки, што може директно да иницира безбедносни несреќи.
За преклопачите SF₆, опасностите главно потекнуваат од нивните хемиски својства. Отровни вещества генерирано под специфични услови се веројатно да се накумулираат во затворено пространство поради ограничувања на околината, што дополнително го зголемува нивото на опасност.
3 Локализација на опасните точки и технологии за контрола на безопасност
3.1 Методи за локализација на опасните точки
- Технологија на оптичко влакно: Технологијата на оптичко влакно има одлични изолативни својства и способност за противодействие на електромагнетна интерференција. Може ефективно да мониторира здравјето на структурата и електричните параметри на преклопачите SF₆, да собира и анализа податоци во реално време, и да ги детектира потенцијалните грешки и опасности на безбедноста.
- Безжична сензорска мрежа: Безжичната сензорска мрежа е состоена од голем број сензорски јазли. Нејзината главна цел е да мониторира екологијските параметри, состојбата на опремата и информацијата за локација на работниците за одржување во реално време. Мрежата има карактеристики на саморганизација, самоприспособување и противодействие на интерференција, и може да се прилагоди на комплексните и променливи екологијски услови на местото, реализирајќи реално време мониторинг и локализација на опасните точки.
- Машинско видение и инфрачервена термографска технологија: Машинското видение може да идентификува и локализира потенцијалните опасни точки, како што се открити кабели и повредена опрема, со зачувување и анализа на сликите од местото; додека инфрачервената термографска технологија може да мониторира распределбата на температурата на опремата во реално време и точно да локализира точките на грешка и потенцијалните ризични точки.
3.2 Прогнозна модель на опасните точки базирана на анализа на податоци
Во моментов, интелигенцијата, дигитализацијата, автоматизацијата и интеграцијата се главни тенденции во кинеската мрежа за електропридаоча, и примената на технологиите на вештачка интелигенција и големи податоци го забрзала овој процес на развој. Во текот на одржувањето на преклопачите SF₆, се изградува прогнозна модель на опасните точки базирана на анализа на податоци, која вклучува главно четири чекора: собирање на податоци, претпроцесирање на податоци, инженерство на карактеристики и тренирање на моделот.
- Собирање на податоци: Придобивени преку различни сензори, записници на функционирање на опремата за мониторинг итн. За да се подобри точноста на моделот, треба да се собере колку што е можно поголема количина на комплетни податоци.
- Претпроцесирање на податоци: Претпроцесирање на оригинален податоци (детекција и обработка на извонредни вредности, трансформација на податоци итн.) за да се подобри квалитетот на податоците и да се постават основи за последователното инженерство на карактеристики и тренирање на моделот.
- Инженерство на карактеристики: По завршување на претпроцесирањето, потребно е да се изберат корисни карактеристики за прогноза на опасните точки од голема количина на податоци. Овие карактеристики треба да имаат добра дискриминативна и прогнозна способност за да се подобри точноста на моделот.
- Тренирање на моделот: SVM (Support Vector Machine) е заедничка метода за класификација и регресиона анализа. Тој ги одвојува различните категории на податоци со пронаоѓање на оптималната хиперравнина, максимизирајќи го интервалот за класификација помеѓу два типови на податоци.
3.3 Стратегии за технологии за контрола на безопасност
За да се подобри точноста и практичноста на технологии за локализација, треба да се користат технологии за големи податоци и вештачка интелигенција, и да се применат алгоритми за машинско учење за интелигентна идентификација и прогноза на опасните точки на местата за одржување на подстанции, што овозможува да се достават почетни информации за локација на работниците за одржување и да се намали ризикот од несреќи. На местата за одржување на подстанции, треба да се фузионираат податоци од различни сензори за да се подобри точноста на локализација и точноста на моделот. Примената на технологијата за подобрена реалност (AR), која интегрира виртуелни информации со реалниот свет, може да овозможи работниците за одржување да разберат подобро структурата на опремата и така да се реши проблемот со оперативни грешки. Соодветните страни треба да ја усиначат управата на работата за одржување на местото и строго да следат процедури за функционирање за одржување (види Слика 1). Исто така, треба да се разработат интелигентни носливи уреди за работниците за одржување за да се добиваат нивните информации за локација во реално време и да се врши реално време мониторинг за да се осигура безопасноста.
4 Заклучок
На местата за одржување на подстанции, точната идентификација и локализација на опасните точки е критична за осигурување на безопасноста на местата за одржување на преклопачите SF₆. Навлезувајќи во дубоко истражување на работните принципи и карактеристиките на преклопачите SF₆, се установи дека хемиските фактори се главни непрефрлени опасни точки во текот на нивното одржување. За ефективно справување со ризици, треба да се користат нови технологии, нови концепти и нови методи за предупредување пред се случи, предвидување на потенцијални ризици и доставање на предупредителни информации за работниците за одржување за да се осигура гладко текло на работите за одржување.
