Hoogspannings SF₆ schakelaars zijn het meest gebruikte schakelapparaat in elektriciteitscentrales. Regelmatige inspectie en onderhoud ervan zijn cruciaal voor het waarborgen van de stabiele werking van het elektriciteitsnet. Echter, op het gebied van het onderhoud van elektriciteitscentrales, vooral tijdens het onderhoud van hoogspannings SF₆ schakelaars, bestaan er talrijke gevaarlijke punten (zoals vergiftiging, elektrische schokken, enz.), die het persoonlijk veiligheid van de werknemers ernstig bedreigen. Op basis hiervan analyseert dit artikel vanuit het perspectief van locatie en veiligheidscontroletechnologieën, met als doel de veiligheid van het onderhoud van elektriciteitscentrales te verbeteren en het ongevalrisico te verlagen.
1 Analyse van werking en kenmerken
1.1 Fysische en chemische eigenschappen van SF₆ gas
Het SF₆-molecuul bestaat uit één zwavelatoom en zes fluoratomen, met een atoommassa van 146,06, 5,135 keer zwaarder dan lucht. Onder 150°C vertoont SF₆ gas goede chemische inertie en reageert het niet chemisch met gewone metalen, kunststoffen en andere materialen in schakelaars. Daarom wordt het beschouwd als een kleurloos, geurloos, niet-giftig en doorzichtig brandbaar gas, dat over het algemeen moeilijk te ontbinden is (onoplosbaar in transformatorolie en weinig oplosbaar in water). Echter, door het openen en sluiten van schakelaars ondergaat SF₆ gas gedeeltelijke ontbinding onder invloed van ontladingen en bogen, waardoor ontbindingsproducten in gasvorm of poedervorm ontstaan, zoals metaalfluoriden, SOF₂, SO₂F₄, enz., die zeer schadelijk zijn voor de mens. Waaronder SF₆ gas ontbindt en dissociëert onder invloed van bogen (moleculen met een polyatomische structuur ontbinden in individuele atomen of geladen deeltjesgassen), en de interne veranderingen versterken de thermische en elektrische geleidbaarheid.
1.2 Werking van hoogspannings SF₆ schakelaars
De SF₆ schakelaar bestaat uit drie verticale porseleinen isolatie-eenheden, elk met een gasblusbooggasruimte. Dit ontwerp maakt de schakelaar compact, terwijl het goede isolatie- en boogdoofeigenschappen heeft. De gasblusbooggasruimte is het kernonderdeel van de hoogspannings SF₆ schakelaar, en wordt gevuld met SF₆ gas via buizen die verbonden zijn met de drie boogdoofruimtes. Wanneer de schakelaar wordt geopend, scheidt het regelbare contact zich van het vaste contact, wat een boog veroorzaakt. Op dat moment blies het SF₆ gas in de boogdoofruimte snel naar de boog door de buizen, en maakt gebruik van de isolatie- en boogdoofeigenschappen van het gas om de boog snel te doven. Bovendien zijn de veerverwerkingseenheid en de bijbehorende single-box controleapparatuur belangrijke componenten voor het aandrijven en controleren van de beweging van de contacten van de hoogspannings SF₆ schakelaar. Het bestaat meestal uit veren, stangen, overbrengingsmechanismen, microprocessors of programmeerbare logicacontrollers. Wanneer de schakelaar moet worden geopend of gesloten, geeft de controleapparatuur een instructie om de veerverwerkingseenheid te laten werken en de beweegbare contacten dienovereenkomstig te laten bewegen.
1.3 Prestatiekenmerken van hoogspannings SF₆ schakelaars
In vergelijking met lucht en transformatorolie heeft SF₆ gas de eigenschappen van hoge isolatiesterkte, uitstekende boogdoofprestaties en kleine volume, en heeft brede toepassingsperspectieven in het hoogspanningskrachtgebied.
- Blokkeringseffect: Het speelt volledig de blaaseffecten van de gasstroom. De boogdoofruimte is klein van formaat, eenvoudig van structuur, groot in onderbrekingsstroom, kort in boogtijd, heeft geen heraansteken bij het onderbreken van capacitaire of inductieve stroom, en heeft lage overspanning.
- Lange elektrische levensduur: Het kan 19 keer opeenvolgend onderbreken bij volle capaciteit van 50 kA, met een cumulatieve onderbrekingsstroom van 4200 kA, lange onderhoudscyclus, en is geschikt voor vaak gebruikte scenario's.
- Hoge isolatiesterkte: SF₆ gas kan verschillende isolatietests met een grote marge doorstaan bij 0,3 MPa. Naarmate de cumulatieve onderbrekingsstroom 3000 kA bereikt, kan elke onderbrekingsopening 250 kV netfrequentie spanning binnen 1 minuut verdragen bij 0,3 MPa, en kan nog steeds 166,4 kV netfrequentie spanning verdragen wanneer de SF₆ gasdruk tot nul barometrische druk daalt.
- Goede dichtheid: Het watergehalte van SF₆ gas is relatief laag. De boogdoofruimte, weerstanden en dragers kunnen worden verdeeld in onafhankelijke gascompartimenten om vuil en vocht te voorkomen dat deze het interieur van de schakelaar binnendringen.
- Kleine bedrijfskracht en gladde demping: Het overbrengingsverhouding tussen de werkcilinder van het mechanisme en de boogdoofcontacten is 1:1, en het mechanisme heeft stabiele kenmerken. De stabiliteit van de mechanische kenmerken kan 3000 keer (10000 keer in de testomgeving) bereiken, en het bedrijfsgeruis is minder dan 90 dB.
2 Analyse van gevaarlijke punten op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales
2.1 Soorten en kenmerken van gevaarlijke punten
Gevaarlijke punten op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales omvatten voornamelijk vier soorten: elektrische gevaren, mechanische gevaren, chemische gevaren en milieu factoren. Deze gevaarlijke punten kunnen direct of indirect de persoonlijke veiligheid van het onderhoudspersoneel bedreigen.
- Elektrische gevaren: Verwekt door isolatieschade aan apparatuur of operationele fouten, voornamelijk uitgedrukt als hoge spanning en bogen. Aangezien de schakelaar tijdens de werking hoge spanning draagt en capacitive en inductieve effecten heeft, kunnen resterende ladingen zelfs in de openstaande toestand nog bestaan, wat kan leiden tot elektrische schokken. Bogen kunnen hoge temperaturen genereren en branden veroorzaken.
- Mechanische gevaren: De gevaren komen voornamelijk van de mechanische componenten van de apparatuur. Indien niet correct bediend en onderhouden, kan men bekneld raken of gestoten worden door draaiende of bewegende delen.
- Chemische gevaren: SF₆ gas is stabiel bij kamertemperatuur, maar begint te ontbinden onder invloed van bogen, corona, enz. Inademing van het geproduceerde gas kan duizeligheid, longoedeem of zelfs de dood veroorzaken.
- Milieu gevaren: Onderhoud uitvoeren bij weersomstandigheden zoals onweer en sterke wind verhoogt niet alleen de moeilijkheid van het onderhoud, maar brengt ook oncontroleerbare risico's met zich mee voor het onderhoudspersoneel. Bovendien kunnen problemen zoals slechte ventilatie en kleine ruimte in de onderhoudsomgeving het gevaar van het ter plaatse uitgevoerde onderhoud verhogen.
2.2 Analyse van de oorzaken van gevaarlijke punten
De oorzaken van gevaarlijke punten op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales omvatten voornamelijk apparatuurrelatieve, mensgerelateerde en milieufactoren. Met de toename van het aantal onderhoudsactiviteiten neemt de mate van slijtage van de apparatuur toe, wat leidt tot een afname van de elektrische prestaties en een hoger ongevalrisico.
Vanwege de ongelijke kwaliteit van het onderhoudspersoneel hebben sommigen daarvan onvoldoende kennis van de constructie en werking van de apparatuur, en kunnen zij nalatig zijn tijdens de werkelijke operaties. Bijvoorbeeld, door een gebrek aan voldoende waakzaamheid kunnen personeelsleden per ongeluk live delen aanraken of gereedschap onjuist gebruiken, wat rechtstreeks veiligheidsongevallen kan veroorzaken.
Voor SF₆ schakelaars ontstaan de gevaren voornamelijk uit hun chemische eigenschappen. Giftige stoffen die onder specifieke omstandigheden ontstaan, kunnen zich door omgevingsbeperkingen ophopen in gesloten ruimtes, waardoor het gevaarlijke niveau verder verhoogd wordt.
3 Lokalisatie van gevaarlijke punten en veiligheidscontrole technologieën
3.1 Methoden voor lokalisatie van gevaarlijke punten
- Fibre optische sensortechnologie: Fibre optische sensortechnologie heeft uitstekende isolatieprestaties en anti-elektromagnetische interferentievermogen. Het kan effectief de structuurkwaliteit en elektrische parameters van SF₆ schakelaars monitoren, data in real-time verzamelen en analyseren, en potentiële storingen en veiligheidsrisico's tijdig detecteren.
- Wireloze sensornetwerk: Een wireloos sensornetwerk bestaat uit een groot aantal sensorknopen. Het hoofddoel is om omgevingsparameters, toestand van de apparatuur en locatie-informatie van het onderhoudspersoneel in real-time te monitoren. Het netwerk heeft de eigenschappen van zelforganisatie, zelfadaptatie en anti-interferentie, en kan zich aanpassen aan de complexe en veranderlijke omgevingscondities ter plaatse, waardoor real-time monitoring en lokalisatie van gevaarlijke punten mogelijk wordt.
- Machinevisie en infraroodthermografietechnologie: Machinevisietechnologie kan potentiele gevaarlijke punten, zoals blootgestelde kabels en beschadigde apparatuur, identificeren en lokaliseren door opnames en analyses van plaatselijke beelden; terwijl infraroodthermografietechnologie de temperatuurverdeling van de apparatuur in real-time kan monitoren en storingen en potentiële risicopunten nauwkeurig kan lokaliseren.
3.2 Voorspellingsmodel voor gevaarlijke punten gebaseerd op gegevensanalyse
Momenteel zijn intelligentie, digitalisering, automatisering en integratie de belangrijkste trends in China's elektriciteitsnet, en de toepassing van kunstmatige intelligentie en big data-technologieën heeft dit ontwikkelingsproces versneld. Tijdens het onderhoud van SF₆ schakelaars wordt een voorspellingsmodel voor gevaarlijke punten gebaseerd op gegevensanalyse opgesteld, dat voornamelijk bestaat uit vier stappen: gegevensverzameling, gegevensvoorbereiding, feature engineering en modeltraining.
- Gegevensverzameling: Verkregen via diverse sensoren, bewerkingsrecords van monitorapparatuur, enz. Om de nauwkeurigheid van het model te verbeteren, zou zo veel mogelijk een grote hoeveelheid omvattende gegevens moeten worden verzameld.
- Gegevensvoorbereiding: Voorbereiding van de originele gegevens (detectie en verwerking van uitschieters, gegevenstransformatie, enz.) om de gegevenskwaliteit te verbeteren en de grondslag te leggen voor latere feature engineering en modeltraining.
- Feature engineering: Na de voorbereiding selecteert men nuttige kenmerken voor de voorspelling van gevaarlijke punten uit een grote hoeveelheid gegevens. Deze kenmerken moeten goede discriminatie- en voorspellende vermogens hebben om de nauwkeurigheid van het model te verbeteren.
- Modeltraining: SVM (Support Vector Machine) is een veelgebruikte methode voor classificatie- en regressieanalyse. Het scheidt verschillende categorieën gegevens door het vinden van de optimale hyperplane, waardoor de klassificatie-interval tussen de twee soorten gegevens maximaal wordt.
3.3 Strategieën voor veiligheidscontrole technologieën
Om de nauwkeurigheid en bruikbaarheid van lokalisatietechnologieën te verbeteren, moeten big data en kunstmatige intelligentie-technologieën worden ingezet, en machine learning-algoritmen worden toegepast om gevaarlijke punten op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales intelligent te identificeren en te voorspellen, zodat meer accurate locatie-informatie wordt geleverd aan het onderhoudspersoneel en het ongevalrisico wordt verlaagd. Op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales moeten gegevens van diverse sensoren worden gefuseerd om de nauwkeurigheid van de lokalisatie en het model te verbeteren. Door augmented reality (AR)-technologie toe te passen, die virtuele informatie integreert met de echte wereld, kunnen onderhoudspersoneelsleden de apparatuurstructuur beter begrijpen en hierdoor het probleem van operationele fouten oplossen. Betrokken partijen moeten het beheer van ter plaatse uitgevoerd onderhoud versterken en strikt de onderhoudsprocedures volgen (zie Figuur 1). Tegelijkertijd moeten intelligente draagbare apparaten voor onderhoudspersoneelsleden worden ontwikkeld om hun locatie-informatie in real-time te verkrijgen en hen in real-time te monitoren om de veiligheid te waarborgen.
4 Conclusie
Op onderhoudsplaatsen van elektriciteitscentrales is het nauwkeurig identificeren en lokaliseren van gevaarlijke punten cruciaal voor de veiligheid van SF₆ schakelaar-onderhoudsplaatsen. Door een diepgaande studie van de werking en kenmerken van SF₆ schakelaars, blijkt dat chemische factoren de belangrijkste niet te negeren gevaarlijke punten zijn tijdens hun onderhoudsproces. Om risico's effectief te hanteren, moeten nieuwe technologieën, concepten en methoden worden gebruikt voor preventie vóór het incident, om potentiële risico's vooraf te voorspellen en vroegtijdige waarschuwingsinformatie te leveren aan het onderhoudspersoneel, teneinde het soepele verloop van het onderhoud te waarborgen.
