Høyspennings SF₆ brytere er den mest brukte slags utstyr i understasjoner. Regelmessig inspeksjon og vedlikehold av dem er viktig for å sikre stabilt drift av kraftsystemet. Imidlertid, i feltet for understasjonens vedlikehold, spesielt under vedlikehold av høyspennings SF₆ brytere, finnes det mange farepunkter (som forgiftning, elektriske støt osv.), som alvorlig truer personellens sikkerhet. Basert på dette, analyserer denne artikkelen fra perspektivet av lokalisering og sikkerhetskontrollteknologier, med mål om å forbedre sikkerheten i vedlikeholdsoperasjoner i understasjoner og redusere ulykkestallet.
1 Analyse av arbeidsprinsipper og kjennetegn
1.1 Fysiske og kjemiske egenskaper til SF₆-gass
SF₆-molekylet består av et svovelatom og seks fluoratomer, med en atommasse på 146,06, 5,135 ganger tyngre enn luft. Under 150°C viser SF₆-gassen gode kjemiske inertsegenskaper og reagerer ikke kjemisk med vanlige metall, plastikker og andre materialer i brytere. Derfor betraktes den som en farvefri, lugtfri, giftfri og gjennomsiktig ubrennbart gass, som generelt er vanskelig å dekomponere (uløselig i transformatorolje og lite løselig i vann). Imidlertid gjennom åpne og lukke operasjoner av skruer, underverken av utslipp og buer, dannes dekomponeringsprodukter i gassform eller pulverform, som metallsalpeter, SOF₂, SO₂F₄ osv., som er ekstremt skadelige for mennesket. Blant disse dekomponerer SF₆-gassen og disosierer seg under virkningen av buer (molekyler med polyatomstruktur dekomponerer seg til enkelte atomer eller ladete partikkelgasser), og interne endringer øker dens varme- og elektrisk ledeevne.
1.2 Arbeidsprinsipp for høyspennings SF₆ brytere
SF₆ bryteren består av tre vertikale porseleinkollektorer, hver med en gasblåsarkuttingskammer. Denne designet gjør bryteren kompakt, samtidig som den har gode isolerende og arkuttingskapasiteter. Gasblåsarkuttingkammeret er kjernekomponenten i høyspennings SF₆ brytere, og det fylles med SF₆-gass gjennom rør som forbinder de tre arkuttingskamrene. Når bryteren åpnes, skiller kontrollkontakten seg fra den faste kontakten, noe som genererer en bue. I dette tidsrommet blåser SF₆-gassen i arkuttingskammeret raskt mot bue gjennom rør, og bruker gassens isolerende og arkuttingskapasiteter for å raskt kvitte bue. I tillegg er fjæropereringsmekanismen og dens enekassekontrollekipering nøkkeldeler for å drive og kontrollere bevegelsen av kontakter i høyspennings SF₆ brytere. Det består vanligvis av fjærer, koblingslenker, overføringsmekanismer, mikroprosessorer eller programmerbare logikkontroller. Når bryteren må åpnes eller lukkes, gir kontrollkiperingen en instruksjon for å få fjæropereringsmekanismen til å handle og drive den bevegelige kontakten tilsvarende.
1.3 Ytelseskarakteristika for høyspennings SF₆ brytere
Sammenlignet med luft og transformatorolje, har SF₆-gassen egenskapene høy isoleringsstyrke, fremragende arkuttingskapasitet og liten volum, og har bred anvendelse i høyspenningskraftfeltet.
- Blokkerende effekt: Den fullt ut utnytter gassflytens arkuttingsvirkning. Arkuttingskammeret er lite, enkelt i struktur, stor brytekapasitet, kort arkingstid, ingen gnisting når det knuses kapasitiv eller induktiv strøm, og lav overvoltage.
- Lang elektrisk levetid: Den kan konsekvent knuse 19 ganger ved full kapasitet på 50kA, med en akkumulert brytekapasitet på 4200kA, lang vedlikeholdsperiode, og er egnet for ofte-opererte scenarier.
- Høy isoleringsstyrke: SF₆-gassen kan passere ulike isoleringsprøver med stor marg under 0,3MPa. Etter at den akkumulerte brytekapasiteten nådd 3000kA, kan hver bryteport standholde en nettfrekvensspenning på 250kV i inntil ett minutt under 0,3MPa, og kan fortsatt standholde en nettfrekvensspenning på 166,4kV når SF₆-gasspresset nedsatt til null absolutt trykk.
- God tetningskapasitet: Vanninnholdet i SF₆-gassen er relativt lavt. Arkuttingskammeret, motstander og støtter kan deles inn i uavhengige gasskompartementer for å hindre smuss og fuktighet i å tre inn i bryterens indre.
- Liten driftskraft og jevn demping: Overføringsforholdet mellom mekanismens arbeidsylinder og arkuttingskontakten er 1∶1, og mekanismen har stabile egenskaper. Stabiliteten av mekanismeegenskapene kan nå 3000 ganger (10000 ganger i testmiljø), og driftsstøy er mindre enn 90dB.
2 Analyse av farepunkter på vedlikeholdssteder i understasjoner
2.1 Typer og kjennetegn av farepunkter
Farepunkter på vedlikeholdssteder i understasjoner inkluderer hovedsakelig fire typer: elektriske farer, mekaniske farer, kjemiske farer og miljømessige faktorer. Disse farepunktene kan direkte eller indirekte truede vedlikeholdsansatte sine personlige sikkerhet.
- Elektriske farer: Forårsaket av utstyrs isoleringsbeskadigelse eller operasjonsfeil, hovedsakelig manifestert som høy spenning og buer. Siden bryteren bærer høy spenning under drift og har kapasitive og induktive effekter, kan restladninger fremdeles eksistere selv når den er i åpen sirkeltilstand, som fører til elektriske støtsskader. Buer kan generere høye temperaturer og forårsake branner.
- Mekaniske farer: Farerne kommer hovedsakelig fra utstyrets mekaniske komponenter. Hvis ikke riktig operert og vedlikeholdt, kan man bli klemt eller rammet av roterende eller bevegende deler.
- Kjemiske farer: SF₆-gassen er stabil ved romtemperatur, men den begynner å dekomponere seg under virkningen av buer, korona osv. Innhaling av den genererte gassen kan føre til svimmelhet, lungesyre eller til og med død.
- Miljømessige farer: Vedlikehold utført i værforhold som torden og sterke vind, øker ikke bare vanskeligheten av vedlikeholdsarbeidet, men bringer også ukontrollerte risikoer til vedlikeholdsansatte. I tillegg, problemer som dårlig ventilasjon og liten plass i vedlikeholdsområdet, kan også øke fareren ved påsted vedlikehold.
2.2 Analyse av årsaker til farepunkter
Årsakene til farepunkter på vedlikeholdssteder i understasjoner inkluderer hovedsakelig utstyrrelaterte, menneskerelaterte og miljømessige faktorer. Med økende antall vedlikeholdsoperasjoner, øker graden av utstyrs slitasje, som fører til en nedgang i elektrisk ytelse og høyere risiko for ulykker.
På grunn av ulik kvalitet av vedlikeholdsansatte, mangler noen av dem tilstrekkelig forståelse av utstyrsstrukturen og arbeidsprinsippene, og kan være uoppmerksomme under faktiske operasjoner. For eksempel, på grunn av mangel på tilstrekkelig oppmerksomhet, kan ansatte ved uhell røre levende deler eller bruke verktøy upassende, noe som kan direkte utløse sikkerhetsulykker.
For SF₆ brytere, kommer farerne hovedsakelig fra deres kjemiske egenskaper. Giftprodukter generert under spesielle betingelser er sannsynlig å akkumulere inne på grunn av miljøbetingelser, som ytterligere øker faregraden.
3 Lokalisering av farepunkter og sikkerhetskontrollteknologier
3.1 Metoder for lokaliseringsfarepunkter
- Fiber sensor teknologi: Fiber sensor teknologi har fremragende isoleringskapasitet og anti-elektromagnetisk støy. Den kan effektivt overvåke strukturell helse og elektriske parametre til SF₆ brytere, samle og analysere data i sanntid, og raskt oppdage potensielle feil og sikkerhetsrisikoer.
- Trådløs sensornettverk: Et trådløst sensornettverk består av et stort antall sensornoder. Dets hovedformål er å overvåke miljøparametre, utstyrstatus og lokalisering av vedlikeholdsansatte i sanntid. Nettverket har egenskaper som selvorganisering, selvtillpasning og anti-støy, og kan tilpasse seg komplekse og endelige miljøforhold på stedet, realisere sanntidsovervåking og lokalisering av farepunkter.
- Maskinvision og infrarødt termisk bilde: Maskinvision teknologi kan identifisere og lokalisere potensielle farepunkter, som utslittede kabler og skadet utstyr, ved å ta og analysere bilder på stedet; mens infrarødt termisk bilde kan overvåke utstyrets temperaturfordeling i sanntid og nøyaktig lokalisere feilpunkter og potensielle risikopunkter.
3.2 Farepunktsprediksjonsmodell basert på dataanalyse
I dag er intelligens, digitalisering, automatisering og integrering de hovedtrendene i Kinas kraftnett, og bruken av kunstig intelligens og store datateknologier har akselerert denne utviklingsprosessen. Under vedlikehold av SF₆ brytere, etableres en farepunktsprediksjonsmodell basert på dataanalyse, som hovedsakelig inkluderer fire trinn: datainnsamling, dataprosessering, funksjonsingeniøring og modelltrening.
- Datainnsamling: Hentet gjennom ulike sensorer, overvåkingsutstyr logging, etc. For å forbedre modellens nøyaktighet, skal så mye omfattende data som mulig samles inn.
- Dataprosessering: Prosesse rådata (utenlyste deteksjon og behandling, datatransformering, etc.) for å forbedre datakvaliteten og legge grunnlaget for senere funksjonsingeniøring og modelltrening.
- Funksjonsingeniøring: Etter prosessering er fullført, skal nyttige funksjoner for farepunktsprediksjon velges fra et stort datamengde. Disse funksjonene skal ha god diskriminerende og prediktiv evne for å forbedre modellens nøyaktighet.
- Modelltrening: SVM (Støttevektmaskin) er en vanlig brukt klassifikasjon og regresjonsanalysemetode. Den separerer ulike kategorier av data ved å finne den optimale hyperplanet, maksimerer klasseintervallet mellom to typer data.
3.3 Sikkerhetskontrollteknologi strategier
For å forbedre nøyaktigheten og praktisk anvendeligheten av lokaliseringsteknologier, bør store data og kunstig intelligens teknologier benyttes, og maskinlæringsalgoritmer bør anvendes for intelligent identifisering og prediksjon av farepunkter på vedlikeholdssteder i understasjoner, for å gi mer nøyaktig lokalisering informasjon til vedlikeholdsansatte og redusere risikoen for ulykker. På vedlikeholdssteder i understasjoner, bør data fra ulike sensorer flettes for å forbedre nøyaktigheten av lokalisering og nøyaktigheten av modellen. Ved å anvende forsterket virkelighet (AR) teknologi, som integrerer virtuell informasjon med den virkelige verden, kan vedlikeholdsansatte bedre forstå utstyrsstrukturen og dermed løse problemet med operasjonsfeil. Relevante parter bør styrke forvaltningen av påsted vedlikeholdsarbeid og strengt følge vedlikeholdsprosedyrer (se figur 1). Samtidig, utvikle intelligente bærbar utstyr for vedlikeholdsansatte for å få deres lokalisering informasjon i sanntid og overvåke dem i sanntid for å sikre sikkerheten.
4 Konklusjon
På vedlikeholdssteder i understasjoner, er nøyaktig identifisering og lokalisering av farepunkter nøkkelen til å sikre sikkerheten ved vedlikehold av SF₆ brytere. Gjennom dypgående forskning på arbeidsprinsipp og kjennetegn av SF₆ brytere, blir det funnet at kjemiske faktorer er de hovedmessige unegtelige farepunkter under vedlikeholdet. For å effektivt håndtere risikoer, bør nye teknologier, nye konsepter og nye metoder brukes for forebyggelse, forutsigelse av potensielle risikoer i forhånd, og gi varsling informasjon til vedlikeholdsansatte for å sikre glatt gjennomføring av vedlikeholdsoperasjoner.
