Visokonapetostni preklopniki SF₆ so najpogosteje uporabljeni preklopni aparat v pretvorovalnih postajah. Redna preverjanja in vzdrževanje teh naprav je ključnega pomena za zagotavljanje stabilnega delovanja električnega sistema. Vendar pa na področju vzdrževanja pretvorovalnih postaj, še posebej med vzdrževanjem visokonapetostnih preklopnikov SF₆, obstaja veliko nevarnih točk (tako kot otravljanje, električni šok itd.), ki resno ogrožajo osebno varnost delavcev. Na tej osnovi ta članek analizira iz perspektive lokacije in tehnologij za varnostno nadzor, s ciljem izboljšati varnost operacij pri vzdrževanju pretvorovalne postaje in zmanjšati stopnjo nesreč.
1 Analiza delovnih principov in lastnosti
1.1 Fizične in kemijske lastnosti plina SF₆
Molekula SF₆ je sestavljena iz enega atoma sirovine in šestih atomov fluoridu, z atomskega teže 146,06, kar je 5,135-krat težje od zraka. Pod 150°C plin SF₆ kaže dobro kemijsko inertnost in se ne kemijsko reagira s pogostimi kovinskih materialov, plastik in drugih materialov v preklopnikih. Zato je smatrana za brezbarvni, brezvonji, netoksičen in prosojen nezgorljivi plin, ki je običajno težko razgradljiv (neraztopljen v transformatorjem olju in malo raztopljen v vodi). Vendar pa skozi odpiranje in zapiranje stikalo plin SF₆ delno razpade pod vplivom razpoloženja in luka, s tem da nastanejo razpadni proizvodi v plinskem ali prstnatem obliki, kot so metalni fluoridi, SOF₂, SO₂F₄ itd., ki so zelo škodljivi za človeško telo. Med njimi se plin SF₆ razpade in disociira pod vplivom luka (molekule z večatomsko strukturo se razpadejo v enojne atome ali naboje), kar notranje spremembe povečuje njegovo toplotno in električno prevodnost.
1.2 Delovni princip visokonapetostnih preklopnikov SF₆
Preklopnik SF₆ je sestavljen iz treh navpičnih porcelanskih izolatorjev, vsak z gasnim dušilnikom luk. Ta dizajn preklopnika naredi kompakten, hkrati pa ima dobro izolacijsko in dušilno zmogljivost. Gasni dušilnik luka je ključni sestavni del visokonapetostnega preklopnika SF₆, in je polnjen s plinom SF₆ skozi cevi, ki so povezane s tremi dušilniki luka. Ko je preklopnik odprt, se kontrolirano stikalo loči od fiksiranega stikala, s tem da se ustvari luk. V tem trenutku plin SF₆ v dušilniku luka hitro pušča proti luku skozi cevi, uporabljajoč izolacijske in dušilne lastnosti plina, da hitro ugasne luk. Poleg tega je mehanizem s prugami in njegova enojna skrinica za nadzor ključni sestavni deli za gonjenje in nadzor gibanja stikal visokonapetostnega preklopnika SF₆. Običajno je sestavljen iz prug, povezovalnih palic, prenosnih mehanizmov, mikroprocesorjev ali programabilnih logičnih nadzornikov. Ko je potrebno, da je preklopnik odprt ali zaprt, nadzorna oprema izda ukaz, da mehanizem s prugami deluje in premakne gibljivo stikalo ustrezno.
1.3 Lastnosti visokonapetostnih preklopnikov SF₆
V primerjavi z zrakom in transformatorjem oljem ima plin SF₆ lastnosti visoke izolacijske moči, odlične dušilne zmogljivosti in majhne prostornine, in ima široko uporabnost v visokonapetostnem elektroenergetskem sektorju.
- Zaporovni učinek: Plinov tok popolnoma izkoristi učinek dušenja luka. Dušilnik luka je majhen, preprost, velik za prekinitev strme, kratki luki, brez ponovnega zapalitve pri prekini kapacitivnega ali induktivnega toka, in nizek prekomerna napetost.
- Dolg električni življenjski čas: Lahko znotraj celotne zmogljivosti 50 kA prekine 19-krat, z kumulativnim prekinjenim tokom 4200 kA, dolg cikel vzdrževanja in primeren za pogosto uporabljene scenarije.
- Visoka izolacijska moč: Plin SF₆ lahko preide različne izolacijske teste z velikim margina pri 0,3 MPa. Po dosegu kumulativnega prekinjenega toka 3000 kA vsak prekinjeni vstop lahko pri 0,3 MPa prenaša omalovadni napetost 250 kV v eni minuti in še vedno prenaša omalovadni napetost 166,4 kV, ko je tlak plina SF₆ zmanjšan na ničelni relativni tlak.
- Dobra zategnitev: Vlažnost plina SF₆ je relativno nizka. Dušilnik luka, upori in nosilci lahko razdelimo na samostojne plinske komore, da se prepreči, da bi se zadeva in vlaga vstopili notranjosti preklopnika.
- Majhna delovna moč in gladko amortizacija: Premer med delovnim valjkom mehanizma in dušilnim stikalom je 1:1, in mehanizem ima stabilne lastnosti. Stabilnost lastnosti mehanizma lahko doseže 3000-krat (10000-krat v testnem okolju) in delovni šum je manjši od 90 dB.
2 Analiza nevarnih točk na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj
2.1 Vrste in lastnosti nevarnih točk
Nevarne točke na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj vključujejo predvsem štiri vrste: električne nevarnosti, mehanične nevarnosti, kemijske nevarnosti in okoljske dejavnike. Te nevarne točke lahko neposredno ali posredno ogrožajo osebno varnost osebja za vzdrževanje.
- Električne nevarnosti: Ustvarjene zaradi poškodbe izolacije opreme ali operativnih napak, predvsem se manifestirajo kot visoka napetost in luki. Ker preklopnik nosi visoko napetost med delovanjem in ima kapacitivne in induktivne učinke, lahko celo v stanju odprtih kontaktov obstajajo ostali naboji, kar povzroča električne šoke. Lukovi lahko ustvarijo visoke temperature in povzročijo požare.
- Mehanične nevarnosti: Nevarnosti so predvsem izvirale iz mehanskih komponent opreme. Če niso pravilno upravljani in vzdrževani, se lahko osebje zaplete ali udari rotirajoči ali giblji deli.
- Kemijske nevarnosti: Plin SF₆ je stabilen pri sobni temperaturi, vendar se začne razlagati pod vplivom luka, korona itd. Vduševanje nastalega plina lahko povzroči zamujanje, srčno edemo ali celo smrt.
- Okoljske nevarnosti: Izvajanje vzdrževanja v vremenskih pogojih, kot so grmljavine in močni veter, ne le poveča težave vzdrževanja, ampak tudi prinaša nekontrolirane tveganja osebju za vzdrževanje. Poleg tega lahko tudi težave, kot so slaba ventilacija in majhni prostor v vzdrževalnem okolju, povečajo nevarnost na mestu.
2.2 Analiza vzrokov nevarnih točk
Vzroki nevarnih točk na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj vključujejo predvsem opremo, ljudi in okoljske dejavnike. S povečanjem števila vzdrževalnih operacij se povečuje stopnja opreme, kar vodi do padca električnih lastnosti in višjega tveganja nesreč.
Zaradi neravnomernosti kakovosti osebja za vzdrževanje nekateri izmed njih nimajo zadostnega razumevanja strukture in delovnih principov opreme in lahko so negospodarni med dejanskimi operacijami. Na primer, zaradi pomanjkanja dovolj visoke pozornosti, lahko osebje slučajno dotakne žive dele ali napačno uporabi orodja, kar lahko neposredno sproži varnostne nesreče.
Za preklopnike SF₆ so nevarnosti predvsem izvirale iz njihovih kemijskih lastnosti. Strupene snovi, ki so nastale v določenih pogojih, so verjetno zgromadile znotraj zaradi okoljskih omejitev, kar še bolj poveča raven tveganja.
3 Lokacija nevarnih točk in tehnologije za varnostni nadzor
3.1 Metode lokacije nevarnih točk
- Senzorska tehnologija vlaknen: Senzorska tehnologija vlaknen ima odlične izolacijske lastnosti in odpornost na elektromagnetsko motnje. Lahko učinkovito spremlja strukturno zdravje in električne parametre preklopnikov SF₆, zbirajo in analizirajo podatke v realnem času in pravočasno zazname morebitne napake in varnostne tveganja.
- Brežična senzorska mreža: Brežična senzorska mreža je sestavljena iz velikega števila senzorskih vozlišč. Njen glavni namen je, da v realnem času spremlja okoljske parametre, stanje opreme in lokacijske informacije osebja za vzdrževanje. Mreža ima lastnosti samoorganizacije, samoadaptacije in odpornosti na motnje, in se lahko prilagaja kompleksnim in spremenljivim okoljskim pogoji na mestu, s tem da omogoča realnočasno spremljanje in lokacijo nevarnih točk.
- Strojno vid in infrardeča termografska tehnologija: Strojno vid lahko identificira in lokira morebitne nevarne točke, kot so izpostavljeni kabeli in poškodovana oprema, z zajemanjem in analizo slik na mestu, medtem ko infrardeča termografska tehnologija lahko v realnem času spremlja temperaturno porazdelitev opreme in natančno lokira točke napak in morebitnih tveganj.
3.2 Prediktivni model nevarnih točk na podlagi analize podatkov
Trenutno so inteligentnost, digitalizacija, avtomatizacija in integracija glavne trende Kitajske električne mreže, in uporaba umetne inteligence in tehnologij velikih podatkov je pospešila ta razvojni proces. Med vzdrževanjem preklopnikov SF₆ je bil ustanovljen prediktivni model nevarnih točk na podlagi analize podatkov, ki vključuje predvsem štiri korake: zbiranje podatkov, predobdelava podatkov, inženiring značilnic in usposabljanje modela.
- Zbiranje podatkov: Pridobljeno preko različnih senzorjev, zapisov delovanja nadzorne opreme itd. Za izboljšanje natančnosti modela bi morali biti zbrani čim večji in celosten zbir podatkov.
- Predobdelava podatkov: Predobdelava prvotnih podatkov (zaznavanje in obdelava odstopanj, pretvorba podatkov itd.) za izboljšanje kakovosti podatkov in položenje temeljev za nadaljnji inženiring značilnic in usposabljanje modela.
- Inženiring značilnic: Po zaključku predobdelave je potrebno iz velikega zbiru podatkov izbrati uporabne značilnice za predvidenje nevarnih točk. Te značilnice bi morale imeti dobro razlikovalno in prediktivno sposobnost, da bi izboljšale natančnost modela.
- Usposabljanje modela: SVM (Support Vector Machine) je pogosto uporabljena metoda za klasifikacijo in regresijsko analizo. Ločuje različne kategorije podatkov z iskanjem optimalne hiperravnine, ki maksimizira razdaljo med dvema vrstama podatkov.
3.3 Strategije varnostnih nadzornih tehnologij
Za izboljšanje natančnosti in praktičnosti lokacijskih tehnologij bi bilo treba izkoristiti tehnologije velikih podatkov in umetne inteligence ter uporabiti algoritme strojnega učenja za inteligenčno identifikacijo in predvidenje nevarnih točk na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj, s tem da bi osebju za vzdrževanje nudili bolj natančne informacije o lokaciji in zmanjšali tveganje nesreč. Na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj bi morali biti združeni podatki iz različnih senzorjev, da bi se izboljšala natančnost lokacije in natančnost modela. Uporaba tehnologije dodane resničnosti (AR), ki združuje virtualne informacije s realnim svetom, lahko osebju za vzdrževanje pomaga bolje razumeti strukturo opreme in tako reši problem operativnih napak. Povezane strani bi morale okrepiti upravljanje dela na mestu vzdrževanja in strogo slediti operativnim postopkom za vzdrževanje (glej Sliko 1). Hkrati bi bilo treba razviti pametne nosilne naprave za osebje za vzdrževanje, da bi se pridobile njihove lokacijske informacije v realnem času in jih v realnem času spremljali, da bi se zagotovila varnost.
4 Zaključek
Na mestih vzdrževanja pretvorovalnih postaj je točna identifikacija in lokacija nevarnih točk ključnega pomena za zagotavljanje varnosti mesta vzdrževanja preklopnikov SF₆. S podrobno raziskavo delovnih principov in lastnosti preklopnikov SF₆ je bilo ugotovljeno, da so kemijski dejavniki glavne nezanemarljive nevarne točke med njihovim vzdrževanjem. Za učinkovito reševanje tveganj bi bilo treba uporabiti nove tehnologije, nove koncepte in nove metode za preprečevanje dogodkov, predvidenje morebitnih tveganj in pravočasno opozarjanje osebja za vzdrževanje, da bi se zagotovil gladko potekanje vzdrževalnih operacij.
