Visokonaponski prekidači sa SF₆ gasom su najšire korišćeni uređaji za prekid struje u transformatornim stanici. Redovna inspekcija i održavanje ovih uređaja su ključni za osiguranje stabilnog rada električnog sistema. Međutim, u polju održavanja transformatornih stanica, posebno tokom održavanja visokonaponskih prekidača sa SF₆ gasom, postoji mnogo tačaka opasnosti (poput otravljanja, elektrošoka itd.), koje ozbiljno prijetila ličnoj sigurnosti radnika. Na osnovu toga, ovaj rad analizira sa aspekta lokacije i tehnologija za kontrolu sigurnosti, sa ciljem da unapredi bezbednost operacija održavanja u transformatornim stanicama i smanji stopu nesreća.
1 Analiza principa rada i karakteristika
1.1 Fizičko-kemijske osobine SF₆ gasa
SF₆ molekul je sastavljen od jednog atoma sirovina i šest atoma fluorina, sa atomskom masom od 146,06, 5,135 puta teži od zraka. Ispod 150°C, SF₆ gas pokazuje dobru kemijsku inertnost i ne reaguje kemijski sa običnim metali, plastikama i drugim materijalima u prekidačima. Stoga se smatra bezbojnim, bezmirkovitim, netoksiničkim i prozirnim nezapaljivim gasom, koji je opšte teško razgradiv (nerastvoriv u transformatorskom ulju i malo rastvoriv u vodi). Međutim, tokom otvaranja i zatvaranja prekidača, SF₆ gas djelomično se razgradi pod dejstvom iskranja i lukova, formirajući razgradne proizvode u gasnom ili prahastom obliku, kao što su metalni fluoridi, SOF₂, SO₂F₄ itd., koji su izuzetno štetni za ljudsko telo. Medju njima, SF₆ gas se razgradi i disocijira pod dejstvom lukova (molekule sa višeatomske strukture se razgrađuju na pojedinačne atome ili gaze nabojenih čestica), a unutrašnje promene povećavaju njegovu toplinsku i električnu provodljivost.
1.2 Princip rada visokonaponskih prekidača sa SF₆ gasom
Prekidač sa SF₆ gasom sastavljen je od tri vertikalne porcelanske izolatore, svaki sa sobom gasnim komorom za gašenje luka. Ovaj dizajn čini prekidač kompaktnim, dok ima dobre izolacione i karakteristike za gašenje luka. Gasna komora za gašenje luka je ključni deo visokonaponskog prekidača sa SF₆ gasom, i puna je SF₆ gasom kroz cevi povezane sa tri komore za gašenje luka. Kada se prekidač otvori, upravljivi kontakt se odvoji od fiksiranog kontakta, generišući luk. U tom trenutku, SF₆ gas u komori za gašenje luka brzo se ispušta prema luku kroz cevi, koristeći izolacione i karakteristike za gašenje luka kako bi brzo ugasio luk. Takođe, mahanje mehanizmom i njegova kontrolna oprema u jednoj kutiji su ključni elementi za pokretanje i kontrolu pokreta kontakata visokonaponskog prekidača sa SF₆ gasom. Obično se sastoje od opruga, spojnica, prenosnih mehanizama, mikroprocesora ili programiranih logičkih kontrolera. Kada prekidač treba da se otvori ili zatvori, kontrolna oprema daje naredbu da mahanje mehanizmom deluje i pokrene pokret mobilnog kontakta.
1.3 Karakteristike visokonaponskih prekidača sa SF₆ gasom
U usporedbi sa zrakom i transformatorskim uljem, SF₆ gas ima karakteristike visoke izolacione snage, odlične performanse u gašenju luka i male zapremine, i ima široke primene u polju visokonaponskog električnog sistema.
- Efekat blokade: Potpuno iskoristi efekat puštanja gaza. Komora za gašenje luka je mala, jednostavna konstrukcija, veliki prekidni tok, kratko trajanje luka, bez ponovnog paljenja prilikom prekidanja kapacitivnog ili induktivnog toka, i niska prenaponska napetost.
- Duga električna životnost: Može neprekidno prekinuti 19 puta na punoj kapaciteti od 50kA, sa kumulativnim prekidnim tokom od 4200kA, duga ciklus održavanja, i pogodan za često korištene scenarije.
- Visoka izolaciona snaga: SF₆ gas može proći razne izolacione teste sa velikim rezervom pod 0,3MPa. Nakon što kumulativni prekidni tok dostigne 3000kA, svaki prekidni presek može izdržati mrežnu frekvencijsku napetost od 250kV unutar 1 minute pod 0,3MPa, i može još izdržati mrežnu frekvencijsku napetost od 166,4kV kada se pritisak SF₆ gasa smanji na nulu.
- Dobra hermetičnost: Voda u SF₆ gasu je relativno niska. Komora za gašenje luka, otpornici i nosači mogu biti podeljeni u nezavisne gasne komore kako bi se sprečilo ulaganje prljavištâ i vlage unutra prekidača.
- Mala potrošnja energije i gladko buferisanje: Odnos prenosa između radnog cilindra mehanizma i kontakta za gašenje luka je 1∶1, a mehanizam ima stabilne karakteristike. Stabilnost karakteristika mehanizma može dostići 3000 put (10000 put u test okruženju), a buka pri radu je manja od 90dB.
2 Analiza tačaka opasnosti na mestima održavanja transformatornih stanica
2.1 Tipovi i karakteristike tačaka opasnosti
Tačke opasnosti na mestima održavanja transformatornih stanica uglavnom uključuju četiri vrste: električna opasnost, mehanička opasnost, hemijska opasnost i faktori okruženja. Ove tačke opasnosti mogu direktno ili indirektno prijetiti ličnoj sigurnosti održavatelja.
- Električna opasnost: Izazvana oštećenjem izolacije opreme ili greškama u radu, uglavnom se manifestuje kao visoka napetost i lukovi. Budući da prekidač nosi visoku napetost tokom rada i ima kapacitivne i induktivne efekte, ostatak napona može i dalje postojati čak i kada je u otvorenom stanju, što dovodi do ozbiljnih elektrošokova. Lukovi mogu generisati visoku temperaturu i uzrokovati požare.
- Mehanička opasnost: Opasnosti uglavnom dolaze od mehaničkih elemenata opreme. Ako se ne pravilno operišu i održavaju, ljudi mogu biti zategnuti ili udarili rotirajućim ili pokretnim delovima.
- Hemijska opasnost: SF₆ gas je stabilan pri sobnoj temperaturi, ali počinje da se razgradi pod dejstvom luka, korone i slično. Udvajanje nastalog gasa može dovesti do ometa, plućne edeme ili čak i smrti.
- Opasnost okruženja: Izvršavanje održavanja u vremenskim uslovima poput grmljavine i jakog vetra ne samo što povećava težinu održavanja, već donosi i nekontrolisane rizike održavateljima. Takođe, problemi poput loše ventilacije i mali prostor u okruženju održavanja takođe mogu povećati opasnost na mestu održavanja.
2.2 Analiza uzroka tačaka opasnosti
Uzroci tačaka opasnosti na mestima održavanja transformatornih stanica uglavnom uključuju opremu, ljudske faktore i faktore okruženja. Sa povećanjem broja operacija održavanja, stepen istrošenosti opreme raste, što dovodi do pada električnih performansi i veće rizike od nesreća.
Zbog neravnomernog kvaliteta održavatelja, neki od njih nemaju dovoljno razumevanja strukture i principa rada opreme, i mogu biti negligentni tokom stvarnih operacija. Na primer, zbog nedovoljne pažnje, ljudi mogu slučajno dodirnuti podnapetim delovima ili nepravilno koristiti alate, što može direktno izazvati sigurnosne nesreće.
Za prekidače sa SF₆ gasom, opasnosti uglavnom potiču iz njihovih hemijskih osobina. Toksične supstance nastale pod specifičnim uslovima mogu se nagomilati u zatvorenom prostoru zbog ograničenja okruženja, što dalje povećava nivo opasnosti.
3 Lokacija tačaka opasnosti i tehnologije kontrole sigurnosti
3.1 Metode lokacije tačaka opasnosti
- Senzorska tehnologija na bazi optičkih vlakana: Senzorska tehnologija na bazi optičkih vlakana ima odlične izolacione osobine i sposobnost odoljivosti na elektromagnetnu interferenciju. Efektivno može nadgledati zdravlje struktura i električne parametre prekidača sa SF₆ gasom, sakupljati i analizirati podatke u realnom vremenu, i pravočasno detektovati potencijalne greške i tačke opasnosti.
- Bežična senzorska mreža: Bežična senzorska mreža sastoji se od velikog broja senzorskih čvorova. Njen glavni cilj je realno-vremenski nadgledanje parametara okruženja, statusa opreme i informacija o lokaciji održavatelja. Mreža ima karakteristike samoodređivanja, samopriglađivanja i odoljivosti na interferenciju, i može se prilagoditi složenim i promenljivim uslovima na mestu, realizujući realno-vremenski nadzor i lokaciju tačaka opasnosti.
- Mašinsko vidjenje i infracrvena termografska tehnologija: Mašinsko vidjenje može identifikovati i lokirati potencijalne tačke opasnosti, kao što su otkrivene kablovi i oštećena oprema, hvatanjem i analizom slika sa mesta; dok infracrvena termografska tehnologija može realno-vremenski pratiti raspodelu temperature opreme i precizno lokirati tačke grešaka i potencijalnih rizika.
3.2 Prediktivni model tačaka opasnosti baziran na analizi podataka
Trenutno, inteligencija, digitalizacija, automatizacija i integracija su glavne tendencije u električnoj mreži Kine, a primena umetne inteligencije i tehnologija velikih podataka ubrzala je ovaj razvojni proces. Tijekom održavanja prekidača sa SF₆ gasom, postavljen je prediktivni model tačaka opasnosti baziran na analizi podataka, koji uključuje glavno četiri koraka: sakupljanje podataka, predprocesiranje podataka, inženjerstvo karakteristika i trening modela.
- Sakupljanje podataka: Podaci se dobijaju kroz razne senzore, zapisnice o radu nadzorne opreme itd. Da bi se poboljšala preciznost modela, trebalo bi sakupiti što veći broj sveobuhvatnih podataka.
- Predprocesiranje podataka: Originalni podaci se predprocesiraju (detekcija i obrada anomalija, transformacija podataka itd.) kako bi se poboljšala kvalitet podataka i postavio temelj za naredno inženjerstvo karakteristika i trening modela.
- Inženjerstvo karakteristika: Nakon završetka predprocesiranja, potrebno je odabrati korisne karakteristike za predvidanje tačaka opasnosti iz velikog broja podataka. Ove karakteristike trebalo bi da imaju dobru diskriminativnost i prediktivnu sposobnost kako bi se poboljšala preciznost modela.
- Trening modela: SVM (Support Vector Machine) je često korišćena metoda za klasifikaciju i regresijsku analizu. On razdvaja različite kategorije podataka pronalazeći optimalnu hiper-ravan, maksimizirajući interval klasifikacije između dva tipa podataka.
3.3 Strategije tehnologija kontrole sigurnosti
Da bi se poboljšala preciznost i praktičnost lokacijskih tehnologija, trebalo bi iskoristiti tehnologije velikih podataka i umetne inteligencije, i primeniti algoritme mašinskog učenja kako bi se inteligentno identifikovali i predvideli tačke opasnosti na mestima održavanja transformatornih stanica, pružajući održavateljima preciznije informacije o lokaciji i smanjujući rizik od nesreća. Na mestima održavanja transformatornih stanica, trebalo bi kombinovati podatke sa različitih senzora kako bi se poboljšala preciznost lokacije i preciznost modela. Primena tehnologije proširene stvarnosti (AR), koja integriše virtualne informacije sa stvarnim svetom, može omogućiti održavateljima da bolje razumeju strukturu opreme, time rešavajući problem grešaka u radu. Relevantni stranci trebalo bi da jače upravljaju radom na mestu održavanja i strogo prate procedure za održavanje (vidi Sliku 1). Takođe, trebalo bi razviti inteligentne nošene uređaje za održavatelje kako bi se u realnom vremenu dobile informacije o njihovoj lokaciji i pratile ih u realnom vremenu kako bi se osigurala bezbednost.
4 Zaključak
Na mestima održavanja transformatornih stanica, tačno identifikovanje i lokiranje tačaka opasnosti su ključni za osiguranje bezbednosti mesta održavanja prekidača sa SF₆ gasom. Kroz duboko istraživanje principa rada i karakteristika prekidača sa SF₆ gasom, utvrđeno je da su hemijski faktori glavne nezanemarljive tačke opasnosti tokom njihovog održavanja. Da bi se efektivno suočili sa rizicima, trebalo bi koristiti nove tehnologije, nove koncepte i nove metode za preventivnu akciju, predviđajući potencijalne rizike unapred, i pružajući ranu upozorenja održavateljima kako bi se osiguralo glatko provedenje operacija održavanja.
