Högspännings SF₆-brytare är de mest använda brytarutrustningarna i ombord. Regelbunden inspektion och underhåll av dessa är avgörande för att säkerställa det stabila driftsättet av elkraftsystemet. Men inom området för ombordsunderhåll, särskilt vid underhåll av högspännings SF₆-brytare, finns det många riskpunkter (som förgiftning, elektrisk stöt, etc.), vilket allvarligt hotar arbetarnas personliga säkerhet. Utifrån detta analyserar denna artikel från perspektivet av plats och säkerhetskontrolltekniker, med målet att förbättra säkerheten vid ombordsunderhållsoperationer och minska olycksfrekvensen.
1 Analyss av arbetsprinciper och egenskaper
1.1 Fysiska och kemiska egenskaper hos SF₆-gas
SF₆-molekylen består av en svavelatom och sex fluoratomer, med ett atomvikt på 146,06, 5,135 gånger tyngre än luft. Under 150°C visar SF₆-gas god kemisk tröghet och reagerar inte kemi skt med vanliga metaller, plast och andra material i brytare. Därför anses den vara en färglös, luktlös, icke-giftig och transparent icke-brandbar gas, som generellt sett är svår att dekomponera (olöslig i transformatorolja och knappt löslig i vatten). Genom öppnings- och stängningsoperationer av brytare uppstår dock delvis dekomposition av SF₆-gas under verkan av utsläpp och bågar, vilket bildar dekompositionsprodukter i gasform eller pulverform, som metallfluorider, SOF₂, SO₂F₄, etc., vilka är extremt skadliga för människokroppen. Bland dessa dekomponeras och dissocieras SF₆-gas under verkan av bågar (molekyler med fleratomstruktur dekomponeras till enskilda atomer eller partikelgaser), och de interna ändringarna förbättrar dess termiska och elektriska ledningsförmåga.
1.2 Arbetsprincip för högspännings SF₆-brytare
SF₆-brytaren består av tre vertikala porcelänisoleringselement, varje med en gasdrivna bågningsavlägsnande kammare. Denna design gör brytaren kompakt, samtidigt som den har god isolering och bågningsavlägsnande prestanda. Gasdrivna bågningsavlägsnande kammaren är den kärnkomponenten i högspännings SF₆-brytaren, och den fylls med SF₆-gas genom rör som ansluts till de tre bågningsavlägsnande kammrarna. När brytaren öppnas separeras den kontrollerbara kontakten från den fasta kontakten, vilket genererar en båge. I detta läge blåses SF₆-gasen snabbt mot bågen genom rören, vilket använder gasens isolerande och bågningsavlägsnande egenskaper för att snabbt släcka bågen. Dessutom är fjäderdriven mekanism och dess enda låda kontrollutrustning nyckelkomponenter för att driva och styra rörelsen av kontakterna i högspännings SF₆-brytaren. Den består vanligtvis av fjädrar, kopplingar, transmissionsmekanismer, mikroprocessorer eller programmerbara logikkontroller. När brytaren behöver öppnas eller stängas ger kontrollutrustningen instruktioner för att få fjäderdriven mekanism att agera och driva den rörliga kontakten att röra sig därefter.
1.3 Prestandaegenskaper för högspännings SF₆-brytare
Jämfört med luft och transformatorolja, har SF₆-gas egenskaperna av hög isoleringsstyrka, utmärkt bågningsavlägsnande prestanda och liten volym, och har breda tillämpningsmöjligheter inom högspännings elkraftområdet.
- Blockerande effekt: Det ger full utnyttjande av gasflödets bågningsblåsande effekt. Bågningsavlägsnande kammaren är liten i storlek, enkel i struktur, stor i brytningsström, kort i bågnings tid, inga återupptändningar när kapacitiva eller induktiva strömmar bryts, och har låg över-spänning.
- Lång elektrisk livslängd: Den kan kontinuerligt bryta 19 gånger vid full kapacitet på 50kA, med en ackumulerad brytningsström på 4200kA, lång underhållscykel, och är lämplig för ofta använda scenarier.
- Hög isoleringsstyrka: SF₆-gas kan passera olika isoleringsprov med stor marginal vid 0,3MPa. När den ackumulerade brytningsströmmen når 3000kA kan varje brytningsport hålla en nätspänning på 250kV i 1 minut vid 0,3MPa, och kan fortfarande hålla en nätspänning på 166,4kV när SF₆-gasptrycket minskas till noll atmosfärstryck.
- God tätningsegenskap: Vatthalten i SF₆-gasen är relativt låg. Bågningsavlägsnande kammare, resistanser och stöd kan delas in i oberoende gaskompartiment för att förhindra att smuts och fuktighet tränger in i inre delen av brytaren.
- Liten drivkraft och jämn buffring: Transmissionförhållandet mellan mekanismens arbetscilinder och bågningskontakten är 1∶1, och mekanismen har stabila egenskaper. Stabiliteten av mekanismegenskaperna kan nå 3000 gånger (10000 gånger i testmiljö), och driftbullret är mindre än 90dB.
2 Analyss av riskpunkter på ombordsunderhållsplats
2.1 Typer och egenskaper av riskpunkter
Riskpunkter på ombordsunderhållsplats inkluderar huvudsakligen fyra typer: elektriska risker, mekaniska risker, kemiska risker och miljöfaktorer. Dessa riskpunkter kan direkt eller indirekt hota underhållspersonalens personliga säkerhet.
- Elektriska risker: Orsakade av utrustningsisoleringsskador eller operativa fel, framträder främst som hög spänning och bågar. Eftersom brytaren bär hög spänning vid drift och har kapacitiva och induktiva effekter, kan restströmmar fortfarande finnas även när den är i öppen circuit, vilket leder till elektriska stötar. Bågar kan generera höga temperaturer och orsaka brand.
- Mekaniska risker: Riskerna kommer huvudsakligen från utrustningens mekaniska komponenter. Om de inte hanteras och underhålls korrekt, kan man bli fastklämd eller nuddad av roterande eller rörliga delar.
- Kemiska risker: SF₆-gasen är stabil vid rumstemperatur, men börjar dekomponera sig under verkan av bågar, korona, etc. Inandning av den genererade gasen kan orsaka yrsel, lungödem eller till och med döden.
- Miljörisker: Utförande av underhåll under väder som åskoväder och starka vindar ökar inte bara svårigheten av underhållsarbete utan också orsakar okontrollerbara risker för underhållspersonal. Dessutom kan problem som dålig ventilation och liten yta i underhållsmiljön också öka faran för platsbaserat underhåll.
2.2 Analyss av orsaker till riskpunkter
Orsakerna till riskpunkter på ombordsunderhållsplats inkluderar huvudsakligen utrustningsrelaterade, mänskliga och miljöfaktorer. Med ökningen av antalet underhållsoperationer ökar graden av utrustningsnötning, vilket leder till en nedgång i elektrisk prestanda och en högre risk för olyckor.
På grund av den ojämna kvaliteten på underhållspersonal, saknar vissa av dem tillräcklig förståelse för utrustningens struktur och arbetsprinciper, och kan vara vårdslösa under faktiska operationer. Till exempel, på grund av brist på tillräcklig vaksamhet, kan personalen av misstag nudda levande delar eller använda verktyg felaktigt, vilket kan direkt utlösa säkerhetsolyckor.
För SF₆-brytare, kommer riskerna huvudsakligen från deras kemiska egenskaper. Giftiga ämnen som genereras under specifika villkor är troliga att ackumulera sig inomhus på grund av miljöbegränsningar, vilket ytterligare ökar nivån av fara.

3 Lokalisering av riskpunkter och säkerhetskontrolltekniker
3.1 Metoder för lokalisering av riskpunkter
- Fiberoptisk sensor teknik: Fiberoptisk sensor teknik har utmärkt isolerande egenskaper och motstånd mot elektromagnetisk interferens. Den kan effektivt övervaka strukturell hälsa och elektriska parametrar för SF₆-brytare, samla in och analysera data i realtid, och upptäcka potentiella fel och säkerhetsrisker i tid.
- Trådlös sensornätverk: Ett trådlöst sensornätverk består av ett stort antal sensornoder. Dess huvudsakliga syfte är att övervaka miljöparametrar, utrustningsstatus och positionsinformation för underhållspersonal i realtid. Nätverket har egenskaper som självanpassning, motstånd mot interferens, och kan anpassa sig till komplexa och föränderliga miljöförhållanden på plats, för att realisera realtidsövervakning och lokalisering av riskpunkter.
- Maskinvision och infraröd termografi teknik: Maskinvision teknik kan identifiera och lokalisera potentiella riskpunkter, som exponerade kabler och skadad utrustning, genom att fånga och analysera bilder på plats; medan infraröd termografi teknik kan övervaka utrustningens temperaturfördelning i realtid och exakt lokalisera felplatser och potentiella riskpunkter.
3.2 Prediktion av riskpunkter baserat på dataanalys
I dag är intelligens, digitalisering, automatisering och integration de huvudsakliga trenderna inom Kinas elnät, och användningen av artificiell intelligens och stordata teknologi har accelererat denna utvecklingsprocess. Vid underhåll av SF₆-brytare etableras en prediktionsmodell för riskpunkter baserat på dataanalys, vilken huvudsakligen inkluderar fyra steg: datainsamling, dataprebehandling, feature engineering, och modellutbildning.
- Datainsamling: erhållen genom olika sensorer, operationsrekord för övervakningsutrustning, etc. För att förbättra modellens noggrannhet bör så mycket som möjligt omfattande data samlas in.
- Dataprebehandling: Bearbeta ursprungliga data (detektion och behandling av utslag, datatransformation, etc.) för att förbättra datakvaliteten och lägga grunden för efterföljande feature engineering och modellutbildning.
- Feature engineering: Efter prebehandling väljs användbara funktioner för riskpunktsprediktion från ett stort antal data. Dessa funktioner bör ha god diskriminerings- och prediktionsförmåga för att förbättra modellens noggrannhet.
- Modellutbildning: SVM (Support Vector Machine) är en vanligt använd metod för klassificering och regressionsanalys. Den separerar olika kategorier av data genom att hitta den optimala hyperplanet, vilket maximiserar klassificeringsintervallet mellan två typer av data.
3.3 Strategier för säkerhetskontrolltekniker
För att förbättra noggrannheten och praktiken av lokaliseringstekniker bör stordata och artificiell intelligens teknologier användas, och maskininlärningsalgoritmer tillämpas för att intelligenta identifiera och predicera riskpunkter på ombordsunderhållsplats, ge mer exakt platsinformation till underhållspersonal och minska olycksrisken. På ombordsunderhållsplats bör data från olika sensorer fuseras för att förbättra lokaliseringens noggrannhet och modellens noggrannhet. Genom att tillämpa förstärkt verklighet (AR) teknologi, som integrerar virtuell information med den verkliga världen, kan underhållspersonal bättre förstå utrustningsstrukturen och därmed lösa problem med operativa fel. Relevanta parter bör stärka hantering av platsbaserat underhållsarbete och strikt följa underhållsprocedurer (se figur 1). Samtidigt, utveckla intelligenta bärbart utrustning för underhållspersonal för att erhålla deras platsinformation i realtid och övervaka dem i realtid för att garantera säkerhet.
4 Slutsats
På ombordsunderhållsplats, är det avgörande för att säkerställa säkerheten vid underhåll av SF₆-brytare att exakt identifiera och lokalisera riskpunkter. Genom djupgående forskning om arbetsprinciper och egenskaper hos SF₆-brytare, har det upptäckts att kemiska faktorer är de huvudsakliga icke-negligerabla riskpunkterna under deras underhållsprocess. För att effektivt hantera risker, bör nya teknologier, nya koncept och nya metoder användas för före-händelse förebyggande, förutse potentiella risker i förväg, och ge varningsinformation till underhållspersonal för att säkerställa en smidig genomförande av underhållsoperationer.