Анализ на честите причини за утечка на газ в SF6 прекъсвачите на подстанциите и изследване на мерки за обнаружаване

С напредъка на технологиите и подобряването на производствените нива, характеристиките и качеството на оборудването за прекъсвачи с SF₆ са били непрекъснато подобрявани и продуктите са получили широка признание от страна на клиентите. Въпреки това, с широко разпространението им, честотата на дефектите също е нараснала. Причините за дефектите включват проблеми като принципите на проектиране, производствените процеси и избора на материали. Чрез изследване и статистика на причините за дефектите, е известно, че 20%-30% от проблемите са причинени от утечката на газ SF₆. Детекцията на утечки на газ е ключов и незаменим момент по време на електрическия монтаж.

1 Основни причини

Утечките са много обичайна ситуация. Проблеми с утечки се появяват навсякъде, където има различия в съдържанието, температурата и налягането. Трябва да се приемат научни мерки за различните феномени на утечка и трябва навременно да се установи източникът на утечката.

1.1 Външна утечка на хидравлични машини

За различните хидравлични машини, местата и ситуации на утечка може да варират. Обикновено, най-общи места на утечка са:

• Клапани, уплътнения и прокладки. Тройни клапани, клапани за изцеждане, първични клапани, вторични клапани, защитни клапани и т.н. Причините за утечка включват неправилно затваряне на ядрото на клапана, неравномерна контактна повърхност поради недостатъчен производствен прециз, песъчинки в корпуса на клапана, неуплотнена позиция и ослабени болтове за изпускане на газ.

• Позиции на свързване на манометри и електромеханично оборудване. Уплътнителните прокладки на тези свързания може да са неравномерни или да са загубили еластичност, което лесно води до утечки.

• Уплътнителните повърхности на поршните на операционния цилиндър и акумулативния цилиндър, предоставени от производителя. Тъй като уплътненията и прокладките на тези позиции често са изложени на триене, те са склонни към деформация, влошаване или повреда.

Последиците от утечките в хидравличните машини са много сериозни. Малки утечки не само засягат чистотата на оборудването, но и неизбежно водят до повторно налягане на насоса за масло и дълъг цикъл на попълване на налягането. Голяма утечка на масло в корпуса на клапана ще доведе до проблем с загуба на налягане. Когато хидравличното масло влезе в акумулативния цилиндър, налягането от страна на газа ще продължи да се увеличава, което ще доведе до спешни ремонти, грешки в управлението и дефекти на оборудването, които ще попречат на безопасната работа на оборудването.

1.2 Външна утечка на основния корпус и свързване

•  Сварни шевове. Поради големия ток по време на сваряването, сварните шевове могат да бъдат прожегнати, което води до микроскопична утечка. След определен период количеството на утечката ще продължи да се увеличава. На сварните позиции между два различни материала, поради високото местно напрежение, сварни пукнатини също могат да предизвикат утечка. С подобряването на производствените технологии на производителя, вероятността този феномен да се появи по време на инсталацията и експлоатацията на място е относително малка.

• Позицията на свързване между поддържащата фарфорова изолаторна тръба и фланца. Поради високото налягане на тази позиция, утечката е вероятна, ако уплътнението не е строго, например при груба обработка на контактната повърхност на фарфоровата тръба, неравномерна контактна повърхност и неравномерно или нестабилно залепване на уплътнителната прокладка.

• Свързания на тръби, интерфейси на оборудване за гъстота, краища на манометри, капак на тройната кутия и други позиции. Тези позиции са най-общи области за свързване, закопчаване и сваряване, и са трудни и слаби точки за уплътнение, с висока вероятност за утечка.

За газ SF₆, уплътнителната повърхност на всяка позиция трябва да бъде държана много чиста. В противен случай дори и малко количество чужди частици, залепнали на уплътнителната повърхност, може да увеличи скоростта на утечка до порядък 0.001MPa.M1/s, което не е допустимо за оборудването. Затова, преди инсталацията, уплътнителната повърхност и прокладката трябва внимателно да бъдат измити с бяло платно и висококачествена хартия, намирани в алкохол, и да се проведе детайлно изследване. Монтажът може да се извърши само след потвърждение, че няма проблеми. Освен това, прахът на фланца, дупките за болтове и свързващите болтове трябва да бъде изтрит, за да се предотврати влизането му в уплътнителната повърхност, особено при инсталацията на вертикално уплътнение.

2 Методи за детектиране на утечки на прекъсвачи с SF₆
2.1 Метод на повърхностната напрегнатост на течността

Основният принцип е, че за течности с силна повърхностна напрегнатост, като сапунена вода, при утечка на газ ще се появят мехурчета на точката на утечка. Методът за детектиране е да се нанесе сапунена вода и други вещества върху външната обвивка на прекъсвача с SF₆ и възможните точки на утечка.
Недостатъци: Високи изисквания за нанасяне, не може да се детектират минимиращи утечки, и някои позиции не могат да бъдат нанесени.
Преимущество: Интуитивен.

2.2 Квалитативно детектиране на утечки

Основният принцип е, че SF₆ има силна електронегативност. Под влиянието на импулсно високо налягане, се появява непрекъснат ефект на разряд, и газът SF₆ ще промени характеристиките на коронното електрическо поле, което позволява да се детектира наличието на газ SF₆ на място. Това служи само за определяне на относителната степен на утечка на оборудването с прекъсвачи с SF₆, а не за детектиране на реалната скорост на утечка. Квалитативното детектиране на утечки включва следните методи:

• Детектиране чрез вакуум. Насосайте вакуума до 133Pa, поддържайте насосването за повече от 30 минути, спрете насоса, прочетете стойността A след наблюдение за 30 минути, и после прочетете стойността B след наблюдение за 5 часа. Ако 67Pa > B - A, може да се установи, че уплътнението е добро.

•  Детектиране с пенлива течност. Това е относително прост метод за квалитативно детектиране на утечки, който може точно да намери точката на утечка. Пенливата течност може да бъде приготвена, като се добави нейтрално сапунче към две части вода. Нанесете пенливата течност на позицията, която трябва да бъде проверена за утечка. Ако се появят мехурчета, това указва, че има утечка на тази позиция. Колкото повече и по-бързо са мехурчетата, толкова по-сериозна е утечката. Този метод може грубо да намери позицията на утечка със скорост на утечка 0.1ml/min.

•  Детектиране с детектор за утечки. Детектирането с детектор за утечки е да се движи сондата на детектора за утечки по повърхността на всяко свързване на прекъсвача и по повърхността на алюминиевата отливка, и да се определи ситуацията на утечка въз основа на показанията на детектора за утечки. При използването на този метод, следва да се овладее следната техника: Първо, скоростта на движение на сондата трябва да бъде бавна, за да се избегне пропускане на утечка поради прекалено бързо движение. Второ, детектирането не трябва да се извършва при силен вятър, за да се избегне утечката да бъде отнесена и да се засегне детектирането. Трето, трябва да се избере детектор за утечки с висока чувствителност и ниска реактивна скорост. Обикновено, най-малкото детектируемо количество на детектора за утечки е, че скоростта на утечка е под 10-6, и реактивната скорост е под 5s, което е по-подходящо.

• Метод на делене и позициониране. Този метод е подходящ за прекъсвачи с трифазни свързания на газ SF₆. Ако е установено, че има утечка, но е трудно да се локализира, структурата на газ SF₆ може да бъде разделена на няколко части за детектиране, което намалява слепото търсене.

• Метод на намаляване на налягането. Този метод е приложим, когато количеството на утечка на оборудването е голямо.

2.3 Количество на детектиране на утечки

Това е за детектиране на скоростта на утечка на прекъсвача с SF₆, и критерият за оценка е, че годишната скорост на утечка не надвишава 1%. Конкретните методи са следните: (1) Метод на локално обвиване: Използвайте пластмасова филма с дебелина 0.01 см, за да обвие геометричната форма на позицията на гъстота за една и половина окръжности, със съединението нагоре. Опитайте се да създадете кръгова или квадратна форма, и запечатайте с лепило след формиране [3]. Трябва да има определено разстояние, приблизително 0.05 см, между пластмасовата филма и обекта, който се измерва. След обвиването, детектирайте съдържанието на газ SF₆ в обвитата каверна след 24 часа, и изберете средната стойност на четири точки на различни позиции. Скоростта на утечка на този процес на уплътнение може да бъде изчислена с помощта на следната формула:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Където:

• F: Абсолютна скорост на утечка, количеството на утечка в единица време (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Средна стойност на детектираното съдържание (ppm).

• ΔV: Обем между измервания обект и пластмасовата филма (m³).

• Δt: Интервал на време за детектиране ΔC(s).

• P: Абсолютно атмосферно налягане, което е 0.1MPa.

• V: Обем на газ SF₆ в газовата камера (m³).

Годишната скорост на утечка Fy на всеки газов отдел е изчислена както следва: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (годишно) Където Pr е указаното налягане на газ SF₆ (MPa).

Когато започнете горните изчисления, следните параметри са трудни за определяне:

• Δ V: Тъй като обемът между измервания обект и пластмасовата филма има нерегулярна форма, неговият обем не може да бъде директно изчислен. Може да се приложат експериментални методи, като например да се инжектират други газове и течности чрез мерилен прибор в обвитата каверна, за да се съберат данни за обема.

• V и W: Обемът и масата на газ SF₆ в газовата камера. Тази информация не е предоставена от производителя. Можете да поискате от производителя да предостави точна информация в техническите документи на поръчката, или да използвате мерилен метод по време на зареждането с газ, за да се получи по-точна информация.

Метод на детектиране с висяща бутилка: Завесете бутилка на дупката за детектиране на изолатора. След няколко часа, използвайте детектор за утечки, за да детектирате дали в бутилката има изтекъл газ SF₆.

2.4 ИК детектиране

Методът на ИК детектиране в основата си използва силното ИК абсорбиране на газ SF₆. Газ SF₆ има най-силно абсорбиране на ИК лъчи с дължина на вълна 10.6um. Общи методи за ИК детектиране включват метода с ИК лазер и метода на пасивно детектиране.
Работния принцип на детектирането с ИК лазер е, че входящият ИК лазерен лъч е излъчен от лазерния излъчвател, и обратно разпръсканият лазерен лъч влиза в платформата за ИК лазерно изображение чрез отражение. Ако входящият лазерен лъч срещне изтекъл газ SF₆, част от неговата енергия ще бъде абсорбирана, което води до разлики в обратно разпръскания лазерен лъч в случая на утечка и без утечка, и накрая, различните ИК лазерни изображения могат да се използват за детектиране на присъствието на утечка на газ SF₆. Пасивният метод на детектиране не излъчва активно лазерен лъч, а детектира леките разлики, причинени от абсорбирането на ИК лъчи в атмосферата от газ SF₆, за да се детектира присъствието на газ SF₆.

Избраният квантови детектор на хладилници за чужди научни продукти може да определи разлика в температурата от 0.03°C, и най-малкото детектируемо количество газ е 0.001ml/s газ SF₆. Двете гореспоменати методи използват изображението на видоискател, за да покажат изображението, правейки невидимия газ SF₆ видим. На изображението на видоискателя, изтекъл газ SF₆ може да бъде видян като динамичен черен облак, който е ясно видим в статична среда. Чрез внимателно наблюдаване на позицията, където се появява облакът, източникът на утечка може бързо и точно да бъде локализиран. Скоростта и размерът на облака отразяват скоростта на утечка.

Методът на ИК детектиране на газ SF₆ може да детектира отдалечената позиция на утечка без прекъсване на електроенергията, осигурявайки лична безопасност и подобрявайки стабилността на доставката на електроенергия. Това е най-научният метод за детектиране в момента.