Analyse gängiger Ursachen für Gaslecks in SF6-Schaltgeräten von Umspannwerken und Forschung zu Erkennungsmaßnahmen
Mit dem Fortschritt der Technologie und der Verbesserung der Produktionsstandards wurden die Leistung und Qualität von SF₆-Schaltgeräten kontinuierlich verbessert, und die Produkte wurden von Kunden weitgehend anerkannt. Allerdings hat sich mit der zunehmenden Anwendung auch die Häufigkeit von Fehlern erhöht. Die Ursachen für Fehler liegen in Problemen wie den Designprinzipien, den Herstellungsprozessen und der Materialauswahl. Untersuchungen und Statistiken zu den Ursachen von Fehlern zeigen, dass 20-30% der Probleme durch das Ausströmen von SF₆-Gas verursacht werden. Die Detektion von Gaslecks ist ein wesentlicher und unverzichtbarer Punkt während der elektrischen Installationsphase.
1 Hauptursachen
Lecks sind eine sehr häufige Situation. Leckprobleme treten überall auf, wo es Unterschiede im Gehalt, in der Temperatur und im Druck gibt. Für verschiedene Leckphänomene sollten wissenschaftliche Maßnahmen ergriffen werden, und die Quelle des Lecks sollte rechtzeitig ermittelt werden.
1.1 Äußere Lecks von Hydraulikmaschinen
Für verschiedene Hydraulikmaschinen können die Leckpositionen und -situationen variieren. Im Allgemeinen sind die gängigen Leckpositionen:
Ventile, Dichtungen und Abdichtungen. Dreifachschalter, Ölableiter, Primär- und Sekundärschalter, Schutzventile usw. Die Ursachen für Lecks beinhalten das fehlerhafte Schließen des Ventilkerns, ungleichmäßige Kontaktflächen aufgrund mangelnder Produktionsgenauigkeit; Sandlöcher im Ventilkörper, unversiegelte Positionen und lockere Gasschrauben.
Die Verbindungsstellen von Druckmessern und elektromechanischer Ausrüstung. Die Dichtungen dieser Verbindungen können uneben oder ihre Elastizität verloren haben, was zu Lecks führen kann.
Die Verschlussflächen der Betriebszylinderkolben und der Speicherzylinderkolben, die vom Hersteller bereitgestellt werden. Da die Dichtungen und Abdichtungen an diesen Stellen oft Bewegungsreibung ausgesetzt sind, neigen sie zur Verformung, Alterung oder Beschädigung.
Die Folgen von Lecks in Hydraulikmaschinen sind sehr ernst. Kleine Lecks beeinträchtigen nicht nur die Sauberkeit der Ausrüstung, sondern führen zwangsläufig zu wiederholtem Aufpressen der Ölpumpe und einem langen Drucknacherfüllungszyklus. Massives Ölleck im Ventilkörper führt zu einem Druckverlustproblem. Wenn das Hydrauliköl in den Speicherzylinder eindringt, wird der Druck auf der Gasseite ständig erhöht, was zu Notreparaturen, Fehlbedienungen und Ausrüstungsdefekten führt, die die sichere Betriebsführung behindern.
1.2 Äußere Lecks am Hauptkörper und der Verbindung
Schweißnähte. Wegen eines hohen Stroms beim Schweißen können die Schweißnähte durchgeschmort werden, was zu mikro-lecks führt. Nach einer gewissen Zeit wird die Leckmenge ständig zunehmen. An den Schweißstellen zweier unterschiedlicher Materialien können wegen hoher lokaler Spannungen Schweißrisse entstehen, die ebenfalls zu Lecks führen. Mit der Verbesserung der Herstellungstechnologie des Herstellers ist die Wahrscheinlichkeit, dass dieses Phänomen während der Installation und Betriebsphasen vor Ort auftritt, relativ gering.
Die Verbindungsstelle zwischen dem Trägerporzellanzylinder und dem Flansch. Aufgrund des hohen Drucks an dieser Stelle kann es bei nicht dichter Abdichtung zu Lecks kommen, wie z.B. bei rauer Herstellung der Porzellanzylinderanschlussfläche, unebener Verbindungsoberfläche und ungleichmäßigem oder instabilem Befestigen des Dichtungsringes.
Rohrverbindungen, Dichte-Relais-Ausrüstungsschnittstellen, Enden von Druckmessern, Abdeckung des Dreifachkastens und andere Stellen. Diese Stellen sind die gängigsten Bereiche für Verbindungen, Verschlüsse und Schweißarbeiten und stellen die schwierigen und schwachen Punkte der Abdichtung dar, mit hoher Wahrscheinlichkeit von Lecks.
Für SF₆-Gas muss die Verschlussfläche an jeder Stelle sehr sauber gehalten werden. Andernfalls kann selbst eine kleine Menge Fremdmaterial, die an der Verschlussfläche klebt, die Leckrate auf den Wert von 0,001 MPa·m³/s erhöhen, was für die Ausrüstung nicht zulässig ist. Daher sollten vor der Montage die Verschlussfläche und die Dichtung sorgfältig mit einem weißen Tuch und hochwertigem Toilettenpapier, getränkt mit Alkohol, abgewischt und eine detaillierte Prüfung durchgeführt werden. Die Montage darf erst nach Bestätigung, dass keine Probleme bestehen, durchgeführt werden. Darüber hinaus sollten Staub an Flanschen, Bolzenlöchern und Verbindungsbolzen entfernt werden, um dessen Eindringen in die Verschlussfläche zu verhindern, insbesondere bei der Montage der vertikalen Abdichtung.
2 SF₆-Schaltgerät-Leckdetektionsmethoden
2.1 Flüssigkeits-Oberflächenspannungsmethode
Das grundlegende Prinzip besteht darin, dass bei Flüssigkeiten mit starker Oberflächenspannung, wie Seifenwasser, Blasen an der Leckstelle auftreten, wenn Gas ausströmt. Die Detektionsmethode besteht darin, Seifenwasser und ähnliche Stoffe auf der Außenhülle des SF₆-Schaltgeräts und den möglichen Leckstellen aufzutragen.
Nachteile: Hohe Anforderungen an die Auftragung, kann leichte Lecks nicht detektieren, und einige Stellen können nicht bestrichen werden.
Vorteil: Intuitiv.
2.2 Qualitative Leckdetektion
Das grundlegende Prinzip besteht darin, dass SF₆ eine starke Elektronegativität besitzt. Unter dem Einfluss pulsierender Hochspannung tritt ein kontinuierlicher Entladungseffekt auf, und das SF₆-Gas ändert die Leistung des Koronaelektrischen Feldes, wodurch die Anwesenheit von SF₆-Gas vor Ort detektiert werden kann. Dies dient lediglich dazu, den relativen Grad der Lecks des SF₆-Schaltgeräts festzustellen, und nicht, die tatsächliche Leckrate zu messen. Zu den qualitativen Leckdetektionsmethoden gehören:
Vakuumpump-Detektion. Pumpen Sie das Vakuum auf 133 Pa, pumpen Sie länger als 30 Minuten, stoppen Sie die Pumpe, lesen Sie den Wert A nach 30 Minuten Beobachtung und dann den Wert B nach 5 Stunden Beobachtung. Wenn 67 Pa > B - A, kann festgestellt werden, dass die Abdichtung gut ist.
Schaumbildende Flüssigkeitsdetektion. Dies ist eine vergleichsweise einfache qualitative Leckmethode, die den Leckpunkt genau finden kann. Die Schaumbildende Flüssigkeit kann hergestellt werden, indem man einen neutralen Seifenlappen zu zwei Teilen Wasser hinzufügt. Tragen Sie die Schaumbildende Flüssigkeit an die Stelle auf, an der ein Leck detektiert werden soll. Wenn Blasen auftreten, weist dies auf ein Leck an dieser Stelle hin. Je mehr und dringlicher die Blasen, desto ernster ist das Leck. Diese Methode kann grob den Leckort mit einer Leckrate von 0,1 ml/min finden.
Leckdetektor-Detektion. Bei der Leckdetektor-Detektion bewegt man die Sonde des Leckdetektors entlang der Oberfläche jeder Verbindung des Schalters und der Oberfläche des Aluminiumgusses und bestimmt die Lecksituation gemäß der Anzeige des Leckdetektors. Bei der Verwendung dieser Methode sollten folgende Techniken beherrscht werden: Erstens sollte die Bewegungsgeschwindigkeit der Sonde langsam sein, um zu verhindern, dass Lecks durch zu schnelle Bewegung übersehen werden. Zweitens sollte die Detektion nicht bei starkem Wind durchgeführt werden, um zu verhindern, dass das Leck weggeblasen wird und die Detektion beeinflusst wird. Drittens sollte ein Leckdetektor mit hoher Empfindlichkeit und niedriger Reaktionsgeschwindigkeit ausgewählt werden. Im Allgemeinen ist die kleinste detektierbare Menge des Leckdetektors, dass die Leckrate unter 10^-6 liegt und die Reaktionsgeschwindigkeit unter 5 s, angemessener.
Segmentierung und Positionsbestimmung. Diese Methode eignet sich für Schalter mit dreiphasigen SF₆-Gasleitungen. Wenn ein Leck festgestellt, aber schwer zu lokalisieren ist, kann die SF₆-Gasstruktur in mehrere Segmente unterteilt werden, um die Blindheit zu reduzieren.
Druckreduktion. Diese Methode ist anwendbar, wenn die Leckmenge der Ausrüstung groß ist.
2.3 Quantitative Leckdetektion
Dies dient dazu, die Leckrate des SF₆-Schaltgeräts zu messen, und der Bewertungsstandard ist, dass die jährliche Leckrate nicht über 1 % liegt. Die spezifischen Methoden sind wie folgt: (1) Lokale Umhüllungsmethode: Verwenden Sie eine Plastikfolie mit einer Dicke von 0,01 cm, um die geometrische Form der Dichte für eineinhalb Runden umzuhüllen, wobei die Naht nach oben zeigt. Versuchen Sie, eine kreisförmige oder quadratische Form zu bilden, und verschließen Sie sie mit Klebeband. Es sollte ein bestimmter Abstand, etwa 0,05 cm, zwischen der Plastikfolie und dem zu messenden Objekt bestehen. Nach dem Umhüllen wird nach 24 Stunden der SF₆-Gehalt in der umhüllten Hohlraum gemessen, und der Durchschnittswert von vier Punkten an verschiedenen Positionen ausgewählt. Die Leckrate dieses Verschlussprozesses kann mit der folgenden Formel berechnet werden:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)
Wobei:
Die jährliche Leckrate Fy jedes Gasraums wird wie folgt berechnet: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (pro Jahr). Dabei ist Pr der vorgegebene SF₆-Gasdruck (MPa).
Beim Beginn der obigen Berechnungen sind die folgenden Parameter schwierig zu bestimmen:
Hängende Flaschenmethode: Eine Flasche an der Prüfloch des Isolators aufhängen. Nach einigen Stunden wird mit einem Leckdetektor geprüft, ob in der Flasche entwichenes SF₆-Gas vorhanden ist.
2.4 Infrarotdetektion
Die Infrarotdetektionsmethode nutzt hauptsächlich die starke Infrarotabsorptionseigenschaft von SF₆-Gas. SF₆-Gas absorbiert Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 10,6 µm am stärksten. Gängige Infrarotdetektionsmethoden umfassen die Infrarot-Laser-Methode und die passive Detektionsmethode.
Das Arbeitsprinzip der Laser-Infrarotdetektion besteht darin, dass ein eingehender Infrarotlaser durch den Lasersender übertragen wird und der rückgestreute Laser durch Reflexion in die Laser-Kamera-Bildplattform eingeht. Wenn der eingehende Laser auf entwichenes SF₆-Gas trifft, wird ein Teil seiner Energie absorbiert, was zu Unterschieden im rückgestreuten Laser im Fall von Lecks und ohne Lecks führt. Schließlich kann die Anwesenheit von SF₆-Gaslecks durch unterschiedliche Laserbildgebung detektiert werden. Die passive Detektionsmethode sendet kein Laserlicht aktiv, sondern detektiert die geringen Unterschiede, die durch die Absorption von Infrarotstrahlung in der Atmosphäre durch SF₆-Gas verursacht werden, um die Anwesenheit von SF₆-Gas zu detektieren.
Der Kühlmittelquantenwelledetektor, der für ausländische wissenschaftliche Produkte ausgewählt wurde, kann eine Temperaturdifferenz von 0,03°C bestimmen, und die kleinste detektierbare Gasmenge beträgt 0,001 ml/s SF₆-Gas. Beide oben genannten Methoden verwenden einen Bildsucher, um das Bild anzuzeigen, was unsichtbares SF₆-Gas sichtbar macht. Auf dem Sucherdisplay kann das entwichene SF₆-Gas als eine dynamische schwarze Wolke gesehen werden, die in einer statischen Umgebung deutlich sichtbar ist. Durch sorgfältiges Beobachten der Stelle, an der die Wolke erscheint, kann die Leckquelle schnell und präzise lokalisiert werden. Die Geschwindigkeit und Größe der Wolke spiegeln die Leckrate wider.
Die Infrarotdetektionsmethode von SF₆-Gas kann die Leckposition ohne Stromausfall auf Entfernung detektieren, die persönliche Sicherheit gewährleisten und die Stabilität der Stromversorgung verbessern. Es ist die wissenschaftlichste Detektionsmethode derzeit.
Die Stärkung der Prävention von SF₆-Schaltgerät-Lecks ist ein wichtiger Überwachungspunkt, um die sichere, wirtschaftliche und zuverlässige Betriebsführung von Umspannwerken sicherzustellen. Durch die Analyse der Ursachen von SF₆-Schaltgerät-Lecks kann das theoretische Niveau zur Prävention und Behandlung von SF₆-Schaltgerät-Leckproblemen kontinuierlich verbessert und die Fähigkeit, mit SF₆-Leckunfällen umzugehen, gesteigert werden. Unter den verschiedenen Detektionsmethoden ist die Infrarotbildgebung eine neue technische Methode für die Zustandsbasierte Instandhaltung von SF₆-Schaltgeräten und die dominante Entwicklungstrend in Zukunft.
