Análisis de las Causas Comunes de Fugas de Gas en Interruptores de SF6 de Subestaciones e Investigación sobre Medidas de Detección
Con el avance de la tecnología y la mejora de los niveles de producción, el rendimiento y la calidad del equipo de interruptores SF₆ han sido continuamente mejorados, y los productos han sido ampliamente reconocidos por los clientes. Sin embargo, con su aplicación extensiva, también ha aumentado la frecuencia de fallos. Las causas de los fallos incluyen problemas como principios de diseño, procesos de fabricación y selección de materiales. A través de la investigación y las estadísticas sobre las causas de los fallos, se sabe que el 20%-30% de los problemas son causados por la fuga de gas SF₆. La detección de fugas de gas es un punto crucial e indispensable durante la etapa de instalación eléctrica.
1 Causas Principales
La fuga es una situación muy común. Los problemas de fuga ocurren dondequiera que haya diferencias en el contenido, la temperatura y la presión. Se deben adoptar remedios científicos para diferentes fenómenos de fuga, y se debe encontrar la fuente de la fuga de manera oportuna.
1.1 Fugas Externas de Máquinas Hidráulicas
Para diversas máquinas hidráulicas, las posiciones y situaciones de fuga pueden variar. Generalmente, las posiciones comunes de fuga son:
Válvulas, juntas y arandelas. Interruptores de tres vías, interruptores de drenaje de aceite, interruptores primarios, interruptores secundarios, válvulas de protección, etc. Las causas de las fugas incluyen el cierre inadecuado del núcleo de la válvula, superficie de contacto desigual debido a la precisión de fabricación insuficiente; orificios de arena en el cuerpo de la válvula, posición no sellada y tornillos de liberación de gas flojos.
Las posiciones de conexión de manómetros y equipos electromecánicos. Las juntas de estas uniones pueden ser irregulares o perder su elasticidad, lo que puede causar fugas.
Las superficies de sellado del pistón del cilindro de operación y el pistón del cilindro acumulador proporcionados por el fabricante. Dado que las juntas y arandelas en estas posiciones a menudo están sujetas a la fricción del movimiento, son propensas a la deformación, deterioro o daño.
Las consecuencias de las fugas en máquinas hidráulicas son muy graves. Una fuga menor no solo afecta la limpieza del equipo, sino que también inevitablemente lleva a la recarga repetitiva de la bomba de aceite y a un ciclo de relleno de presión prolongado. Una fuga masiva de aceite en el cuerpo de la válvula causará un problema de pérdida de presión. Cuando el aceite hidráulico ingresa al cilindro acumulador, la presión en el lado del gas aumentará continuamente, resultando en reparaciones de emergencia, mal funcionamiento y defectos del equipo, lo que obstaculizará la operación segura del equipo.
1.2 Fugas Externas en el Cuerpo Principal y Conexiones
Soldaduras. Debido a una corriente grande durante la soldadura, las soldaduras pueden atravesarse, resultando en microfugas. Después de un cierto período, la cantidad de fuga continuará aumentando. En las posiciones de soldadura de dos materiales diferentes, debido a la alta tensión local, las grietas de soldadura también causarán fugas. Con la mejora de la tecnología de fabricación del fabricante, la probabilidad de que este fenómeno ocurra durante las etapas de instalación y operación en el sitio es relativamente pequeña.
La posición de conexión entre el soporte de porcelana y el flange. Debido a la alta presión en esta posición, es probable que ocurran fugas si el sellado no es hermético, como la fabricación tosca de la superficie de unión de la porcelana, superficie de unión irregular y unión de la arandela desigual o inestable.
Uniones de tuberías, interfaces de equipos de relés de densidad, extremos de manómetros, tapa de la caja de tres vías y otras posiciones. Estas posiciones son las áreas más comunes para conexiones, cierres y soldaduras, y son los puntos débiles y difíciles de sellado, con una alta probabilidad de fuga.
Para el gas SF₆, la superficie de sellado en cualquier posición debe mantenerse muy limpia. De lo contrario, incluso una pequeña cantidad de material extraño atascado en la superficie de sellado puede aumentar la tasa de fuga a un orden de 0.001MPa.M1/s, lo cual no es permitido para el equipo. Por lo tanto, antes de la instalación, la superficie de sellado y la arandela deben ser cuidadosamente limpiadas con un paño blanco y papel higiénico de alta calidad mojados en alcohol, y se debe realizar una inspección detallada. Solo se puede proceder a la montaje después de confirmar que no hay problemas. Además, se debe limpiar el polvo en el flange, los orificios de los tornillos y los tornillos de conexión para evitar que entre en la superficie de sellado, especialmente durante la instalación del sello vertical.
2 Métodos de Detección de Fugas en Interruptores SF₆
2.1 Método de Tensión Superficial Líquida
El principio básico es que para líquidos con fuerte tensión superficial, como el agua jabonosa, aparecerán burbujas en el punto de fuga cuando escape el gas. El método de detección consiste en aplicar agua jabonosa u otros sustancias en la carcasa del interruptor SF₆ y en los posibles puntos de fuga.
Desventajas: Requisitos altos para la aplicación, no puede detectar fugas menores, y algunas posiciones no pueden ser aplicadas.
Ventaja: Intuitivo.
2.2 Detección Cualitativa de Fugas
El principio básico es que el SF₆ tiene una electronegatividad fuerte. Bajo la influencia de un alto voltaje pulsado, se produce un efecto de descarga continua, y el gas SF₆ cambiará el rendimiento del campo eléctrico de corona, lo que permite detectar la presencia de gas SF₆ en el sitio. Esto solo sirve para determinar el grado relativo de fuga del equipo de interruptores SF₆, en lugar de detectar su tasa de fuga real. La detección cualitativa de fugas incluye los siguientes métodos:
Detección por bombeo de vacío. Bombee hasta 133Pa, mantenga el bombeo durante más de 30 minutos, detenga la bomba, lea el valor A después de observar durante 30 minutos, y luego lea el valor B después de observar durante 5 horas. Si 67Pa > B - A, se puede determinar que el sellado es bueno.
Detección con líquido espumoso. Este es un método cualitativo de detección de fugas relativamente simple que puede encontrar con precisión el punto de fuga. El líquido espumoso se puede preparar agregando un jabón neutro a dos partes de agua. Aplique el líquido espumoso a la posición a detectar para fugas. Si aparecen burbujas, indica que hay una fuga en esa posición. Cuanto más y más urgentes sean las burbujas, más grave será la fuga. Este método puede encontrar aproximadamente la posición de fuga con una tasa de fuga de 0.1ml/min.
Detección con detector de fugas. La detección con detector de fugas implica mover la sonda del detector de fugas a lo largo de la superficie de cada conexión del interruptor y la superficie de la fundición de aluminio, y determinar la situación de fuga según la lectura del detector de fugas. Al usar este método, se deben dominar las siguientes técnicas: Primero, la velocidad de movimiento de la sonda debe ser lenta para evitar perder la fuga debido a un movimiento demasiado rápido. Segundo, la detección no debe realizarse con viento fuerte para evitar que la fuga sea dispersada y afecte la detección. Tercero, se debe seleccionar un detector de fugas con alta sensibilidad y baja velocidad de respuesta. Generalmente, la cantidad mínima detectable del detector de fugas es que la tasa de fuga es inferior a 10-6, y la velocidad de respuesta es inferior a 5s, lo que es más apropiado.
Método de segmentación y posicionamiento. Este método es adecuado para interruptores con conexiones de circuito de gas SF₆ trifásico. Si se determina que hay una fuga pero es difícil localizarla, la estructura de gas SF₆ se puede dividir en varias partes para la detección, reduciendo así la ceguera.
Método de reducción de presión. Este método es aplicable cuando la cantidad de fuga del equipo es grande.
2.3 Detección Cuantitativa de Fugas
Esto es para detectar la tasa de fuga del interruptor SF₆, y el criterio de juicio es que la tasa de fuga anual no exceda el 1%. Los métodos específicos son los siguientes: (1) Método de Envoltura Local: Use una película plástica con un grosor de 0.01 cm para envolver la forma geométrica de la posición de densidad en un círculo y medio, con la unión hacia arriba. Intente formar una forma circular o cuadrada, y selle con cinta adhesiva después de darle forma [3]. Debe haber un cierto espacio, aproximadamente 0.05 cm, entre la película plástica y el objeto medido. Después de envolver, detecte el contenido de gas SF₆ en la cavidad envuelta después de 24 horas, y seleccione el valor promedio de cuatro puntos en diferentes posiciones. La tasa de fuga de este proceso de sellado se puede calcular usando la siguiente fórmula:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)
Donde:
La tasa de fuga anual Fy de cada cámara de gas se calcula de la siguiente manera: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (por año) Donde Pr es la presión especificada de gas SF₆ (MPa).
Al iniciar los cálculos anteriores, los siguientes parámetros son difíciles de determinar:
Método de Detección con Botella Colgante: Cuelgue una botella en el orificio de detección del aislador. Después de unas horas, use un detector de fugas para detectar si hay gas SF₆ fugado en la botella.
2.4 Detección Infrarroja
El método de detección infrarroja utiliza principalmente la fuerte propiedad de absorción infrarroja del gas SF₆. El gas SF₆ tiene la mayor absorción de rayos infrarrojos con una longitud de onda de 10.6um. Los métodos de detección infrarroja comunes incluyen el método láser infrarrojo y el método de detección pasiva.
El principio de funcionamiento de la detección láser infrarroja es que un láser infrarrojo incidente es transmitido por el transmisor láser, y el láser retrodispersado ingresa a la plataforma de imagen del cámara láser a través de la reflexión. Si el láser incidente encuentra gas SF₆ fugado, parte de su energía será absorbida, resultando en diferencias en el láser retrodispersado en el caso de fuga y sin fuga, y finalmente, se pueden usar diferentes imágenes láser para detectar la presencia de fuga de gas SF₆. El método de detección pasiva no transmite activamente luz láser, sino que detecta las pequeñas diferencias causadas por la absorción de rayos infrarrojos en la atmósfera por el gas SF₆ para detectar la presencia de gas SF₆.
El detector de pozo cuántico refrigerado seleccionado para productos científicos extranjeros puede determinar una diferencia de temperatura de 0.03°C, y el volumen mínimo de gas detectable es 0.001ml/s de gas SF₆. Ambos métodos anteriores utilizan un visor de imagen para mostrar la imagen, haciendo visible el gas SF₆ invisible. En la pantalla del visor, el gas SF₆ fugado se puede ver como una nube negra dinámica, que es claramente visible en un entorno estático. Al observar cuidadosamente la posición donde emerge la nube, se puede localizar rápidamente y con precisión la fuente de la fuga. La velocidad y el tamaño de la nube reflejan la tasa de fuga.
El método de detección infrarroja del gas SF₆ puede detectar la posición de fuga a distancia sin interrupción de la electricidad, asegurando la seguridad personal y mejorando la estabilidad del suministro de electricidad. Es el método de detección más científico actualmente.
Fortalecer la prevención de fugas en interruptores SF₆ es un punto clave de supervisión para garantizar la operación segura, económica y confiable de las subestaciones. Al analizar las causas de las fugas en interruptores SF₆, se puede mejorar continuamente el nivel teórico de prevención y manejo de problemas de fugas en interruptores SF₆, y se puede aumentar la capacidad de manejo de accidentes de fuga de SF₆. Entre los diversos métodos de detección, la detección por imagen infrarroja es un nuevo método técnico para el mantenimiento basado en la condición de los interruptores SF₆ y es la tendencia principal de desarrollo en el futuro.
