Analiza uobičajenih uzroka curenja plina u prekidačima SF6 podstanica i istraživanje mjera otkrivanja

S razvojem tehnologije i poboljšanjem razine proizvodnje, performanse i kvaliteta opreme za prekidnike SF₆ su se kontinuirano poboljšavale, a proizvodi su doživjeli široko priznanje kupaca. Međutim, s njihovom ekstenzivnom upotrebom povećala se i učestalost grešaka. Uzroci grešaka uključuju probleme poput principa dizajna, procesa proizvodnje i odabira materijala. Kroz istraživanje i statistiku uzroka grešaka, zna se da 20-30% problema nastaje zbog curenja SF₆ plina. Detekcija curenja plina je ključna i neizbježna točka tijekom faze električne instalacije.

1 Glavni uzroci

Curenje je vrlo uobičajena situacija. Problemi s curenjem se pojavljuju gdje god postoje razlike u sadržaju, temperaturi i tlaku. Za različite pojave curenja trebale bi se primijeniti znanstvene mjere, a izvor curenja treba otkriti na vrijeme.

1.1 Vanjsko curenje hidrauličkih strojeva

Za različite hidrauličke strojeve, pozicije i situacije curenja mogu varirati. Opće mjesto curenja su:

• Ventili, čvršći i gume. Trostruki prekidači, ventili za ispuštanje ulja, glavni prekidači, sekundarni prekidači, zaštiti ventili itd. Uzroci curenja uključuju nepravilno zatvaranje srži ventila, neravnomjeran kontakt površine zbog nedostatka preciznosti proizvodnje; pijesčane rupice u tijelu ventila, nerazriješeno mjesto, i luke za ispuštanje plina koje nisu dovoljno stisnute.

• Poveznice tlakomjera i elektromehaničkog opremu. Gume za čvršće ovih spojeva mogu biti neravne ili izgubit elasticitet, što može dovesti do curenja.

• Čvršća površine pistona radnog cilindra i akumulatornog cilindra dostavljeni od strane proizvođača. Budući da su čvršći i gume na tim mjestima često podložni trenju pri kretanju, oni su skloni deformaciji, degeneraciji ili oštećenju.

Posljedice curenja u hidrauličkim strojevima su vrlo ozbiljne. Njegova manja stopa ne samo da utječe na čistoću opreme, već neizbježno dovodi do ponovljene pumpiranja ulja i dugog ciklusa nadopunjavanja tlaka. Velika curenja ulja u tijelu ventila dovest će do problema s gubitkom tlaka. Kada hidrauličko ulje uđe u akumulatorni cilindar, tlak na strani plina će se neprekidno povećavati, što rezultira hitnim popravcima, pogrešnim radom i defektima opreme, što će sprečiti sigurno funkcioniranje opreme.

1.2 Vanjsko curenje na glavnom tijelu i spojevima

•  Šive. Zbog velikog struja tijekom svarenja, šive mogu proći, što rezultira mikrocurenjem. Nakon određenog vremena, količina curenja će se neprekidno povećavati. Na pozicijama svarenja dviju različitih materija, zbog visokog lokalnog naprezanja, pukotine u šivama također mogu dovesti do curenja. S poboljšanjem tehnologije proizvodnje proizvođača, vjerojatnost pojavljivanja ovog fenomena tijekom etape montaže i rada na terenu je relativno mala.

• Spojnica između nosivog porcelana i flange. Zbog visokog tlaka na tom mjestu, curenje se može dogoditi ako čvršće nije dovoljno stisnuto, kao što su grubo izrađeni spojni površini porcelana, neravne spojnice, i neravnomjerne ili nestabilne spojnice čvršća.

• Spojnice cjevova, sučelja opreme za gustocu, krajevi tlakomjera, poklopac trostruke kutije i druga mesta. Ova mesta su najčešća mesta za spojeve, zatvaranje i svarenje, i predstavljaju teške i slabe točke čvršća, sa visokom vjerojatnošću curenja.

Za SF₆ plin, čvršća površina na bilo kojem mjestu mora biti vrlo čista. Inače, čak i mala količina tuđeg materijala zalipljena na čvršću površini može povećati stopu curenja na red veličine 0.001MPa.M1/s, što nije dopušteno za opremu. Stoga, prije montaže, čvršća površina i guma trebaju pažljivo biti otrenuti bijelim platnom i visokokvalitetnim papirnatim ručnikom namočenim alkoholom, i provesti detaljnu inspekciju. Montaža se može obaviti tek nakon potvrde da nema problema. Također, prašina na flanžama, otvorima za boltove i spojnim boltovima treba biti otrenuta kako bi se spriječilo ulaganje u čvršću površinu, posebno tijekom montaže vertikalnog čvršća.

2 Metode detekcije curenja prekidnika SF₆
2.1 Metoda površinske tenzije tekućine

Osnovni princip je da tekućine s jakom površinskom tenzijom, poput sapunaste vode, formiraju mehure na mjestu curenja gasa. Metoda detekcije sastoji se u nanosenju sapunaste vode i drugih materija na vanjsku ljusku prekidnika SF₆ i moguća mesta curenja.
Nedostaci: Visoki zahtjevi za nanosom, ne može otkriti male curenja, a neka mesta ne mogu biti nanesena.
Prednost: Intuitivno.

2.2 Kvalitativna detekcija curenja

Osnovni princip je da SF₆ ima jaku elektronegativnost. Pod utjecajem impulsnog visokog napona, događa se kontinuirani efekt rasipanja, a SF₆ plin mijenja svojstva koronskog električnog polja, time otkrivajući prisutnost SF₆ plina na mjestu. Ovo služi samo za određivanje relativne razine curenja opreme prekidnika SF₆, a ne za otkrivanje njegove stvarne stope curenja. Kvalitativna detekcija curenja uključuje sljedeće metode:

• Detekcija putem vakuumiranja. Iscrpite vakuum do 133Pa, održavajte vakuumiranje više od 30 minuta, zaustavite pumpu, pročitajte vrijednost A nakon promatranja 30 minuta, a zatim pročitajte vrijednost B nakon promatranja 5 sati. Ako 67Pa > B - A, može se zaključiti da je čvršće dobro.

•  Detekcija s penjanjem. To je relativno jednostavna kvalitativna metoda detekcije curenja koja može točno pronaći mjesto curenja. Penjanje se može pripremiti dodavanjem neutralnog sapuna u dvije dijelove vode. Nanese se penjanje na mjesto gdje se očekuje curenje. Ako se pojavljuju mjure, to ukazuje na curenje na tom mjestu. Što je više i brže mjure, to je ozbiljnije curenje. Ova metoda može približno pronaći mjesto curenja s stopom curenja 0.1ml/min.

•  Detekcija s detektorom curenja. Detekcija s detektorom curenja sastoji se u premještanju sonde detektora curenja duž površine svakog spoja prekidnika i površine aluminijastog odliva, i utvrđivanju stanja curenja prema čitanju detektora curenja. Pri korištenju ove metode, trebaju se savladati sljedeće tehnike: Prvo, brzina premještanja sonde treba biti spora kako bi se spriječilo propuštanje curenja zbog prevelike brzine. Drugo, detekcija ne bi trebala se obavljati u jakom vjetru kako bi se spriječilo da curenje bude odneseno i utjecalo na detekciju. Treće, treba odabrati detektor curenja s visokom osjetljivošću i niskom brzinom reakcije. Obično, najmanja otkrivljiva količina detektora curenja je stopa curenja niža od 10-6, a brzina reakcije niža od 5s, što je prikladno.

• Metoda segmentacije i lokacije. Ova metoda je primjenjiva za prekidnike s trofaznim SF₆ plinovitim vezama. Ako se otkrije curenje, ali je teško lokirati, strukturu SF₆ plina može se podijeliti na nekoliko dijelova za detekciju, smanjujući slijepo tačke.

• Metoda smanjenja tlaka. Ova metoda je primjenjiva kada je količina curenja opreme velika.

2.3 Kvantitativna detekcija curenja

To je detekcija stope curenja prekidnika SF₆, a kriterij ocjene je da godišnja stopa curenja ne prelazi 1%. Konkretni postupci su sljedeći: (1) Lokalna metoda pakiranja: Koristite plastiku debljine 0.01 cm da zapakirate geometrijski oblik gustoćne pozicije za jednu i pol kruga, s spojem usmjerenim prema gore. Pokušajte formirati okrugli ili kvadratni oblik, i zatvorite ga lepljivom trakom nakon oblikovanja [3]. Trebao bi postojati određeni razmak, približno 0.05 cm, između plastične folije i mjerenog objekta. Nakon pakiranja, detektirajte količinu SF₆ plina u zapakiranom prostoru nakon 24 sata, i odaberite prosječnu vrijednost četiri točke na različitim pozicijama. Stopa curenja tog čvršća procesa može se izračunati sljedećom formulom:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Gdje:

• F: Apolutna stopa curenja, količina curenja po jedinici vremena (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Prosječna vrijednost otkrivene količine curenja (ppm).

• ΔV: Zapremina između mjerenog objekta i plastične folije (m³).

• Δt: Vremenski interval za otkrivanje ΔC(s).

• P: Apolutni atmosferski tlak, koji iznosi 0.1MPa.

• V: Zapremina SF₆ plina u plinovom prostoru (m³).

Godišnja stopa curenja Fy svakog plinovog prostora računa se sljedećim izrazom: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (po godini) gdje Pr je zadani tlak SF₆ plina (MPa).

Pri početku ovih izračuna, sljedeći parametri su teško odredivi:

• Δ V: Budući da zapremina između mjerenog objekta i plastične folije ima nepravilan oblik, njegova zapremina ne može se direktno izračunati. Mogu se koristiti eksperimentalni postupci, poput ubrizgavanja drugih plinova i tekućina kroz protokomet u zapakirani prostor kako bi se sakupile informacije o zapremini.

• V i W: Zapremina i masa SF₆ plina u plinovom prostoru. Ove informacije proizvođač ne pruža. Možete zahtijevati od proizvođača da pruži točne informacije u tehničkim dokumentima narudžbe, ili koristiti metodu mjerenja tijekom punjenja plinom kako bi se dobile preciznije informacije.

Viseći bočić: Viseći bočić se postavlja na otvor izolatora. Nakon nekoliko sati, koristi se detektor curenja da se otkrije je li u bočiću prisutan izbijeni SF₆ plin.

2.4 Infracrvena detekcija

Metoda infracrvene detekcije uglavnom koristi jaku infracrvenu apsorpciju SF₆ plina. SF₆ plin najjače apsorbira infracrvene zrake duljine vala 10.6um. Uobičajene metode infracrvene detekcije uključuju infracrvenu lasersku metodu i pasivnu metodu detekcije.
Radni princip laserske infracrvene detekcije je da se padajući infracrveni laser emitira laserskim emiterom, a reflektirani laser se vraća na platformu za lasersko snimanje. Ako padajući laser susretnuti izbijeni SF₆ plin, dio njegove energije apsorbirat će se, što rezultira razlikama u reflektiranom laseru u slučaju curenja i bez curenja, i konačno, različita laserska snimanja se mogu koristiti za otkrivanje prisutnosti curenja SF₆ plina. Pasivna metoda detekcije ne aktivno emitira laserski zrake, već otkriva mala razlika uzrokovana apsorpcijom infracrvenih zraka u atmosferi od strane SF₆ plina kako bi se otkrila prisutnost SF₆ plina.

Refrigeratorski kvantni jaz detector odabran za strane znanstvene proizvode može odrediti temperaturnu razliku od 0.03°C, a najmanja otkrivljiva količina plina je 0.001ml/s SF₆ plina. Objedinstvena metoda koristi uređaj za prikaz slike, čime se nevidljivi SF₆ plin čini vidljivim. Na prikazu uređaja, izbijeni SF₆ plin se vidi kao dinamični crni oblak, koji je jasno vidljiv u statičkom okruženju. Pažljivim promatranjem mjesta iz kojeg se pojavljuje oblak, izvor curenja može se brzo i točno lokirati. Brzina i veličina oblaka odražavaju stopu curenja.

Infracrvena metoda detekcije SF₆ plina može udaljeno detektirati mjesto curenja bez isključivanja struje, osiguravajući osobnu sigurnost i poboljšavajući stabilnost snabdijevanja strujom. To je najznanstvenija metoda detekcije u trenutku.

Jačanje prevencije curenja prekidnika SF₆ je ključna točka nadzora za osiguranje sigurnog, ekonomskog i pouzdanog rada transformatornih stanica. Analizom uzroka curenja prekidnika SF₆, teorijska razina prevencije i obrade problema curenja prekidnika SF₆ može se kontinuirano poboljšavati, a sposobnost obrade incidenata curenja SF₆ može se unaprijediti. Među različitim metodama detekcije, infracrvena slikovna detekcija je nova tehnološka metoda za uvjetno održavanje prekidnika SF₆ i budući mainstream trend.