Analisi delle Cause Comuni di Perdita di Gas negli Interruttori SF6 delle Sottostazioni e Ricerca sui Metodi di Rilevamento

Con l'avanzamento della tecnologia e il miglioramento dei livelli di produzione, le prestazioni e la qualità delle attrezzature interruttori SF₆ sono state costantemente migliorate e i prodotti sono stati ampiamente riconosciuti dai clienti. Tuttavia, con la sua ampia applicazione, la frequenza dei guasti è aumentata. Le cause dei guasti includono problemi come principi di progettazione, processi di fabbricazione e scelta dei materiali. Attraverso indagini e statistiche sulle cause dei guasti, si sa che il 20%-30% dei problemi è causato dalla perdita di gas SF₆. La rilevazione delle fughe di gas è un punto cruciale e indispensabile durante la fase di installazione elettrica.

1 Cause Principali

La fuga è una situazione molto comune. I problemi di fuga si verificano ovunque ci siano differenze di contenuto, temperatura e pressione. Dovrebbero essere adottati rimedi scientifici per diversi fenomeni di fuga e la fonte della fuga dovrebbe essere identificata tempestivamente.

1.1 Fughe Esterne delle Macchine Idrauliche

Per varie macchine idrauliche, le posizioni e le situazioni di fuga possono variare. In generale, le posizioni comuni di fuga sono:

• Valvole, tenute e guarnizioni. Interruttori trifase, interruttori di scarico, interruttori primari, interruttori secondari, valvole di protezione, ecc. Le cause delle fughe includono chiusura inadeguata del nocciolo della valvola, superficie di contatto non uniforme a causa di precisione di produzione insufficiente; fori di sabbia nel corpo della valvola, posizione non sigillata e bulloni di rilascio del gas allentati.

• Le posizioni di connessione dei manometri e delle apparecchiature elettromeccaniche. Le guarnizioni di questi giunti potrebbero essere non uniformi o perdere elasticità, il che è probabile che causi fughe.

• Le superfici di tenuta dei pistoni del cilindro operativo e del cilindro accumulatore forniti dal produttore. Poiché le tenute e le guarnizioni in queste posizioni sono spesso soggette a frizione da movimento, sono propense a deformazioni, deterioramento o danni.

Le conseguenze delle fughe nelle macchine idrauliche sono molto serie. Una fuga minore non solo influenza la pulizia dell'attrezzatura ma comporta inevitabilmente un ripetuto rifornimento di pressione della pompa oleodinamica e un lungo ciclo di reintegro della pressione. Un'enorme fuoriuscita di olio nel corpo della valvola causerà un problema di perdita di pressione. Quando l'olio idraulico entra nel cilindro accumulatore, la pressione sul lato del gas continuerà ad aumentare, causando riparazioni d'emergenza, errori di manovra e difetti dell'attrezzatura, che ostacoleranno l'operatività sicura dell'attrezzatura.

1.2 Fughe Esterne al Corpo Principale e alle Connessioni

•  Saldature. A causa di una corrente elevata durante la saldatura, le saldature potrebbero essere bruciate, causando micro-fughe. Dopo un certo periodo, la quantità di fuga continuerà ad aumentare. Nelle posizioni di saldatura tra due materiali diversi, a causa dello stress locale elevato, le crepe di saldatura causeranno anche fughe. Con il miglioramento della tecnologia di fabbricazione del produttore, la probabilità che questo fenomeno si verifichi durante le fasi di installazione e operatività sul sito è relativamente bassa.

• La posizione di connessione tra la porcellana di supporto e la flangia. A causa della pressione elevata in questa posizione, è probabile che si verifichino fughe se il sigillaggio non è stretto, ad esempio se la superficie di connessione della porcellana è ruvida, la superficie di connessione non è uniforme e la guarnizione è irregolare o instabile.

• Giunti di tubazioni, interfacce di apparecchiature di rilievo di densità, estremità dei manometri, coperchio della scatola trifase e altre posizioni. Queste posizioni sono le aree più comuni per connessioni, chiusure e saldature, e sono i punti deboli e difficili per il sigillaggio, con alta probabilità di fuga.

Per il gas SF₆, la superficie di tenuta in qualsiasi posizione deve essere mantenuta molto pulita. Altrimenti, anche una piccola quantità di materiale estraneo bloccato sulla superficie di tenuta può aumentare il tasso di fuga all'ordine di 0.001MPa.M1/s, che non è consentito per l'attrezzatura. Pertanto, prima dell'installazione, la superficie di tenuta e la guarnizione devono essere accuratamente pulite con un panno bianco e carta igienica di alta qualità intinta in alcol, e deve essere effettuato un controllo dettagliato. L'assemblaggio può essere effettuato solo dopo aver confermato che non ci sono problemi. Inoltre, la polvere sulle flange, sui fori per i bulloni e sui bulloni di connessione deve essere asciugata per prevenire che entri nella superficie di tenuta, specialmente durante l'installazione del sigillaggio verticale.

2 Metodi di Rilevazione delle Fughe degli Interruttori SF₆
2.1 Metodo della Tensione Superficiale del Liquido

Il principio fondamentale è che per liquidi con forte tensione superficiale come l'acqua saponata, appaiono bolle nel punto di fuga quando il gas fuoriesce. Il metodo di rilevazione consiste nell'applicare acqua saponata e altri sostanze sul guscio esterno dell'interruttore SF₆ e sui possibili punti di fuga.
Svantaggi: Requisiti elevati per l'applicazione, impossibilità di rilevare fughe minori, e alcune posizioni non possono essere imbrattate.
Vantaggio: Intuitivo.

2.2 Rilevazione Qualitativa delle Fughe

Il principio fondamentale è che lo SF₆ ha una forte elettronegatività. Sotto l'influenza di una tensione ad alta voltaggio pulsante, si verifica un effetto di scarica continua, e il gas SF₆ cambierà le caratteristiche del campo elettrico della corona, consentendo di rilevare la presenza di gas SF₆ sul posto. Questo serve solo a determinare il grado relativo di fuga dell'attrezzatura interruttore SF₆, piuttosto che rilevare il suo tasso di fuga effettivo. La rilevazione qualitativa include i seguenti metodi:

• Rilevazione mediante pompaggio a vuoto. Pompare il vuoto fino a 133Pa, mantenere il pompaggio per oltre 30 minuti, fermare la pompa, leggere il valore A dopo 30 minuti di osservazione, e poi leggere il valore B dopo 5 ore di osservazione. Se 67Pa > B - A, si può determinare che il sigillaggio è buono.

•  Rilevazione mediante liquido schiumoso. Questo è un metodo qualitativo di rilevazione relativamente semplice che può trovare con precisione il punto di fuga. Il liquido schiumoso può essere preparato aggiungendo un sapone neutro a due parti di acqua. Applicare il liquido schiumoso alla posizione da rilevare per la fuga. Se compaiono bolle, indica che c'è una fuga in quella posizione. Più bolle e più urgenti sono, più grave è la fuga. Questo metodo può trovare approssimativamente la posizione di fuga con un tasso di fuga di 0.1ml/min.

•  Rilevazione mediante rivelatore di fughe. La rilevazione mediante rivelatore di fughe consiste nel muovere la sonda del rivelatore di fughe lungo la superficie di ogni connessione dell'interruttore e la superficie della fusione di alluminio, e determinare la situazione di fuga in base alla lettura del rivelatore di fughe. Quando si utilizza questo metodo, si devono padroneggiare le seguenti tecniche: Primo, la velocità di movimento della sonda dovrebbe essere lenta per evitare di perdere la fuga a causa di un movimento troppo rapido. Secondo, la rilevazione non dovrebbe essere effettuata con vento forte per evitare che la fuga venga dispersa e influenzi la rilevazione. Terzo, dovrebbe essere selezionato un rivelatore di fughe con alta sensibilità e bassa velocità di risposta. Generalmente, la quantità minima rilevabile del rivelatore di fughe è che il tasso di fuga è inferiore a 10-6, e la velocità di risposta è inferiore a 5s, che è più appropriato.

• Metodo di segmentazione e posizionamento. Questo metodo è adatto per interruttori con connessioni trifase di circuito di gas SF₆. Se viene determinata una fuga ma è difficile localizzarla, la struttura di gas SF₆ può essere divisa in diverse parti per la rilevazione, riducendo così la cecità.

• Metodo di riduzione della pressione. Questo metodo è applicabile quando la quantità di fuga dell'attrezzatura è elevata.

2.3 Rilevazione Quantitativa delle Fughe

Questo serve a rilevare il tasso di fuga dell'interruttore SF₆, e lo standard di giudizio è che il tasso di fuga annuale non superi il 1%. I metodi specifici sono i seguenti: (1) Metodo di Avvolgimento Locale: Utilizzare un film di plastica con uno spessore di 0,01 cm per avvolgere la forma geometrica della posizione di densità per un giro e mezzo, con la giunzione rivolta verso l'alto. Cerca di formare una forma circolare o quadrata, e sigilla con nastro adesivo dopo la modellazione [3]. Dovrebbe esserci un certo spazio, circa 0,05 cm, tra il film di plastica e l'oggetto misurato. Dopo l'avvolgimento, rileva il contenuto di gas SF₆ nella cavità avvolta dopo 24 ore, e seleziona il valore medio di quattro punti in posizioni diverse. Il tasso di fuga di questo processo di sigillaggio può essere calcolato utilizzando la seguente formula:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Dove:

• F: Tasso di fuga assoluto, quantità di fuga per unità di tempo (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Valore medio del contenuto di fuga rilevato (ppm).

• ΔV: Volume tra l'oggetto misurato e il film di plastica (m³).

• Δt: Intervallo di tempo per rilevare ΔC(s).

• P: Pressione atmosferica assoluta, che è 0.1MPa.

• V: Volume di gas SF₆ nella camera di gas (m³).

Il tasso di fuga annuale Fy di ogni camera di gas è calcolato come segue: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (all'anno) Dove Pr è la pressione di gas SF₆ specificata (MPa).

Quando si iniziano i suddetti calcoli, i seguenti parametri sono difficili da determinare:

• Δ V: Poiché il volume tra l'oggetto misurato e il film di plastica ha una forma irregolare, il suo volume non può essere calcolato direttamente. Si possono adottare metodi sperimentali, come l'iniezione di altri gas e liquidi attraverso un flussimetro nella cavità avvolta per raccogliere informazioni sul volume.

• V e W: Il volume e la massa di SF₆ nella camera di gas. Queste informazioni non sono fornite dal produttore. Si può richiedere al produttore di fornire informazioni accurate nei documenti tecnici di ordine, o utilizzare un metodo di misurazione durante il riempimento del gas per ottenere informazioni più precise.

Metodo di Rilevazione con Bottiglia Appesa: Appendere una bottiglia al foro di rilevazione dell'isolatore. Dopo alcune ore, utilizzare un rivelatore di fughe per rilevare se c'è gas SF₆ fuoriuscito nella bottiglia.

2.4 Rilevazione Infrarossa

Il metodo di rilevazione infrarossa utilizza principalmente la forte proprietà di assorbimento infrarosso del gas SF₆. Il gas SF₆ ha l'assorbimento più forte degli infrarossi con una lunghezza d'onda di 10.6um. I metodi di rilevazione infrarossa comuni includono il metodo laser infrarosso e il metodo di rilevazione passiva.
Il principio di funzionamento della rilevazione laser infrarossa è che un laser infrarosso incidente viene trasmesso dal trasmettitore laser, e il laser riflesso entra nella piattaforma di imaging del laser attraverso la riflessione. Se il laser incidente incontra il gas SF₆ fuoriuscito, parte della sua energia sarà assorbita, causando differenze nel laser riflesso nel caso di fuga e senza fuga, e infine, diverse immagini laser possono essere utilizzate per rilevare la presenza di fuga di gas SF₆. Il metodo di rilevazione passiva non trasmette attivamente il laser, ma rileva le lievi differenze causate dall'assorbimento degli infrarossi nell'atmosfera da parte del gas SF₆ per rilevare la presenza del gas SF₆.

Il rivelatore a pozzo quantistico refrigerato selezionato per i prodotti scientifici stranieri può determinare una differenza di temperatura di 0,03°C, e la quantità minima di gas rilevabile è 0,001ml/s di gas SF₆. Entrambi i metodi sopra menzionati utilizzano un visore di imaging per visualizzare l'immagine, rendendo visibile il gas SF₆ invisibile. Sul display del visore, il gas SF₆ fuoriuscito può essere visto come una nuvola nera dinamica, chiaramente visibile in un ambiente statico. Osservando attentamente la posizione in cui emerge la nuvola, la sorgente della fuga può essere localizzata rapidamente e con precisione. La velocità e la dimensione della nuvola riflettono il tasso di fuga.

Il metodo di rilevazione infrarossa del gas SF₆ può rilevare la posizione della fuga a distanza senza interruzione di corrente, garantendo la sicurezza personale e migliorando la stabilità del fornitura di energia. È il metodo di rilevazione più scientifico al momento.

Il rafforzamento della prevenzione delle fughe degli interruttori SF₆ è un punto di supervisione chiave per garantire l'operatività sicura, economica e affidabile delle stazioni di trasformazione. Analizzando le cause delle fughe degli interruttori SF₆, il livello teorico di prevenzione e gestione dei problemi di fuga degli interruttori SF₆ può essere costantemente migliorato, e la capacità di gestire gli incidenti di fuga di SF₆ può essere aumentata. Tra i vari metodi di rilevazione, la rilevazione tramite imaging infrarosso è un nuovo metodo tecnico per la manutenzione basata sullo stato degli interruttori SF₆ ed è la tendenza di sviluppo mainstream nel futuro.