Analyse van Algemene Oorzaken van Gashelling in SF6 Schakelaars van Transformatiehuizen en Onderzoek naar Detectiemethoden

Met de vooruitgang van technologie en verbetering van productieniveaus zijn de prestaties en kwaliteit van SF₆ schakelaarapparatuur continu verbeterd, en de producten zijn wijdverspreid erkend door klanten. Echter, met de uitgebreide toepassing is ook de frequentie van storingen toegenomen. De oorzaken van storingen omvatten problemen zoals ontwerp principes, productieprocessen en materiaalkeuze. Door onderzoek en statistiek naar de oorzaken van storingen is bekend dat 20%-30% van de problemen wordt veroorzaakt door lekken van SF₆ gas. Gaslekdetectie is een cruciaal en onmisbaar punt tijdens het elektrische installatieproces.

1 Hoofdoorzaken

Lekken is een zeer algemene situatie. Lekproblemen treden op waar er verschillen zijn in inhoud, temperatuur en druk. Er moeten wetenschappelijke oplossingen worden toegepast voor verschillende lekfenomenen, en de bron van het lek moet op tijd worden gevonden.

1.1 Externe lekkage van hydraulische machines

Voor verschillende hydraulische machines kunnen de lekposities en -situaties variëren. Over het algemeen zijn de veelvoorkomende lekposities:

• Kleppen, dichtingen en pluggen. Driewegschakelaars, olieafvoerschakelaars, primaire schakelaars, secundaire schakelaars, veiligheidskleppen, enz. De oorzaken van lekkage omvatten onjuiste sluiting van de klepknop, oneffen contactoppervlak door onvoldoende productieprecisie; zandgaten in het kleplichaam, onafgesloten positie, en losse gasspaningsbouten.

• De aansluitposities van manometers en elektromechanische apparatuur. De dichtingen van deze aansluitingen kunnen oneven of hun elasticiteit verliezen, wat waarschijnlijk lekkage veroorzaakt.

• De dichtoppervlakken van de bedrijfscilinderpistons en de accumulatordruppels die door de fabrikant worden geleverd. Aangezien de dichtingen en pluggen op deze posities vaak blootstaan aan bewegingswrijving, zijn ze vatbaar voor vervorming, verslechtering of beschadiging.

De gevolgen van lekkage in hydraulische machines zijn zeer ernstig. Kleine lekkages beïnvloeden niet alleen de reinheid van de apparatuur, maar leiden ook onvermijdelijk tot herhaalde opdrukking van de olietank en een lang drukaanvullingscyclus. Grote olielekkages in het kleplichaam zullen een drukverliesprobleem veroorzaken. Wanneer de hydraulische olie de accumulatordruppel bereikt, zal de druk aan de gaskant voortdurend toenemen, wat leidt tot spoedreparaties, foutieve bediening en apparatuurdefecten, wat de veilige werking van de apparatuur belemmert.

1.2 Externe lekkage aan het hoofdlichaam en de aansluiting

•  Lasnaden. Vanwege een grote stroom tijdens het lassen, kunnen de lasnaden doorgelast worden, wat micro-lekkage veroorzaakt. Na een bepaalde periode zal de lekkage hoeveelheid continu toenemen. Bij de lasposities van twee verschillende materialen, veroorzaken hoge lokale spanningen, lasbarsten die ook lekkage veroorzaken. Met de verbetering van de fabricage technologie van de fabrikant, is de kans op dit fenomeen tijdens de plaatselijke installatie en operatiestadia relatief klein.

• De aansluitpositie tussen de steunporseleinen bushing en de flens. Vanwege de hoge druk op deze positie, kan lekkage optreden als de afsluiting niet strak is, zoals ruwe fabricage van de porseleinen bushing aansluitoppervlak, oneven aansluitoppervlak, en oneven of onstabiele verbinding van de dichtring.

• Leidingaansluitingen, dichtheid relay-apparatuur interfaces, de uiteinden van manometers, deksel van de driewegdoos, en andere posities. Deze posities zijn de meest voorkomende gebieden voor aansluitingen, sluitingen en lassen, en ze zijn de moeilijke en zwakke punten van afsluiting, met een hoge kans op lekkage.

Voor SF₆ gas moet elk afsluitoppervlak zeer schoon worden gehouden. Anders kan zelfs een kleine hoeveelheid vreemd materiaal op het afsluitoppervlak de lekkage snelheid verhogen tot de orde van 0,001 MPa.M1/s, wat niet wordt toegestaan voor de apparatuur. Daarom moet voor de installatie het afsluitoppervlak en de dichting zorgvuldig worden afgeveegd met een witte doek en kwalitatief toiletpapier gedoopt in alcohol, en een gedetailleerde inspectie moet worden uitgevoerd. Pas na bevestiging dat er geen problemen zijn, kan de assemblage worden uitgevoerd. Bovendien moet het stof op de flens, boutgaten en aansluitbouten worden afgeveegd om te voorkomen dat het het afsluitoppervlak binnendringt, vooral bij de installatie van de verticale afsluiting.

2 SF₆ Schakelaar Lekdetectiemethoden
2.1 Vloeistofoppervlaktespanningsmethode

Het basisprincipe is dat voor vloeistoffen met sterke oppervlaktespanning zoals zeepwater, er belletjes zullen verschijnen op het lekpunt wanneer gas lekt. De detectiemethode is om zeepwater en andere stoffen aan te brengen op de buitenkant van de SF₆ schakelaar en de mogelijke lekpunten.
Nadelen: Hoge eisen voor smeren, niet in staat om kleine lekkages te detecteren, en sommige posities kunnen niet worden gesmeerd.
Voordelen: Intuïtief.

2.2 Kwalitatieve lekdetectie

Het basisprincipe is dat SF₆ sterke electronegativiteit heeft. Onder invloed van gepulseerde hoge spanning vindt er een continue ontladingseffect plaats, en het SF₆ gas zal de prestatie van de corona elektrisch veld veranderen, waardoor de aanwezigheid van SF₆ gas ter plaatse wordt gedetecteerd. Dit is slechts om het relatieve lekgraad van de SF₆ schakelaarapparatuur te bepalen, en niet om de werkelijke leksnelheid te detecteren. Kwalitatieve lekdetectie omvat de volgende methoden:

• Vacuüm pompen detectie. Pompen tot 133 Pa, pompen voor meer dan 30 minuten, stoppen met pompen, waarde A lezen na 30 minuten observatie, en vervolgens waarde B lezen na 5 uur observatie. Als 67 Pa > B - A, kan worden vastgesteld dat de afsluiting goed is.

•  Schuimend vloeistof detectie. Dit is een relatief eenvoudige kwalitatieve lekmethode die het lekpunt nauwkeurig kan vinden. Het schuimende middel kan worden bereid door een neutrale zeep toe te voegen aan twee delen water. Breng het schuimende middel aan op de te controleren lekpunten. Als er belletjes verschijnen, geeft dit aan dat er lekkage is op deze plek. Hoe meer en dringender de belletjes, hoe ernstiger de lekkage. Deze methode kan ruwweg het lekpunt vinden met een leksnelheid van 0,1 ml/min.

•  Lekdetector detectie. De lekdetector detectie bestaat uit het bewegen van de sonde van de lekdetector langs het oppervlak van elke aansluiting van de schakelaar en het oppervlak van de aluminium gieterij, en het bepalen van de leksituatie op basis van de lezing van de lekdetector. Bij het gebruik van deze methode moeten de volgende technieken worden beheerst: Ten eerste moet de bewegingssnelheid van de sonde langzaam zijn om te voorkomen dat de lek door te snelle beweging wordt gemist. Ten tweede mag de detectie niet in sterke wind worden uitgevoerd om te voorkomen dat de lek wordt weggeblazen en de detectie beïnvloedt. Ten derde moet een lekdetector met hoge gevoeligheid en lage reactiesnelheid worden gekozen. Over het algemeen is de minimale detecteerbare hoeveelheid van de lekdetector dat de leksnelheid lager is dan 10-6, en de reactiesnelheid lager dan 5s, wat beter is.

• Segmentatie en positiebepaling methode. Deze methode is geschikt voor schakelaars met driefase SF₆ gas circuit aansluitingen. Als lekkage is vastgesteld, maar het is moeilijk om te lokaliseren, kan de SF₆ gasstructuur worden verdeeld in verschillende delen voor detectie, waardoor blindheid wordt verminderd.

• Drukvermindering methode. Deze methode is van toepassing wanneer de lekhoeveelheid van de apparatuur groot is.

2.3 Kwantitatieve lekdetectie

Dit is om de leksnelheid van de SF₆ schakelaar te detecteren, en de oordeelsnorm is dat de jaarlijkse leksnelheid niet meer dan 1% mag zijn. De specifieke methoden zijn als volgt: (1) Lokale verpakking methode: Gebruik een plastic film met een dikte van 0,01 cm om de geometrische vorm van de dichtheidpositie voor anderhalve cirkel te verpakken, met de aansluiting naar boven gericht. Probeer een ronde of vierkante vorm te vormen, en sluit het af met plakband [3]. Er moet een bepaalde ruimte zijn, ongeveer 0,05 cm, tussen de plastic film en het object dat wordt gemeten. Na het verpakken, detecteer de inhoud van SF₆ gas in de verpakte holte na 24 uur, en selecteer de gemiddelde waarde van vier punten op verschillende posities. De leksnelheid van dit afsluitproces kan worden berekend met de volgende formule:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Waar:

• F: Absolute leksnelheid, lekhoeveelheid per eenheid tijd (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Gemiddelde waarde van de gedetecteerde lekinhoud (ppm).

• ΔV: Volume tussen het gemeten object en de plastic film (m³).

• Δt: Tijdsinterval voor het detecteren van ΔC(s).

• P: Absolute atmosferische druk, die 0.1MPa is.

• V: Volume van SF₆ gas in de gaskamer (m³).

De jaarlijkse leksnelheid Fy van elke gaskamer wordt als volgt berekend: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (per jaar) Waarbij Pr de gespecificeerde SF₆ gasdruk (MPa) is.

Bij het starten van de bovenstaande berekeningen zijn de volgende parameters moeilijk te bepalen:

• Δ V: Aangezien het volume tussen het gemeten object en de plastic film een onregelmatige vorm heeft, kan het volume niet direct worden berekend. Experimentele methoden kunnen worden toegepast, zoals het injecteren van andere gassen en vloeistoffen via een flowmeter in de verpakte holte om volumecollectie-informatie te verzamelen.

• V en W: Het gasvolume en de massa van SF₆ in de gaskamer. Deze informatie wordt niet verstrekt door de fabrikant. U kunt de fabrikant vragen om accurate informatie te verstrekken in de order technische documenten, of gebruik een metering methode tijdens het vullen van gas om meer precieze informatie te verkrijgen.

Flesophanging detectie methode: Hang een fles aan het detectiegat van de isolator. Na enkele uren, gebruik een lekdetector om te detecteren of er gelekt SF₆ gas in de fles is.

2.4 Infrarood detectie

De infrarood detectiemethode maakt voornamelijk gebruik van de sterke infrarood absorptie eigenschap van SF₆ gas. SF₆ gas heeft de sterkste absorptie van infraroodstralen met een golflengte van 10,6um. Gewone infrarood detectiemethoden omvatten de infrarood laser methode en de passieve detectie methode.
Het werkingsprincipe van laser infrarood detectie is dat een ingevallen infrarood laser wordt overgebracht door de laserafzender, en de teruggekaatste laser komt binnen in de lasercamera imaging platform door reflectie. Als de ingevallen laser gelekt SF₆ gas tegenkomt, zal een deel van zijn energie worden geabsorbeerd, wat resulteert in verschillen in de teruggekaatste laser in het geval van lekkage en geen lekkage, en uiteindelijk kan verschillende laser imaging worden gebruikt om de aanwezigheid van SF₆ gas lekkage te detecteren. De passieve detectie methode zendt geen actieve laser licht uit, maar detecteert de subtiele verschillen veroorzaakt door de absorptie van infraroodstralen in de atmosfeer door SF₆ gas om de aanwezigheid van SF₆ gas te detecteren.

De koeling quantum well detector geselecteerd voor buitenlandse wetenschappelijke producten kan een temperatuurverschil van 0,03°C bepalen, en de minimale detecteerbare gasvolume is 0,001ml/s van SF₆ gas. Beide bovenstaande methoden gebruiken een imaging viewfinder om het beeld weer te geven, waardoor het onzichtbare SF₆ gas zichtbaar wordt. Op de viewfinder display, kan het gelekte SF₆ gas worden gezien als een dynamische zwarte wolk, die duidelijk zichtbaar is in een statische omgeving. Door zorgvuldig de positie waar de wolk verschijnt te observeren, kan de lekbare snel en nauwkeurig worden gelokaliseerd. De snelheid en grootte van de wolk weerspiegelen de leksnelheid.

De infrarood detectiemethode van SF₆ gas kan de lekpositie op afstand detecteren zonder stroomonderbreking, waardoor persoonlijke veiligheid wordt gewaarborgd en de stabiliteit van de stroomvoorziening wordt verbeterd. Het is de meest wetenschappelijke detectiemethode op dit moment.

Het versterken van de preventie van SF₆ schakelaar lekkage is een belangrijk toezichtspunt om de veilige, economische en betrouwbare werking van transformatorstations te garanderen. Door de oorzaken van SF₆ schakelaar lekkage te analyseren, kan het theoretische niveau van preventie en afhandeling van SF₆ schakelaar lekkageproblemen continu worden verbeterd, en de capaciteit om SF₆ lekkage ongelukken te behandelen kan worden verhoogd. Onder de verschillende detectiemethoden is infrarood imaging detectie een nieuwe technische methode voor de conditiemaintenance van SF₆ schakelaars en de mainstream ontwikkelingstrend in de toekomst.