Análise das Causas Comuns de Vazamento de Gás em Disjuntores SF6 de Subestações e Pesquisa sobre Medidas de Detecção
Com o avanço da tecnologia e a melhoria dos níveis de produção, o desempenho e a qualidade do equipamento de disjuntor SF₆ foram continuamente melhorados, e os produtos foram amplamente reconhecidos pelos clientes. No entanto, com sua aplicação extensiva, a frequência de falhas também aumentou. As causas das falhas incluem problemas como princípios de design, processos de fabricação e seleção de materiais. Através de investigações e estatísticas sobre as causas das falhas, sabe-se que 20%-30% dos problemas são causados pela fuga de gás SF₆. A detecção de fugas de gás é um ponto crucial e indispensável durante a fase de instalação elétrica.
1 Causas Principais
A fuga é uma situação muito comum. Problemas de fuga ocorrem onde há diferenças de conteúdo, temperatura e pressão. Devem ser adotadas medidas científicas para diferentes fenômenos de fuga, e a origem da fuga deve ser identificada de forma oportuna.
1.1 Fugas Externas de Máquinas Hidráulicas
Para várias máquinas hidráulicas, as posições e situações de fuga podem variar. Geralmente, as posições de fuga comuns são:
Válvulas, vedantes e juntas. Interruptores trifásicos, interruptores de drenagem de óleo, interruptores primários, interruptores secundários, válvulas de proteção, etc. As causas de fuga incluem fechamento inadequado do núcleo da válvula, superfície de contato irregular devido à precisão de fabricação insuficiente; orifícios de areia no corpo da válvula, posição não vedada e parafusos de liberação de gás soltos.
As posições de conexão dos manômetros e do equipamento eletromecânico. Os vedantes dessas junções podem estar irregulares ou perder elasticidade, o que provavelmente causará fuga.
As superfícies de vedação do pistão do cilindro de operação e do pistão do cilindro acoplador fornecidos pelo fabricante. Como os vedantes e juntas nessas posições estão frequentemente sujeitos ao atrito do movimento, eles são propensos a deformação, deterioração ou danos.
As consequências de fugas em máquinas hidráulicas são muito graves. Fugas menores não apenas afetam a limpeza do equipamento, mas também inevitavelmente levam à repressão repetida da bomba de óleo e a um longo ciclo de reposição de pressão. Vazamentos massivos no corpo da válvula causarão um problema de perda de pressão. Quando o óleo hidráulico entra no cilindro acoplador, a pressão no lado do gás aumentará continuamente, resultando em reparos de emergência, operações errôneas e defeitos de equipamento, que impedirão a operação segura do equipamento.
1.2 Fugas Externas no Corpo Principal e Conexões
Soldas. Devido a uma corrente elevada durante a soldagem, as soldas podem ser queimadas, resultando em microfugas. Após certo período, a quantidade de fuga aumentará continuamente. Nas posições de soldagem de dois materiais diferentes, devido ao alto estresse local, as rachaduras nas soldas também causarão fuga. Com a melhoria da tecnologia de fabricação do fabricante, a probabilidade de ocorrência deste fenômeno durante as etapas de instalação e operação no local é relativamente pequena.
A posição de conexão entre a porcelana de apoio e a flange. Devido à alta pressão nesta posição, a fuga é provável se a vedação não for apertada, como a fabricação grosseira da superfície de junção da porcelana, superfície de junção irregular e vedante irregular ou instável.
Juntas de tubulação, interfaces de equipamento de relé de densidade, extremidades de manômetros, tampa da caixa trifásica e outras posições. Essas posições são as áreas mais comuns para conexões, fechamentos e soldagens, e são pontos difíceis e fracos de vedação, com alta probabilidade de fuga.
Para o gás SF₆, a superfície de vedação em qualquer posição deve ser mantida muito limpa. Caso contrário, mesmo uma pequena quantidade de material estranho preso na superfície de vedação pode aumentar a taxa de fuga para a ordem de 0,001MPa.M1/s, o que não é permitido para o equipamento. Portanto, antes da instalação, a superfície de vedação e o vedante devem ser cuidadosamente limpos com um pano branco e papel higiênico de alta qualidade mergulhados em álcool, e uma inspeção detalhada deve ser realizada. A montagem só pode ser realizada após a confirmação de que não há problemas. Além disso, a poeira na flange, nos orifícios dos parafusos e nos parafusos de conexão deve ser limpa para evitar que entre na superfície de vedação, especialmente durante a instalação do selo vertical.
2 Métodos de Detecção de Fugas de Disjuntores SF₆
2.1 Método de Tensão Superficial Líquida
O princípio básico é que, para líquidos com forte tensão superficial, como água com sabão, bolhas aparecerão no ponto de fuga quando o gás vazar. O método de detecção consiste em aplicar água com sabão e outros materiais na carcaça do disjuntor SF₆ e nos possíveis pontos de fuga.
Desvantagens: Alta exigência para espalhamento, incapaz de detectar pequenas fugas, e algumas posições não podem ser espalhadas.
Vantagem: Intuitivo.
2.2 Detecção Qualitativa de Fugas
O princípio básico é que o SF₆ tem forte eletronegatividade. Sob a influência de alta tensão pulsada, ocorre um efeito de descarga contínua, e o gás SF₆ alterará o desempenho do campo elétrico de corona, detectando assim a presença de gás SF₆ no local. Isso serve apenas para determinar o grau relativo de fuga do equipamento de disjuntor SF₆, e não para detectar sua taxa real de fuga. A detecção qualitativa de fugas inclui os seguintes métodos:
Detecção por bombeamento a vácuo. Bombeie o vácuo até 133Pa, mantenha o bombeamento por mais de 30 minutos, pare o bombeamento, leia o valor A após observar por 30 minutos e, em seguida, leia o valor B após observar por 5 horas. Se 67Pa > B - A, pode-se determinar que a vedação é boa.
Detecção por líquido espumante. Este é um método qualitativo de detecção de fugas relativamente simples que pode encontrar com precisão o ponto de fuga. O líquido espumante pode ser preparado adicionando um sabão neutro a duas partes de água. Aplique o líquido espumante na posição a ser detectada para fuga. Se bolhas aparecerem, indica fuga nessa posição. Quanto mais e mais urgentes forem as bolhas, mais grave será a fuga. Este método pode encontrar aproximadamente a posição de fuga com uma taxa de fuga de 0,1ml/min.
Detecção por detector de fuga. A detecção por detector de fuga consiste em mover a sonda do detector de fuga ao longo da superfície de cada conexão do disjuntor e da superfície da fundição de alumínio, e determinar a situação de fuga de acordo com a leitura do detector de fuga. Ao usar este método, as seguintes técnicas devem ser dominadas: Primeiro, a velocidade de movimento da sonda deve ser lenta para evitar perder a fuga devido a um movimento muito rápido. Segundo, a detecção não deve ser realizada com vento forte para evitar que a fuga seja soprada e afete a detecção. Terceiro, deve-se selecionar um detector de fuga com alta sensibilidade e baixa velocidade de resposta. Geralmente, a menor quantidade detectável pelo detector de fuga é que a taxa de fuga é inferior a 10-6, e a velocidade de resposta é inferior a 5s, o que é mais apropriado.
Método de segmentação e posicionamento. Este método é adequado para disjuntores com conexões de circuito de gás SF₆ trifásico. Se a fuga for determinada, mas for difícil localizá-la, a estrutura de gás SF₆ pode ser dividida em várias partes para detecção, reduzindo assim a cegueira.
Método de redução de pressão. Este método é aplicável quando a quantidade de fuga do equipamento é grande.
2.3 Detecção Quantitativa de Fugas
Isso é para detectar a taxa de fuga do disjuntor SF₆, e o padrão de julgamento é que a taxa anual de fuga não exceda 1%. Os métodos específicos são os seguintes: (1) Método de Envolvimento Local: Use um filme plástico com espessura de 0,01 cm para envolver a forma geométrica da posição de densidade por uma vez e meia, com a junção voltada para cima. Tente formar uma forma circular ou quadrada, e selar com fita adesiva após a conformação [3]. Deve haver uma certa lacuna, aproximadamente 0,05 cm, entre o filme plástico e o objeto medido. Após o envolvimento, detecte o conteúdo de gás SF₆ na cavidade envolvida após 24 horas, e selecione o valor médio de quatro pontos em diferentes posições. A taxa de fuga deste processo de vedação pode ser calculada usando a seguinte fórmula:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)
Onde:
A taxa anual de fuga Fy de cada câmara de gás é calculada da seguinte forma: Fy=F⋅31,5×10−6/V⋅(Pr+0,1)⋅100% (por ano) Onde Pr é a pressão especificada do gás SF₆ (MPa).
Ao iniciar os cálculos acima, os seguintes parâmetros são difíceis de determinar:
Método de Detecção com Garrafa Pendurada: Pendure uma garrafa no orifício de detecção do isolador. Após algumas horas, use um detector de fuga para detectar se há gás SF₆ vazado na garrafa.
2.4 Detecção Infravermelha
O método de detecção infravermelha usa principalmente a forte propriedade de absorção infravermelha do gás SF₆. O gás SF₆ tem a maior absorção de raios infravermelhos com comprimento de onda de 10,6um. Os métodos de detecção infravermelha comuns incluem o método a laser infravermelho e o método de detecção passiva.
O princípio de funcionamento da detecção a laser infravermelho é que um laser infravermelho incidente é transmitido pelo transmissor a laser, e o laser retrodifuso entra na plataforma de imagem do câmera a laser através da reflexão. Se o laser incidente encontrar gás SF₆ vazado, parte de sua energia será absorvida, resultando em diferenças no laser retrodifuso no caso de fuga e sem fuga, e finalmente, diferentes imagens a laser podem ser usadas para detectar a presença de fuga de gás SF₆. O método de detecção passiva não transmite ativamente luz a laser, mas detecta as pequenas diferenças causadas pela absorção de raios infravermelhos na atmosfera pelo gás SF₆ para detectar a presença de gás SF₆.
O detector de poço quântico refrigerado selecionado para produtos científicos estrangeiros pode determinar uma diferença de temperatura de 0,03°C, e o volume mínimo de gás detectável é 0,001ml/s de gás SF₆. Ambos os métodos acima usam um visor de imagem para exibir a imagem, tornando o gás SF₆ invisível visível. No visor, o gás SF₆ vazado pode ser visto como uma nuvem negra dinâmica, claramente visível em um ambiente estático. Observando cuidadosamente a posição onde a nuvem emerge, a origem da fuga pode ser localizada rapidamente e com precisão. A velocidade e o tamanho da nuvem refletem a taxa de fuga.
O método de detecção infravermelha do gás SF₆ pode detectar remotamente a posição de fuga sem interrupção de energia, garantindo a segurança pessoal e melhorando a estabilidade do fornecimento de energia. É o método de detecção mais científico atualmente.
Fortalecer a prevenção de fugas de disjuntores SF₆ é um ponto-chave de supervisão para garantir a operação segura, econômica e confiável de subestações. Analisando as causas de fugas de disjuntores SF₆, o nível teórico de prevenção e tratamento de problemas de fuga de disjuntores SF₆ pode ser continuamente aprimorado, e a capacidade de lidar com acidentes de fuga de SF₆ pode ser aprimorada. Entre vários métodos de detecção, a detecção por imagem infravermelha é um novo método técnico para a manutenção baseada no estado de disjuntores SF₆ e é a tendência de desenvolvimento principal no futuro.
