Анализ распространенных причин утечки газа в выключателях SF6 подстанций и исследование мер обнаружения

С развитием технологий и повышением уровня производства производительность и качество оборудования выключателей SF₆ непрерывно улучшаются, и продукция получает широкое признание клиентов. Однако с его широким применением увеличилась и частота отказов. Причины отказов включают проблемы, такие как принципы проектирования, производственные процессы и выбор материалов. По результатам исследования и статистики причин отказов известно, что 20-30% проблем вызваны утечкой газа SF₆. Обнаружение утечки газа является важным и неотъемлемым аспектом на этапе электромонтажных работ.

1 Основные причины

Утечка — это очень распространенная ситуация. Проблемы с утечками возникают, где бы ни были различия в содержании, температуре и давлении. Для различных явлений утечки следует применять научные методы, и своевременно выявлять источник утечки.

1.1 Внешние утечки гидравлических машин

Для различных гидравлических машин места и ситуации утечек могут различаться. Общие места утечек обычно следующие:

• Клапаны, уплотнения и прокладки. Трехходовые переключатели, переключатели слива масла, основные переключатели, вторичные переключатели, защитные клапаны и т.д. Причины утечек включают неправильное закрытие сердечника клапана, неравномерную поверхность контакта из-за недостаточной точности производства; песочные отверстия в корпусе клапана, негерметичное положение и ослабленные болты для выпуска газа.

• Места соединения манометров и электро-механического оборудования. Уплотнительные прокладки этих соединений могут быть неравномерными или потерять эластичность, что может привести к утечке.

• Уплотняющие поверхности поршня рабочего цилиндра и поршня аккумуляторного цилиндра, предоставляемые производителем. Поскольку уплотнения и прокладки на этих местах часто подвергаются трению, они склонны к деформации, деградации или повреждению.

Последствия утечек в гидравлических машинах очень серьезны. Незначительная утечка не только влияет на чистоту оборудования, но и неизбежно приводит к повторному нагнетанию масляного насоса и длительному циклу восполнения давления. Массовая утечка масла в корпусе клапана вызывает проблему потери давления. Когда гидравлическое масло попадает в аккумуляторный цилиндр, давление на газовой стороне будет постоянно увеличиваться, что приведет к аварийным ремонтам, ошибкам управления и дефектам оборудования, препятствующим безопасной эксплуатации.

1.2 Внешние утечки на корпусе и соединениях

•  Сварные швы. Из-за большого сварочного тока швы могут прожигаться, что приводит к микроскопическим утечкам. Через некоторое время количество утечек будет непрерывно увеличиваться. На сварочных швах двух разных материалов, из-за высокого локального напряжения, также могут образовываться трещины, вызывающие утечку. С улучшением технологии производства производителя вероятность появления этого явления на этапах установки и эксплуатации на месте относительно мала.

• Место соединения опорной фарфоровой втулки и фланца. Из-за высокого давления на этом месте, если герметизация не плотная, утечка может произойти, например, из-за грубого изготовления поверхности соединения фарфоровой втулки, неравномерной поверхности соединения и неравномерного или неустойчивого соединения уплотнительного кольца.

• Соединения трубопроводов, интерфейсы оборудования плотности реле, концы манометров, крышка трехходового короба и другие места. Эти места являются наиболее распространенными областями для соединений, герметизации и сварки, и являются сложными и уязвимыми точками герметизации, с высокой вероятностью утечек.

Для газа SF₆ герметизирующая поверхность в любом месте должна быть очень чистой. В противном случае, даже небольшое количество посторонних веществ, застрявшее на герметизирующей поверхности, может увеличить скорость утечки до порядка 0.001MPa.M1/s, что недопустимо для оборудования. Поэтому перед установкой герметизирующую поверхность и прокладку следует тщательно протереть белой тканью и качественной туалетной бумагой, смоченной спиртом, и провести детальную проверку. Сборку можно проводить только после подтверждения отсутствия проблем. Кроме того, следует удалить пыль с фланцев, отверстий для болтов и соединительных болтов, чтобы предотвратить попадание пыли на герметизирующую поверхность, особенно при установке вертикального уплотнения.

2 Методы обнаружения утечек выключателей SF₆
2.1 Метод поверхностного натяжения жидкости

Основной принцип заключается в том, что для жидкостей с сильным поверхностным натяжением, таких как мыльная вода, при утечке газа на месте утечки появляются пузырьки. Метод обнаружения заключается в нанесении мыльной воды и других веществ на внешнюю оболочку выключателя SF₆ и возможные места утечек.
Недостатки: высокие требования к нанесению, невозможность обнаружения незначительных утечек, некоторые места невозможно нанести.
Преимущество: наглядность.

2.2 Качественное обнаружение утечек

Основной принцип заключается в том, что SF₆ имеет сильную электроотрицательность. Под воздействием импульсного высокого напряжения происходит непрерывный разряд, и газ SF₆ изменяет характеристики коронного электрического поля, что позволяет обнаружить наличие газа SF₆ на месте. Это позволяет определить относительную степень утечки оборудования выключателя SF₆, а не его фактическую скорость утечки. Качественное обнаружение утечек включает следующие методы:

• Обнаружение путем создания вакуума. Создайте вакуум до 133 Па, продолжайте откачку более 30 минут, остановите насос, через 30 минут прочитайте значение A, затем через 5 часов прочитайте значение B. Если 67 Па > B - A, можно сделать вывод, что герметизация хорошая.

•  Обнаружение с помощью пенообразующей жидкости. Это относительно простой качественный метод обнаружения утечек, который позволяет точно найти место утечки. Пенообразующую жидкость можно приготовить, добавив нейтральное мыло к двум частям воды. Нанесите пенообразующую жидкость на место, где предполагается утечка. Если появляются пузырьки, это указывает на утечку в этом месте. Чем больше и быстрее пузырьки, тем серьезнее утечка. Этот метод может приблизительно найти место утечки с скоростью утечки 0.1 мл/мин.

•  Обнаружение с помощью детектора утечек. Обнаружение с помощью детектора утечек заключается в перемещении зонда детектора вдоль поверхности каждого соединения выключателя и поверхности алюминиевого литья, и определении состояния утечки по показаниям детектора. При использовании этого метода следует учитывать следующие техники: во-первых, скорость перемещения зонда должна быть медленной, чтобы избежать пропуска утечки из-за слишком быстрого движения. Во-вторых, обнаружение не должно проводиться при сильном ветре, чтобы утечка не была унесена и не повлияла на обнаружение. В-третьих, следует выбирать детектор утечек с высокой чувствительностью и низкой скоростью реакции. Обычно минимально обнаруживаемое количество детектором утечек составляет скорость утечки ниже 10-6, а скорость реакции ниже 5 секунд, что является наиболее подходящим.

• Метод сегментации и позиционирования. Этот метод подходит для выключателей с трехфазными соединениями газовых цепей SF₆. Если утечка определена, но трудно ее локализовать, газовую структуру SF₆ можно разделить на несколько частей для обнаружения, что снижает слепоту.

• Метод снижения давления. Этот метод применим, когда количество утечки оборудования велико.

2.3 Количественное обнаружение утечек

Это обнаружение скорости утечки выключателя SF₆, и стандарт оценки состоит в том, что годовая скорость утечки не превышает 1%. Конкретные методы следующие: (1) Метод локального обертывания: используйте пластиковую пленку толщиной 0.01 см, чтобы обернуть геометрическую форму позиции плотности на полтора круга, соединение должно быть направлено вверх. Постарайтесь сформировать круглую или квадратную форму, и запечатайте ее с помощью клейкой ленты после формирования [3]. Между пластиковой пленкой и объектом, который измеряется, должен быть определенный зазор, примерно 0.05 см. После обертывания через 24 часа определите содержание газа SF₆ в обернутой полости, выберите среднее значение четырех точек в разных местах. Скорость утечки этого процесса герметизации можно рассчитать с помощью следующей формулы:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Где:

• F: абсолютная скорость утечки, количество утечки в единицу времени (MPa⋅m³/s).

• Δ C: среднее значение обнаруженного содержания утечки (ppm).

• ΔV: объем между измеряемым объектом и пластиковой пленкой (m³).

• Δt: интервал времени для обнаружения ΔC(s).

• P: абсолютное атмосферное давление, которое составляет 0.1MPa.

• V: объем газа SF₆ в газовой камере (m³).

Годовая скорость утечки Fy каждой газовой камеры рассчитывается следующим образом: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (в год). Где Pr — заданное давление газа SF₆ (MPa).

При начале вышеуказанных расчетов следующие параметры трудно определить:

• Δ V: поскольку объем между измеряемым объектом и пластиковой пленкой имеет неправильную форму, его объем нельзя прямо вычислить. Можно использовать экспериментальные методы, такие как введение других газов и жидкостей через расходомер в обернутую полость, чтобы собрать информацию о объеме.

• V и W: объем и масса газа SF₆ в газовой камере. Эта информация не предоставляется производителем. Вы можете потребовать от производителя предоставить точную информацию в технической документации заказа или использовать метод измерения при заполнении газом, чтобы получить более точную информацию.

Метод обнаружения с помощью подвешенного сосуда: подвесьте сосуд к отверстию изолятора. Через несколько часов используйте детектор утечек, чтобы определить, есть ли утечка газа SF₆ в сосуде.

2.4 Инфракрасное обнаружение

Метод инфракрасного обнаружения в основном использует сильное инфракрасное поглощение газа SF₆. Газ SF₆ имеет самое сильное поглощение инфракрасного излучения с длиной волны 10.6 мкм. Общие методы инфракрасного обнаружения включают лазерный инфракрасный метод и пассивный метод обнаружения.
Принцип работы лазерного инфракрасного обнаружения заключается в том, что входящий инфракрасный лазер передается лазерным передатчиком, и обратно рассеянный лазер попадает на платформу лазерной камеры через отражение. Если входящий лазер встречает утекший газ SF₆, часть его энергии будет поглощена, что приведет к различиям в обратно рассеянном лазере в случае утечки и без утечки, и, наконец, различные лазерные изображения могут использоваться для обнаружения наличия утечки газа SF₆. Пассивный метод обнаружения не активно передает лазерное излучение, а обнаруживает незначительные различия, вызванные поглощением инфракрасного излучения в атмосфере газом SF₆, для обнаружения наличия газа SF₆.

Используемый для зарубежных научных продуктов квантовый колодец детектора с охлаждением может определить разницу температуры 0.03°C, и минимально обнаруживаемый объем газа SF₆ составляет 0.001 мл/с. Оба вышеупомянутых метода используют видоискатель для отображения изображения, делая невидимый газ SF₆ видимым. На дисплее видоискателя утекший газ SF₆ можно увидеть как динамическое черное облако, которое четко видно в статической среде. Тщательно наблюдая за местом, где появляется облако, можно быстро и точно определить источник утечки. Скорость и размер облака отражают скорость утечки.

Метод инфракрасного обнаружения газа SF₆ может удаленно обнаруживать место утечки без отключения питания, обеспечивая личную безопасность и повышая стабильность электроснабжения. Это самый научный метод обнаружения на данный момент.

Усиление предотвращения утечек выключателей SF₆ является ключевой точкой надзора для обеспечения безопасной, экономичной и надежной работы подстанций. Анализируя причины утечек выключателей SF₆, можно непрерывно повышать теоретический уровень предотвращения и решения проблем утечек выключателей SF₆, а также укреплять способность реагировать на аварии, связанные с утечками SF₆. Среди различных методов обнаружения, инфракрасное изображение является новым техническим методом для обслуживания по состоянию выключателей SF₆ и представляет собой основное направление развития в будущем.