Analiza pogostih vzrokov iztekanja plina v preklopnikih SF6 podstanic in raziskava merilnih ukrepov

S sproščanjem tehnologije in izboljšanjem raven proizvodnje se je učinkovitost in kakovost opreme prekinitvenih ventilov SF₆ stalno povečevala, proizvodi pa so bili široko priznani od strani strank. Vendar s širšo uporabo tudi pogostost napak narašča. Pravila za oblikovanje, postopki proizvodnje in izbira materialov so med glavnimi vzroki za pojav napak. S pregledom in statistiko o vzrokih napak je znano, da 20-30 % problemov povzroči iztekanje plina SF₆. Detekcija iztekanja plina je ključna in nujna točka v fazi električne namestitve.

1 Glavni vzroki

Iztekanje je zelo pogosta situacija. Problemi z iztekanjem se pojavljajo, kjer obstajajo razlike v vsebnosti, temperaturi in tlaku. Za različne pojave iztekanja bi morali biti uporabljeni znanstveni ukrepi, pritom pa bi morala biti čim prej ugotovljena vir iztekanja.

1.1 Zunanje iztekanje hidravličnih strojev

Za različne hidravlične stroje lahko lokacije in situacije iztekanja razlikujejo. Splošno velja, da so najpogostejše lokacije iztekanja:

• Ventili, čevlji in gume. Trogloblinski preklopniki, odvadni preklopniki, primarni preklopniki, sekundarni preklopniki, zaščitni ventili itd. Vzroki za iztekanje vključujejo napačno zaprtje jedra ventila, neravnomerno stikalo zaradi nedostatka proizvodnjske natančnosti; peski v telu ventila, nezagotovljeno položaje, in luže bolt za odpustanje plina.

• Povezave merilnikov tlaka in elektromehanske opreme. Gumi na teh priključkih lahko niso ravni ali izgubijo elastičnost, kar lahko povzroči iztekanje.

• Stikalne površine delovnega cilindra in akumulacijskega cilindra, ki jih zagotavlja proizvajalec. Ker so čevlji in gume na teh mestih pogosto podvrženi trenju, so lahko podvrženi deformaciji, onesnaženosti ali poškodbe.

Posledice iztekanja v hidravličnih strojih so zelo resne. Manjše iztekanje ne le vpliva na čistočo opreme, ampak neizbežno tudi do vrnitev ponovnega tlaka na pumpo za olje in dolg cikel dopolnjevanja tlaka. Obsežno iztekanje olja v telu ventila bo povzročilo problem izgube tlaka. Ko hidravlično olje pride v akumulacijski cilinder, bo tlak na strani plina neprestano naraščal, kar bo povzročilo nujne popravke, nesporazume pri delovanju in defekte opreme, kar bo oviral varno delovanje opreme.

1.2 Zunanje iztekanje na glavnem delu in priključku

•  Varne šranga. Zaradi velikega toka med varjenjem lahko dojdete do prevarjenja varnih šrang, kar bo povzročilo mikro iztekanje. Po določenem času se bo količina iztekanja neprestano povečevala. Na varnih šrangah dveh različnih materialov, zaradi visokih lokalnih stresov, lahko tudi trsi varnih šrang povzročijo iztekanje. Z izboljšanjem proizvodnjske tehnologije proizvajalca je verjetnost, da se ta pojav pojavi v fazi na mesto namestitve in delovanja, relativno majhna.

• Povezava med podpornim porcelanovim trubcem in flanjcem. Zaradi visokega tlaka na tem mestu je verjetno, da bo prišlo do iztekanja, če je tesnitev nepravilna, kot je grobo izdelava spojnice porcelanovih trubcev, neravna spojnica, neravnomerna ali nestabilna spojnica tesnitvenega guma.

• Spojnice cevi, pripomočki za gostoto, konci merilnikov tlaka, pokrov tripleksne skrinje in druga mesta. Ta mesta so najpogostejša mesta za povezave, zapiranje in varjenje, ter težka in šibka točka za tesnitev, z visoko verjetnostjo iztekanja.

Za plin SF₆ mora biti stikalna površina na vsakem mestu zelo čista. Čeprav bi celo majhno količino tuje snovi, ki je prilepljena na stikalno površino, lahko povečala stopnjo iztekanja na red 0.001MPa.M1/s, kar ni dovoljeno za opremo. Zato je pred namestitvijo potrebno, da stikalno površino in gume staratelno obterate s belo platno in visokokakovostnim toaletnim papirjem, namočenim v alkohol, in naredite podrobno preverjanje. Namestitev je mogoče opraviti le po potrditvi, da ni nobenih težav. Poleg tega je potrebno obterati prah na flancu, lužkah za bolce in povezovalnih boltih, da se prepreči, da bi prah pristal na stikalni površini, zlasti pri namestitvi vertikalne tesnitev.

2 Metode za detekcijo iztekanja prekinitvenih ventilov SF₆
2.1 Metoda površinske napetosti tekočine

Osnovni princip je, da za tekočine z močno površinsko napetostjo, kot je sapunasta voda, bodo na mestu iztekanja nastali mehurčki. Metoda preverjanja je, da nanesejo sapuno vodo in druge snovi na zunanjem omaričju prekinitvenega ventila SF₆ in možna mesta iztekanja.
Nedvornosti: Visoka zahteva za nanos, ne moreta zaznati manjših iztekanj, nekatere mesta pa ne morejo biti nanese.
Prednost: Intuitivnost.

2.2 Kvalitativna detekcija iztekanja

Osnovni princip je, da ima SF₆ močno elektronegativnost. Pod vplivom pulznega visokega napetosti se pojavi kontinuiran efekt razsvetljevanja, SF₆ plin pa spremeni lastnosti korona električnega polja, s čimer se ugotovi prisotnost SF₆ plina na mesti. To je le za določitev relativne stopnje iztekanja opreme prekinitvenega ventila SF₆, ne pa za določitev dejanske stopnje iztekanja. Kvalitativna detekcija iztekanja vključuje naslednje metode:

• Detekcija z izčrpavanjem. Izčrpajte vakuum do 133Pa, nadaljujte z izčrpavanjem več kot 30 minut, ustavite pumpo, preberite vrednost A po 30 minutah opazovanja, nato pa preberite vrednost B po 5 urah opazovanja. Če je 67Pa > B - A, lahko sklepate, da je tesnitev dobra.

•  Detekcija z penasto tekočino. To je relativno enostavna kvalitativna metoda za zaznavanje iztekanja, ki lahko natančno najde mesto iztekanja. Penasta tekočina se lahko pripravi tako, da se neutralni sapun dodaja dva dela vode. Naneste penasto tekočino na mesto, kjer želite zaznati iztekanje. Če se pojavijo mehurčki, to kaže, da je tam iztekanje. Število in hitrost mehurčkov kaže na resnost iztekanja. Ta metoda lahko približno najde mesto iztekanja z stopnjo iztekanja 0.1ml/min.

•  Detekcija z detektorjem iztekanja. Detekcija z detektorjem iztekanja je premikanje senzorskega probe detektorja po površini vsake povezave prekinitvenega ventila in površini aluminijastega litja, in določitev stanja iztekanja glede na branje detektorja iztekanja . Pri uporabi te metode je treba ovladati naslednje tehnike: Prvič, hitrost premikanja probe bi morala biti počasna, da se prepreči, da bi se iztekanje zamenjalo zaradi prehitrega premikanja. Drugič, preverjanje ne bi smelo biti izvedeno v močnem vetru, da se prepreči, da bi bil iztok odnesen in vplival na preverjanje. Tretjič, bi morali izbrati detektor iztekanja z visoko občutljivostjo in nizko odzivno hitrostjo. Splošno velja, da najmanjša zaznana količina detektorja iztekanja, ko je stopnja iztekanja nižja od 10-6, in odzivna hitrost nižja od 5s, je primernejša.

• Metoda segmentiranja in lokacije. Ta metoda je primerna za prekinitvene ventile s trofaznimi povezavami SF₆ plina. Če je iztekanje določeno, vendar je težko določiti njegovo lokacijo, lahko strukturo SF₆ plina razdelimo na več delov za preverjanje, s čimer zmanjšamo slepo iskanje.

• Metoda zmanjšanja tlaka. Ta metoda je primerna, kadar je količina iztekanja opreme velika.

2.3 Kvantitativna detekcija iztekanja

To je za določitev stopnje iztekanja prekinitvenega ventila SF₆, in kriterij ocene je, da letna stopnja iztekanja ne presega 1 %. Specifične metode so naslednje: (1) Metoda lokalnega obvitanja: Uporabite plastmo debeline 0,01 cm, da obvite geometrijsko obliko mesta gostote za eno in pol okrožja, s spojnicami obrnjenimi navzgor. Poskusite oblikovati krožno ali kvadratno obliko, in jo zaprete s trakom po oblikovanju [3]. Med plastmo in meritvenim predmetom bi moral biti določen razmik, približno 0,05 cm. Po obvitanju merite vsebino SF₆ plina v obvitih prostorih po 24 urah, in izberite povprečno vrednost štirih točk na različnih mestih. Stopnja iztekanja te tesnitev se lahko izračuna z naslednjo formulo:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Kjer:

• F: Absolutna stopnja iztekanja, količina iztekanja na enoto časa (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Povprečna vrednost zaznane vsebine iztekanja (ppm).

• ΔV: Prostornina med meritvenim predmetom in plastmom (m³).

• Δt: Časovni interval za zaznavanje ΔC(s).

• P: Absolutni atmosferski tlak, ki je 0.1MPa.

• V: Prostornina SF₆ plina v plinskih komorah (m³).

Letna stopnja iztekanja Fy vsake plinske komore se izračuna takole: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (na leto) Kjer Pr je določen tlak SF₆ plina (MPa).

Ob začetku zgornjih izračunov so težko določljivi naslednji parametri:

• Δ V: Ker ima prostornina med meritvenim predmetom in plastmom nepravilno obliko, njena prostornina ne more biti neposredno izračunana. Lahko uporabite eksperimentalne metode, kot je vstavljanje drugih plinov in tekočin preko protokmerilnika v obvite prostore, da zbirate informacije o prostornini.

• V in W: Plinska prostornina in masa SF₆ v plinskih komorah. Te informacije proizvajalec ne zagotavlja. Proizvajalca lahko zahtevate, da v tehničnih dokumentih naročil zagotovi točne informacije, ali pa uporabite merilne metode med polnjenjem z plinom, da dobite bolj natančne informacije.

Metoda z obesenim steklenkom: Obesite steklenec na mesto zaznavanja izolatorja. Po nekaj urah uporabite detektor iztekanja, da zazname, ali je v steklenku izteklo SF₆ plin.

2.4 Infrardeča detekcija

Infrardeča metoda detekcije glavno uporablja močno infrardečo absorpcijsko lastnost SF₆ plina. SF₆ plin ima najmočnejšo absorpcijo infrardečega zračenja z valovno dolžino 10.6um. Skupne infrardeče metode detekcije vključujejo infrardečo laser metodo in pasivno metodo detekcije.
Delovni princip lasernega infrardečega zaznavanja je, da se vhodni infrardeči laser prenese s laserjem oddajnikom, odražen laserni zračenje pa se vnese v platformo za laserni snemanje. Če vhodni laser naleti na iztekel SF₆ plin, bo del njegove energije absorpiran, kar bo v primeru iztekanja in brez iztekanja povzročilo razlike v odraženem lasernem zračenju, in na koncu se lahko z uporabo različnih lasernih slik zazna prisotnost iztekanja SF₆ plina. Pasivna metoda detekcije ne aktivno prenaša laserske svetlobe, ampak zazna majhne razlike, ki jih povzroči absorpcija infrardečega zračenja v atmosferi SF₆ plinom, da zazna prisotnost SF₆ plina.

Za tuje znanstvene izdelke izbrana hladna kvantna vrzelna detektorja lahko določi temperaturno razliko 0.03°C, najmanjša zaznana količina plina pa je 0.001ml/s SF₆ plina. Obe zgornji metodi uporabljata vizualni ogledovalnik za prikaz slik, s čimer se neviden SF₆ plin videti. Na prikazu ogledovalnika iztekel SF₆ plin lahko vidite kot dinamično črno oblako, ki je jasno videti v statičnem okolju. S temeljitim opazovanjem mesta, kjer se pojavi oblak, lahko hitro in natančno določite vir iztekanja. Hitrost in velikost oblaka odražata stopnjo iztekanja.

Infrardeča metoda detekcije SF₆ plina omogoča oddaljeno zaznavanje mesta iztekanja brez odmevne napetosti, s čimer se zagotovi osebna varnost in izboljša stabilnost oskrbe s strujom. To je trenutno najbolj znanstvena metoda detekcije.

Okrepiti preprečevanje iztekanja prekinitvenih ventilov SF₆ je ključna točka nadzora za zagotovitev varne, ekonomične in zanesljive delovanje pretvorilnih postaj. S preučevanjem vzrokov iztekanja prekinitvenih ventilov SF₆ se lahko stalno izboljša teoretični nivo preprečevanja in reševanja problemov iztekanja prekinitvenih ventilov SF₆, ter se poveča sposobnost reševanja nesreč z iztekanjem SF₆. Med različnimi metodami detekcije je infrardeča slikovna detekcija nova tehnološka metoda za stanje-vrste vzdrževanja prekinitvenih ventilov SF₆ in bo v prihodnosti glavni trend razvoja.