Analiza uobičajenih uzroka curenja gasa u prekidačima SF6 podstacija i istraživanje mera za detekciju

Sa napredkom tehnologije i poboljšanjem nivoa proizvodnje, performanse i kvalitet opreme za prekidnike SF₆ su se kontinualno poboljšavali, a proizvodi su doživeli široku prihvaćenost među klijentima. Međutim, uz njihovu široku primenu, učestalost grešaka je takođe porasla. Uzroci grešaka uključuju probleme kao što su principi dizajna, procesi proizvodnje i izbor materijala. Kroz istraživanja i statistiku o uzrocima grešaka, utvrđeno je da 20-30% problema nastaje zbog curenja SF₆ gasa. Detekcija curenja gasa predstavlja ključnu i neophodnu tačku tokom faze električne instalacije.

1 Glavni uzroci

Curenje je vrlo česta situacija. Problemi sa curenjem se javljaju gde god postoje razlike u sadržaju, temperaturi i pritisku. Za različite fenomene curenja treba usvojiti znanstvene mere, a izvor curenja treba naći na vreme.

1.1 Spoljašnje curenje hidrauličkih mašina

Za razne hidrauličke mašine, pozicije i situacije curenja mogu varirati. Opšte pozicije curenja su:

• Ventili, sile, i gume. Trostrani prekidači, ventili za ispraznjenje ulja, primarni prekidači, sekundarni prekidači, zaštitni ventili itd. Uzroci curenja uključuju nepravilno zatvaranje srži ventila, neravnomerno dotično površine zbog nedovoljne preciznosti proizvodnje; pješčane rupice u telu ventila, nepokrivene pozicije i lage boltove za otpuštanje gasa.

• Pozicije spojeva manometara i elektromehaničkog oprem. Gume za sigurno zatvaranje ovih spojeva mogu biti neravnomerne ili izgubiti elastičnost, što može dovesti do curenja.

• Sigurnosne površine pistona operativnog cilindra i akumulacionog cilindra koji pruža proizvođač. Budući da se sile i gume na ovim pozicijama često podvrgavaju trenju, one su podložne deformaciji, degeneraciji ili oštećenju.

Posledice curenja u hidrauličkim mašinama su vrlo ozbiljne. Čak i mala curenja ne samo što utiču na čistoću opreme, već neizbežno dovode do ponovljenog pritiska pumpa za ulje i dugog ciklusa nadopune pritiska. Masovno curenje ulja u telu ventila će dovesti do problema s gubitkom pritiska. Kada hidrauličko ulje stigne u akumulacioni cilinder, pritisak na strani gasa će se kontinualno povećavati, što će dovesti do hitnih popravki, pogrešnog rukovanja i defekata opreme, što će smetati bezbednom radu opreme.

1.2 Spoljašnje curenje na glavnom telu i spojevima

•  Šave. Zbog velikog struja prilikom svarenja, šave mogu biti prosvarene, što dovodi do mikro-curenja. Nakon određenog perioda, količina curenja će se kontinualno povećavati. Na pozicijama svarenja dva različita materijala, zbog visokog lokalnog stresa, pukotine u šavu takođe mogu dovesti do curenja. Sa poboljšanjem tehnologije proizvodnje proizvođača, verovatnoća pojavljivanja ovog fenomena tokom faze instalacije i rada na mestu je relativno mala.

• Pozicija spoja između nosivog farforastog presvlaka i flange. Zbog visokog pritiska na ovoj poziciji, curenje je verovatno ako nije dobro zatvoreno, na primer, ako je površina spoja farforastog presvlaka grubo izrađena, neravnomerna površina spoja i neravnomeran ili nestabilan spoj sigurnosne gume.

• Spojevi cevova, interfejsi opreme za merenje gustoće, krajevi manometara, poklopac trostrane kutije i druge pozicije. Ove pozicije predstavljaju najčešće zone za spojeve, zatvaranje i svarenje, i predstavljaju teške i slabe tačke za zatvaranje, sa visokom verovatnoćom curenja.

Za SF₆ gas, površina zatvaranja na bilo kojoj poziciji mora biti veoma čista. Inače, čak i mala količina stranog materijala zaklinuta na površini zatvaranja može povećati stopu curenja na nivo od 0.001MPa.M1/s, što nije dopušteno za opremu. Stoga, pre instalacije, površina zatvaranja i guma treba pažljivo obriši belom krpom i kvalitetnim toaletnim papirom namočenim u alkohol, i provesti detaljnu inspekciju. Montaža se može obaviti tek nakon potvrđivanja da nema problema. Takođe, treba obriši prašinu sa flanža, otvora za boltove i spojnica kako bi se sprečilo da prah uđe na površinu zatvaranja, posebno prilikom instalacije vertikalnog zatvaranja.

2 Metode detekcije curenja prekidnika SF₆
2.1 Metoda površinskog napona tečnosti

Osnovni princip je da tečnosti sa jakim površinskim naponom, kao što je sapunasta voda, na mjestu curenja pojaviće mjehuriće. Metoda detekcije je nanosenje sapunaste vode i drugih materija na vanjsku ljusku prekidnika SF₆ i moguća mesta curenja.
Nedostaci: Visoki zahtevi za nanosenjem, ne može detektovati male curenja, i neke pozicije ne mogu biti nanesene.
Prednost: Intuitivna.

2.2 Kvalitativna detekcija curenja

Osnovni princip je da SF₆ ima jaku elektronegativnost. Pod uticajem impulsnog visokog napon, dolazi do kontinualnog efekta rasipanja, a SF₆ gas će promeniti performanse koronskog električnog polja, time detektujući prisustvo SF₆ gasa na mestu. Ovo služi samo da se utvrdi relativni stepen curenja opreme za prekidnike SF₆, a ne da se detektuje stvarna stopa curenja. Kvalitativna detekcija curenja uključuje sledeće metode:

• Detekcija putem vakuumiranja. Ispraznite vakuum do 133Pa, nastavite vakuumiranje više od 30 minuta, zaustavite pumpu, procitajte vrednost A nakon 30 minuta posmatranja, a zatim procitajte vrednost B nakon 5 sati. Ako je 67Pa > B - A, može se zaključiti da je zatvaranje dobro.

•  Detekcija putem penjanja. Ovo je relativno jednostavna kvalitativna metoda detekcije curenja koja može tačno pronaći mjesto curenja. Penjanje se može pripremiti dodavanjem neutralnog sapuna u dve delove vode. Nanese se penjanje na poziciju za detekciju curenja. Ako se pojave mjehurići, to ukazuje na curenje na toj poziciji. Što je više i brže mjehurići, to je ozbiljnije curenje. Ova metoda može grobno pronaći mjesto curenja sa stopom curenja od 0.1ml/min.

•  Detekcija pomoću detektora curenja. Detekcija pomoću detektora curenja podrazumeva premještanje probe detektora duž površine svakog spoja prekidnika i površine aluminijastog litijeva, a stanje curenja se određuje prema čitanju detektora curenja . Prilikom korišćenja ove metode, treba savladati sledeće tehnike: Prvo, brzina kretanja probe treba biti spora kako bi se spriječilo propuštanje curenja zbog previše brzog kretanja. Drugo, detekcija ne bi trebalo da se obavlja u jakom vetru kako bi se spriječilo da curenje bude odneseno i uticalo na detekciju. Treće, treba odabrati detektor curenja sa visokom osjetljivošću i niskom brzinom reagovanja. Obično, najmanja detektibilna količina detektora curenja je da stopa curenja bude niža od 10-6, a brzina reagovanja niža od 5s, što je prikladnije.

• Metoda segmentacije i pozicioniranja. Ova metoda je prikladna za prekidnike sa trofaznim SF₆ gasnim vezama. Ako se utvrdi curenje, ali je teško lokirati, struktura SF₆ gasa može biti podijeljena na nekoliko dijelova za detekciju, time smanjujući slepočuvanje.

• Metoda smanjenja pritiska. Ova metoda je primenjiva kada je količina curenja opreme velika.

2.3 Kvantitativna detekcija curenja

Ovo je detekcija stope curenja prekidnika SF₆, a kriterijum ocene je da godišnja stopa curenja ne premaši 1%. Konkretni metodi su sljedeći: (1) Metoda lokalnog omotača: Koristite plastičnu foliju debljine 0.01 cm da obložite geometrijski oblik mesta gustoće za jednu i pol kruga, sa spojem okrenutom nagore. Pokušajte formirati kružni ili kvadratni oblik, i zatvorite ga lepljivom trakom nakon oblikovanja [3]. Trebalo bi postojati određeni razmak, približno 0.05 cm, između plastične folije i objekta koji se mjeri. Nakon oblaganja, detektujte sadržaj SF₆ gasa u obloženom prostoru nakon 24 sata, i odaberite srednju vrednost četiri tačke na različitim pozicijama. Stopa curenja ovog zatvaranja može se izračunati pomoću sledeće formule:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Gdje:

• F: Apolutna stopa curenja, količina curenja po jedinici vremena (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Srednja vrednost detektovanog sadržaja curenja (ppm).

• ΔV: Zapremina između merenog objekta i plastične folije (m³).

• Δt: Vremenski interval za detektovanje ΔC(s).

• P: Apolutni atmosferski pritisak, koji iznosi 0.1MPa.

• V: Zapremina SF₆ gasa u gasnom prostoru (m³).

Godišnja stopa curenja Fy svakog gasnog prostora se izračunava na sledeći način: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (po godini) Gdje Pr predstavlja navedeni pritisak SF₆ gasa (MPa).

Kada se započnu gorenavedeni izračuni, sledeći parametri su teško odredivi:

• Δ V: Budući da zapremina između merenog objekta i plastične folije ima nepravilan oblik, njegova zapremina se ne može direktno izračunati. Mogu se koristiti eksperimentalne metode, kao što je ubrizgavanje drugih gasova i tečnosti kroz protokmetar u obloženi prostor kako bi se sakupili podaci o zapremini.

• V i W: Zapremina i masa SF₆ gasa u gasnom prostoru. Ove informacije nisu pružene od strane proizvođača. Možete zahtevati od proizvođača da pruži tačne informacije u tehničkim dokumentima narudžbine, ili koristiti metodu merenja prilikom punjenja gasa kako bi ste dobili preciznije informacije.

Metoda detekcije visorke: Visorku visite na otvor za detekciju izolatora. Nakon nekoliko sati, koristite detektor curenja da detektujete da li postoji curenje SF₆ gasa u visorci.

2.4 Infracrvena detekcija

Infracrvena metoda detekcije uglavnom koristi jaku infracrvenu apsorbenciju SF₆ gasa. SF₆ gas ima najjaču apsorbenciju infracrvenih zraka sa talasnom dužinom od 10.6um. Uobičajene infracrvene metode detekcije uključuju infracrvenu lasersku metodu i pasivnu metodu detekcije.
Princip rada infracrvene laserske detekcije je da se ulazni infracrveni laser emitira preko laserskog emitera, a reflektovani laser unazad ulazi u platformu za lasersko snimanje. Ako ulazni laser susreće curenje SF₆ gasa, dio njegove energije će biti apsorban, što će dovesti do razlika u reflektovanom laseru u slučaju curenja i bez curenja, i konačno, različito lasersko snimanje se može koristiti za detekciju prisustva curenja SF₆ gasa. Pasivna metoda detekcije ne aktivno emitira laserski zrake, već detektuje sitne razlike koje nastaju apsorbencijom infracrvenih zraka u atmosferi SF₆ gasom kako bi detektirala prisustvo SF₆ gasa.

Odabrani hladni kvantni jaz detector za strane naučne proizvode može odrediti razliku temperature od 0.03°C, a najmanja detektibilna zapremina gasa je 0.001ml/s SF₆ gasa. Obe gorenavedene metode koriste vizualni finder za prikaz slike, čime se nevidljivi SF₆ gas čini vidljivim. Na ekranu findera, curenje SF₆ gasa se može vidjeti kao dinamična crna oblak, koji je jasno vidljiv u statičkom okruženju. Pažljivim promatranjem pozicije na kojoj se pojavi oblak, izvor curenja se može brzo i tačno lokirati. Brzina i veličina oblaka odražavaju stopu curenja.

Infracrvena metoda detekcije SF₆ gasa može detektovati poziciju curenja na daljinu bez isključivanja struje, obezbeđujući osobnu sigurnost i poboljšavajući stabilnost snabdevanja strujom. To je najznanstvenija metoda detekcije trenutno.

Jačanje prevencije curenja prekidnika SF₆ predstavlja ključnu tačku nadzora za osiguranje sigurnog, ekonomskog i pouzdanog rada transformatornih stanica. Analizom uzroka curenja prekidnika SF₆, teorijski nivo prevencije i suzbijanja problema curenja prekidnika SF₆ se može kontinualno poboljšavati, a sposobnost suzbijanja nesreća sa curenjem SF₆ se može povećati. Među različitim metodama detekcije, infracrvena slikarska detekcija predstavlja novu tehničku metodu za stanje održavanja prekidnika SF₆ i predstavlja mainstream trend u budućnosti.