Analys av vanliga orsaker till gasläckage i SF6-brytare i anläggningar och forskning om detekteringsåtgärder

Med teknologins framsteg och förbättring av produktionsnivån har prestandan och kvaliteten på SF₆-brytare kontinuerligt förbättrats, och produkterna har fått bred acceptans bland kunder. Men med dess omfattande användning har frekvensen av fel också ökat. Orsakerna till felen inkluderar problem som designprinciper, tillverkningsprocesser och materialval. Genom undersökning och statistik över orsakerna till felen är det känt att 20%-30% av problemen beror på läckage av SF₆-gas. Gasläckagedetektion är en viktig och oumbärlig punkt under elektriska installationsfasen.

1 Huvudorsaker

Läckage är en mycket vanlig situation. Läckageproblem uppstår varhelst det finns skillnader i innehåll, temperatur och tryck. Vetenskapliga åtgärder bör antas för olika läckagefenomen, och källan till läckaget bör hittas snabbt.

1.1 Extern läcka från hydrauliska maskiner

För olika hydrauliska maskiner kan läckningspositioner och situationer variera. I allmänhet är de vanliga läckningspositionerna:

• Ventiler, tättningar och packningar. Trevägsswitchar, oljeavloppsswitchar, primära switchar, sekundära switchar, skyddsventiler osv. Orsakerna till läckage inkluderar felaktigt stängsel av ventilkärnan, ojämn kontakt yta på grund av otillräcklig tillverkningsprecision; sandhål i ventilen, ej täckt position, och lösa gasutsläppsbultar.

• Anslutningspositioner för tryckmätare och elektromekanisk utrustning. Tättningarna för dessa anslutningar kan vara ojämna eller ha förlorat sin elasticitet, vilket troligen leder till läckage.

• Tätningssidor för driftscylinderns piston och ackumulatorcylinderns piston som tillhandahålls av tillverkaren. Eftersom tättningar och packningar vid dessa positioner ofta utsätts för rörelsefriktion, är de benägna att deformeras, försämras eller skadas.

Konsekvenserna av läckage i hydrauliska maskiner är mycket allvarliga. Mindre läckage påverkar inte bara rengöringen av utrustningen utan leder också oundvikligen till upprepade pressuriseringar av oljepumpen och en lång pressurfyllningscykel. Massivt oljeläckage i ventilen kommer att orsaka ett tryckförlustproblem. När hydrauloljan går in i ackumulatorcylindern kommer trycket på gassidan att ständigt öka, vilket resulterar i nödlarm, felaktig hantering och utrustningsdefekter, vilket kommer att hindra den säkra driften av utrustningen.

1.2 Extern läckage vid huvudet och anslutning

•  Svetsningar. På grund av ett stort strömflöde under svetsning kan svetsningarna brännas igenom, vilket leder till mikroläckage. Efter en viss tid kommer mängden läckage att ständigt öka. Vid svetsningspositioner av två olika material, orsakar hög lokal spänning svetsningsriss som också leder till läckage. Med förbättrad tillverkningsmetod hos tillverkaren är sannolikheten för att detta fenomen inträffar under installation och driftfasen relativt liten.

• Anslutningspositionen mellan stödporslinstub och fläns. På grund av det höga trycket vid denna position, kan läckage inträffa om tätningen inte är stram, till exempel grov tillverkning av porslinstubens anslutningsyta, ojämn anslutningsyta, och ojämn eller instabil klibbning av tätningsslinga.

• Röranordningar, densitetsreläutrustningsgränssnitt, ändar av tryckmätare, lock på trevägsboxen, och andra positioner. Dessa positioner är de vanligaste områdena för anslutningar, stängningar och svetsningar, och de är svaga punkter för tätning, med en hög sannolikhet för läckage.

För SF₆-gas måste tätningssidan vid någon position hållas mycket ren. Annars kan även en liten mängd främmande material fastnat vid tätningssidan öka läckaget till ordningen 0.001MPa.M1/s, vilket inte är tillåtet för utrustningen. Därför ska innan installationen, tätningssidan och packningen noggrant torkas med vit duk och högkvalitativ toapapper indipperad i alkohol, och en detaljerad inspektion ska utföras. Installation kan endast genomföras efter att det bekräftats att det inte finns några problem. Dessutom ska dammet på flänsen, bulthålen och anslutningsbultarna torkas bort för att förhindra att det hamnar på tätningssidan, särskilt under installation av vertikal tätning.

2 SF₆ Brytarläckagedetektionsmetoder
2.1 Ytspänningsmetoden

Den grundläggande principen är att för vätskor med stark ytspänning, som såapsvatten, kommer bubblor att dyka upp vid läckagepunkten när gas läcker. Detektionsmetoden är att applicera såapsvatten och andra ämnen på utskalningen av SF₆-brytaren och möjliga läckagepunkter.
Nackdelar: Krav på smearing är höga, kan inte detektera mindre läckage, och vissa positioner kan inte smears.
Fördel: Intuitiv.

2.2 Kvalitativ läckagedetektion

Den grundläggande principen är att SF₆ har stark elektronegativitet. Under pulserande högspänning uppstår en kontinuerlig utsläppseffekt, och SF₆-gasen kommer att ändra prestandan av korona elektriska fält, vilket gör att det går att detektera närvaron av SF₆-gas på plats. Detta är endast för att fastställa den relativa graden av läckage av SF₆-brytaren, snarare än för att detektera dess faktiska läckagefrekvens. Kvalitativ läckagedetektion inkluderar följande metoder:

• Detektion av vakuumdragning. Dra vakuum till 133Pa, dra mer än 30 minuter, stoppa pumpen, läs värde A efter att ha observerat 30 minuter, och sedan läs värde B efter att ha observerat 5 timmar. Om 67Pa > B - A, kan det konstateras att tätningen är bra.

•  Skummande vätskedetektion. Detta är en relativt enkel kvalitativ läckagemetod som kan exakt hitta läckagepunkten. Skummande vätska kan prepareras genom att blanda en neutral såpa till två delar vatten. Tillämpa skummande vätska på positionen där läckage ska detekteras. Om bubblor dyker upp, indikerar det läckage vid denna position. Ju fler och mer brådskande bubblor, desto allvarligare är läckaget. Denna metod kan grovt hitta läckagepositionen med en läckagefrekvens på 0.1ml/min.

•  Läckagedetektor-detektion. Läckagedetektor-detektion består i att röra runt sonden av läckagedetektorn längs ytan av varje anslutning av brytaren och ytan av aluminiumgjutning, och fastställa läckagesituationen enligt läckagedetektorns läsning. När denna metod används bör följande tekniker behärskas: Först, rörelsehastigheten av sonden bör vara långsam för att förhindra att läckaget missas på grund av för snabb rörelse. Andra, detektionen ska inte genomföras i stark vind för att förhindra att läckaget blåses bort och påverkar detektionen. Tredje, en läckagedetektor med hög känslighet och låg respons hastighet bör väljas. Generellt sett är den minsta upptäckbara mängden av läckagedetektorn att läckagefrekvensen är lägre än 10-6, och respons-hastigheten är lägre än 5s, vilket är mer lämpligt.

• Segmentering och positionering. Denna metod är lämplig för brytare med trefasiga SF₆-gasanslutningar. Om läckage fastställs men det är svårt att lokalisera, kan SF₆-gasstrukturen delas in i flera delar för detektion, vilket minskar blindhet.

• Tryckminskningsmetod. Denna metod är tillämplig när utrustningens läckagemängd är stor.

2.3 Kvantitativ läckagedetektion

Detta innebär att detektera läckagefrekvensen av SF₆-brytaren, och bedömningsstandarden är att årliga läckagefrekvensen inte överskrider 1%. De specifika metoderna är följande: (1) Lokal omhöljningsmetod: Använd ett plastfilm med en tjocklek av 0.01 cm för att omhölja geometriska formen av täthetspositionen för ett och ett halvt varv, med anslutningen vänd uppåt. Försök att forma en cirkulär eller kvadratisk form, och tätning med tegelband efter formning [3]. Det bör finnas en viss lucka, ungefär 0.05 cm, mellan plastfilmen och det objekt som mäts. Efter omhöljning, detektera innehållet av SF₆-gas i det omhöljda kaviteten efter 24 timmar, och välj medelvärdet av fyra punkter vid olika positioner. Läckagefrekvensen för denna tätning kan beräknas med följande formel:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Där:

• F: Absolut läckagefrekvens, läckagebelopp per enhet tid (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Medelvärde av det uppmätta läckageinnehållet (ppm).

• ΔV: Volym mellan det mätta objektet och plastfilmen (m³).

• Δt: Tidsintervall för detektion av ΔC(s).

• P: Absolut atmosfärstryck, vilket är 0.1MPa.

• V: Volym av SF₆-gas i gaschambren (m³).

Årliga läckagefrekvensen Fy för varje gaschambre beräknas enligt följande: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (per år) Där Pr är den angivna SF₆-gasens tryck (MPa).

När man börjar med ovanstående beräkningar är följande parametrar svåra att fastställa:

• Δ V: Eftersom volymen mellan det mätta objektet och plastfilmen har en oregelbunden form, kan dess volym inte beräknas direkt. Experimentella metoder kan användas, till exempel genom att injicera andra gaser och vätskor genom en flödesmätare i det omhöljda kaviteten för att samla in volyminformation.

• V och W: Gasvolym och massa av SF₆ i gaschambren. Denna information ges inte av tillverkaren. Du kan kräva att tillverkaren ger exakt information i beställningstekniska dokument, eller använda en mätmetod under gasfyllning för att få mer exakt information.

Hängande flaskdetektionsmetod: Häng en flaska vid detektionshålet i isolatorn. Efter några timmar, använd en läckagedetektor för att detektera om det finns läckt SF₆-gas i flaskan.

2.4 Infraröd detektion

Infraröd detektionsmetod använder huvudsakligen den starka infraröda absorptionsförmågan hos SF₆-gas. SF₆-gas har den starkaste absorptionen av infrarödstrålning med en våglängd på 10.6um. Vanliga infraröda detektionsmetoder inkluderar infraröd lasermetod och passiv detektionsmetod.
Arbetssättet för infraröd laserdetektion är att en inkommande infraröd laser sänds av lasersändaren, och den reflekterade lasern går in i laserkameraplattformen. Om inkommande lasern träffar läckt SF₆-gas, kommer en del av dess energi att absorberas, vilket resulterar i skillnader i den reflekterade lasern i fall av läckage och inget läckage, och slutligen kan olika laserbilder användas för att detektera närvaron av SF₆-gasläckage. Passiv detektionsmetod sänder inte aktivt laserstrålning, utan detekterar de små skillnaderna orsakade av absorptionen av infrarödstrålning i atmosfären av SF₆-gas för att detektera närvaron av SF₆-gas.

Kylning kvantpotentialdetektor vald för utländska vetenskapliga produkter kan avgöra en temperaturskillnad på 0.03°C, och den minsta upptäckbara gasvolymen är 0.001ml/s av SF₆-gas. Båda ovanstående metoder använder en bildvisare för att visa bilden, vilket gör den osynliga SF₆-gas synlig. På visarens display kan läckt SF₆-gas ses som en dynamisk svart moln, vilket är tydligt synligt i en statisk miljö. Genom noggrant att observera platsen där molnet dyker upp, kan läckagekällan snabbt och exakt lokaliseras. Molnets hastighet och storlek återspeglar läckagefrekvensen.

Infraröd detektionsmetod av SF₆-gas kan fjärrdetektera läckagepositionen utan strömavbrott, vilket garanterar personlig säkerhet och förbättrar strömförsörjningens stabilitet. Det är den mest vetenskapliga detektionsmetoden idag.

Att förstärka förebyggandet av läckage av SF₆-brytare är en nyckelpunkt för övervakning för att säkerställa säker, ekonomisk och tillförlitlig drift av ombordställningar. Genom att analysera orsakerna till läckage av SF₆-brytare kan teoretisk nivå för förebyggande och hantering av läckageproblem av SF₆-brytare kontinuerligt förbättras, och förmågan att hantera SF₆-läckageolyckor kan förbättras. Bland olika detektionsmetoder, är infraröd bildningsdetektion en ny teknisk metod för tillståndsunderhåll av SF₆-brytare och är den framtida huvudutvecklingsriktningen.