Phân tích Các Nguyên Nhân Thường Gặp Của Rò Rỉ Khí Trong Cầu Dao SF6 Của Trạm Biến Áp và Nghiên Cứu Các Biện Pháp Phát Hiện
Với sự phát triển của công nghệ và cải thiện mức độ sản xuất, hiệu suất và chất lượng của thiết bị cắt mạch SF₆ đã được liên tục nâng cao, và các sản phẩm đã được khách hàng công nhận rộng rãi. Tuy nhiên, với việc áp dụng rộng rãi, tần suất xảy ra sự cố cũng tăng lên. Các nguyên nhân gây ra sự cố bao gồm các vấn đề như nguyên tắc thiết kế, quy trình sản xuất và lựa chọn vật liệu. Qua điều tra và thống kê về nguyên nhân gây ra sự cố, biết rằng 20%-30% các vấn đề là do rò rỉ khí SF₆. Việc phát hiện rò rỉ khí là một điểm quan trọng và không thể thiếu trong giai đoạn lắp đặt điện.
1 Nguyên Nhân Chính
Rò rỉ là một tình huống rất phổ biến. Vấn đề rò rỉ xảy ra ở bất kỳ nơi nào có sự khác biệt về nội dung, nhiệt độ và áp suất. Nên áp dụng các biện pháp khắc phục khoa học cho các hiện tượng rò rỉ khác nhau, và cần tìm ra nguồn gốc rò rỉ kịp thời.
1.1 Rò Rỉ Ngoài Của Máy thủy lực
Đối với các máy thủy lực khác nhau, vị trí và tình trạng rò rỉ có thể khác nhau. Thông thường, các vị trí rò rỉ phổ biến là:
Các van, gioăng và đệm. Các công tắc ba chiều, công tắc xả dầu, công tắc chính, công tắc phụ, van bảo vệ, v.v. Các nguyên nhân gây rò rỉ bao gồm việc đóng van lõi không đúng cách, mặt tiếp xúc không đều do độ chính xác sản xuất không đủ; các lỗ cát trong thân van, vị trí không kín, và các bulông xả khí bị lỏng.
Các vị trí kết nối của đồng hồ đo áp suất và thiết bị cơ điện. Các gioăng kín tại các mối nối này có thể không đều hoặc mất tính đàn hồi, dễ gây ra rò rỉ.
Các bề mặt kín của piston xy lanh hoạt động và piston xy lanh tích trữ do nhà sản xuất cung cấp. Do các gioăng và đệm tại các vị trí này thường chịu ma sát di chuyển, chúng dễ bị biến dạng, suy giảm hoặc hư hỏng.
Hậu quả của rò rỉ trong máy thủy lực rất nghiêm trọng. Rò rỉ nhỏ không chỉ ảnh hưởng đến độ sạch sẽ của thiết bị mà còn dẫn đến việc bơm dầu phải nạp áp nhiều lần và chu kỳ nạp áp kéo dài. Rò rỉ dầu lớn trong thân van sẽ gây ra vấn đề mất áp. Khi dầu thủy lực vào xy lanh tích trữ, áp suất bên phía khí sẽ liên tục tăng, dẫn đến việc sửa chữa khẩn cấp, thao tác sai và lỗi thiết bị, làm cản trở an toàn vận hành của thiết bị.
1.2 Rò Rỉ Ngoài Tại Thân Chính và Kết Nối
Các mối hàn. Do dòng điện lớn trong quá trình hàn, các mối hàn có thể bị cháy thông, dẫn đến rò rỉ vi mô. Sau một thời gian, lượng rò rỉ sẽ liên tục tăng. Tại các vị trí hàn giữa hai loại vật liệu khác nhau, do ứng suất cục bộ cao, các vết nứt hàn cũng sẽ gây rò rỉ. Với sự cải tiến công nghệ sản xuất của nhà sản xuất, khả năng xảy ra hiện tượng này trong giai đoạn lắp đặt và vận hành trên hiện trường tương đối thấp.
Vị trí kết nối giữa sứ đỡ và flange. Do áp suất cao tại vị trí này, nếu kín không chặt, rò rỉ có thể xảy ra, chẳng hạn như bề mặt khớp của sứ đỡ được chế tạo thô sơ, bề mặt khớp không đều, và vòng đệm bị không đều hoặc không ổn định.
Các mối nối ống, giao diện thiết bị theo dõi mật độ, đầu của đồng hồ đo áp suất, nắp hộp ba chiều, và các vị trí khác. Đây là những khu vực phổ biến nhất cho các kết nối, đóng kín và hàn, và là điểm khó và yếu về kín, với khả năng rò rỉ cao.
Đối với khí SF₆, bề mặt kín ở bất kỳ vị trí nào cũng phải được giữ rất sạch. Ngược lại, ngay cả một lượng nhỏ tạp chất dính vào bề mặt kín cũng có thể làm tăng tốc độ rò rỉ lên tới 0.001MPa.M1/s, điều này không được phép cho thiết bị. Do đó, trước khi lắp đặt, bề mặt kín và đệm phải được lau kỹ bằng khăn trắng và giấy vệ sinh chất lượng cao nhúng cồn, và thực hiện kiểm tra chi tiết. Chỉ có thể tiến hành lắp ráp sau khi xác nhận không có vấn đề. Ngoài ra, bụi bẩn trên flange, lỗ vít và vít kết nối phải được lau sạch để ngăn chặn nó đi vào bề mặt kín, đặc biệt là trong quá trình lắp đặt kín đứng.
2 Phương Pháp Phát Hiện Rò Rỉ Thiết Bị Cắt Mạch SF₆
2.1 Phương Pháp Trạng Thái Mặt Dầu
Nguyên lý cơ bản là đối với các chất lỏng có sức căng bề mặt mạnh như nước xà phòng, bọt sẽ xuất hiện tại điểm rò rỉ khi khí rò rỉ. Phương pháp phát hiện là bôi nước xà phòng và các chất khác lên vỏ ngoài của thiết bị cắt mạch SF₆ và các điểm có khả năng rò rỉ.
Nhược điểm: Yêu cầu cao về việc bôi, không thể phát hiện rò rỉ nhỏ, và một số vị trí không thể bôi.
Ưu điểm: trực quan.
2.2 Phát Hiện Rò Rỉ Định Tính
Nguyên lý cơ bản là SF₆ có tính điện âm mạnh. Dưới tác động của điện áp xung, hiệu ứng phóng điện liên tục xảy ra, và khí SF₆ sẽ thay đổi hiệu suất của điện trường corona, từ đó phát hiện sự tồn tại của khí SF₆ tại chỗ. Điều này chỉ nhằm xác định mức độ rò rỉ tương đối của thiết bị cắt mạch SF₆, chứ không phải phát hiện tỷ lệ rò rỉ thực tế. Phát hiện rò rỉ định tính bao gồm các phương pháp sau:
Phát hiện bằng cách hút chân không. Hút chân không xuống 133Pa, giữ hút ít nhất 30 phút, dừng máy hút, đọc giá trị A sau khi quan sát 30 phút, và sau đó đọc giá trị B sau khi quan sát 5 giờ. Nếu 67Pa > B - A, có thể xác định rằng kín tốt.
Phát hiện bằng chất tạo bọt. Đây là một phương pháp phát hiện rò rỉ định tính tương đối đơn giản, có thể tìm chính xác điểm rò rỉ. Chất tạo bọt có thể được chuẩn bị bằng cách thêm xà phòng trung tính vào hai phần nước. Bôi chất tạo bọt vào vị trí cần phát hiện rò rỉ. Nếu có bọt xuất hiện, điều đó cho thấy có rò rỉ tại vị trí đó. Bọt càng nhiều và càng nhanh, rò rỉ càng nghiêm trọng. Phương pháp này có thể tìm gần đúng vị trí rò rỉ với tỷ lệ rò rỉ 0.1ml/phút.
Phát hiện bằng thiết bị phát hiện rò rỉ. Phát hiện bằng thiết bị phát hiện rò rỉ là di chuyển đầu dò của thiết bị phát hiện rò rỉ dọc theo bề mặt các kết nối của thiết bị cắt mạch và bề mặt đúc nhôm, và xác định tình trạng rò rỉ theo giá trị đọc của thiết bị phát hiện rò rỉ. Khi sử dụng phương pháp này, cần nắm vững các kỹ thuật sau: Thứ nhất, tốc độ di chuyển đầu dò nên chậm để tránh bỏ sót rò rỉ do di chuyển quá nhanh. Thứ hai, không nên thực hiện phát hiện trong gió mạnh để tránh rò rỉ bị thổi bay và ảnh hưởng đến phát hiện. Thứ ba, nên chọn thiết bị phát hiện rò rỉ có độ nhạy cao và tốc độ phản ứng thấp. Thường thì lượng phát hiện tối thiểu của thiết bị phát hiện rò rỉ là tỷ lệ rò rỉ dưới 10-6, và tốc độ phản ứng dưới 5s, là phù hợp hơn.
Phương pháp phân đoạn và định vị. Phương pháp này phù hợp cho các thiết bị cắt mạch có kết nối mạch khí SF₆ ba pha. Nếu xác định có rò rỉ nhưng khó xác định vị trí, cấu trúc khí SF₆ có thể được chia thành nhiều phần để phát hiện, từ đó giảm bớt sự mù mờ.
Phương pháp giảm áp. Phương pháp này áp dụng khi lượng rò rỉ của thiết bị lớn.
2.3 Phát Hiện Rò Rỉ Định Lượng
Đây là để phát hiện tỷ lệ rò rỉ của thiết bị cắt mạch SF₆, và tiêu chuẩn đánh giá là tỷ lệ rò rỉ hàng năm không vượt quá 1%. Các phương pháp cụ thể như sau: (1) Phương pháp Bọc Địa Phương: Sử dụng màng nhựa dày 0.01 cm để bọc quanh hình học của vị trí mật độ một và nửa vòng, với đường nối hướng lên trên. Cố gắng tạo thành hình tròn hoặc hình vuông, và niêm phong bằng băng dính sau khi tạo hình [3]. Nên có khoảng cách nhất định, khoảng 0.05 cm, giữa màng nhựa và vật được đo. Sau khi bọc, phát hiện nồng độ khí SF₆ trong khoang bọc sau 24 giờ, và chọn giá trị trung bình của bốn điểm ở các vị trí khác nhau. Tỷ lệ rò rỉ của quá trình niêm phong này có thể được tính toán bằng công thức sau:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)
Trong đó:
Tỷ lệ rò rỉ hàng năm Fy của mỗi buồng khí được tính như sau: Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (mỗi năm) Trong đó Pr là áp suất khí SF₆ quy định (MPa).
Khi bắt đầu các phép tính trên, các tham số sau đây khó xác định:
Phương pháp Phát Hiện Bằng Bình Treo: Treo một bình tại lỗ phát hiện của sứ cách điện. Sau vài giờ, sử dụng thiết bị phát hiện rò rỉ để phát hiện xem có khí SF₆ rò rỉ trong bình hay không.
2.4 Phát Hiện Bằng Hồng Ngoại
Phương pháp phát hiện hồng ngoại chủ yếu sử dụng tính hấp thụ hồng ngoại mạnh của khí SF₆. Khí SF₆ có khả năng hấp thụ hồng ngoại mạnh nhất ở bước sóng 10.6um. Các phương pháp phát hiện hồng ngoại phổ biến bao gồm phương pháp laser hồng ngoại và phương pháp phát hiện thụ động.
Nguyên lý làm việc của phát hiện laser hồng ngoại là tia laser hồng ngoại truyền đi bởi máy phát laser, và tia laser phản xạ vào nền chụp ảnh laser. Nếu tia laser gặp khí SF₆ rò rỉ, một phần năng lượng của nó sẽ bị hấp thụ, dẫn đến sự khác biệt trong tia laser phản xạ trong trường hợp rò rỉ và không rò rỉ, và cuối cùng, các hình ảnh laser khác nhau có thể được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của khí SF₆ rò rỉ. Phương pháp phát hiện thụ động không truyền tia laser chủ động mà phát hiện sự khác biệt nhỏ do hấp thụ tia hồng ngoại trong khí quyển bởi khí SF₆ để phát hiện sự tồn tại của khí SF₆.
Bộ phát lượng tử giếng lạnh được chọn cho các sản phẩm khoa học nước ngoài có thể xác định sự chênh lệch nhiệt độ 0.03°C, và thể tích khí tối thiểu có thể phát hiện là 0.001ml/s của khí SF₆. Cả hai phương pháp trên đều sử dụng kính ngắm hình ảnh để hiển thị hình ảnh, làm cho khí SF₆ không nhìn thấy trở nên nhìn thấy. Trên màn hình kính ngắm, khí SF₆ rò rỉ có thể nhìn thấy như một đám mây đen động, rõ ràng trong môi trường tĩnh. Bằng cách quan sát cẩn thận vị trí xuất hiện đám mây, có thể nhanh chóng và chính xác xác định nguồn rò rỉ. Tốc độ và kích thước của đám mây phản ánh tỷ lệ rò rỉ.
Phương pháp phát hiện hồng ngoại của khí SF₆ có thể phát hiện vị trí rò rỉ từ xa mà không cần ngắt điện, đảm bảo an toàn cá nhân và cải thiện sự ổn định của nguồn điện. Đây là phương pháp phát hiện khoa học nhất hiện nay.
Củng cố việc phòng ngừa rò rỉ thiết bị cắt mạch SF₆ là điểm giám sát then chốt để đảm bảo vận hành an toàn, kinh tế và đáng tin cậy của trạm biến áp. Bằng cách phân tích nguyên nhân gây rò rỉ thiết bị cắt mạch SF₆, có thể liên tục nâng cao trình độ lý thuyết về phòng ngừa và xử lý vấn đề rò rỉ thiết bị cắt mạch SF₆, và nâng cao khả năng xử lý tai nạn rò rỉ SF₆. Trong số các phương pháp phát hiện, phát hiện hình ảnh hồng ngoại là phương pháp kỹ thuật mới cho bảo dưỡng dựa trên trạng thái của thiết bị cắt mạch SF₆ và là xu hướng phát triển chủ đạo trong tương lai.
