SF6 Плотностен реле за течност: Причини, Рискове и Решения без Течност

1. Въведение
Електроуредите с SF6, известни със своите отлични свойства за изгасване на дъга и изолация, са широко приложени в електроенергийните системи. За осигуряване на безопасна работа е необходимо реално време наблюдение на плътността на газ SF6. В момента обикновено се използват механични релета за плътност с показалец, които предоставят функции като алармен сигнал, блокиране и локално показване. За подобряване на устойчивостта към вибрации повечето от тези релета са напълнени вътрешно с силиконово масло.

Освен това, утечката на масло от релетата за плътност е често срещан проблем в практиката, който се случва както при домакински, така и при импортирани продукти - макар че импортните единици обикновено показват по-дълъг период на задържане на маслото и по-ниски темпове на утечка. Този проблем стана широкоразпространена предизвикателство, с което се сблъскват електроенергийните предприятия по цялата страна, значително влияйки на дългосрочната стабилна работа на оборудването.

2. Опасности от утечка на масло в релетата за плътност

• Намалена устойчивост към вибрации:
       Силиконовото масло предоставя демпфиращ ефект. След като се изцеди напълно, реле то става податливо на закъсалие на показалеца, нефункциониране или лъжливи сигнали (неоперативност или лъжливо активиране) и прекомерно отклонение на измерването при удари от операции на ключовете.

• Оксидация и слаб контакт:
       Повечето релета за плътност на SF6 използват контакти с магнитно асистентни спираловидни пружини с ниско контактно налягане, които разчитат на силиконовото масло за изолация от въздуха. След утечката на масло, контактите са изложени на въздух, което ги прави податливи на оксидация или натрупване на прах, водещ до слаб контакт или отворени контури.

• Данни от полеви тестове:
       От 196 релета за плътност, проверени в рамките на три години, шест показваха ненадежден контакт (приблизително 3%), всички те бяха единици, които бяха загубили маслото си.

• Сериозни опасности за безопасността:
       Ако изключвателят с SF6 започне да утича газ, а реле за плътност, поради утечка на масло, не може да активира алармен сигнал или сигнал за блокиране, могат да се случат сериозни аварии при изключване на дъга.

• Загрязнение на компонентите на оборудването:
       Утекналото силиконово масло привлича прах, загрязнявайки други компоненти на апаратурата, което намалява общата изолационна способност и безопасността на работата.

3. Анализ на причините за утечка на масло
Утечката на масло най-вече се случва на следните места:

• Интерфейс за затваряне между основата на терминала и корпуса

• Интерфейс за затваряне между стъклената прозорец и корпуса

• Пукнатина на самото стъкло

3.1 Стареене на каучуковия тух
Повечето сегашни тухове използват нитрилния каучук (NBR), неситуран каучук, който е много податлив на стареене поради вътрешни и външни фактори.

Вътрешни фактори:

• Молекулярна структура: Присъствието на двойни връзки прави материала податлив на оксидация, формирайки пероксиди, които водят до разцепване на веригите или сшиване, резултиращо в охлабване и хрупкост.

• Съставни части на смеса: Преизобилното съдържание на сяра в система за вулканизация ускорява стареенето.

Външни фактори:

• Кислород и озон: Директното излагане на въздух или кислород/озон, разтворен в масло, инициира оксидативни реакции.

• Термични ефекти: За всяко увеличение на температурата с 10°C, скоростта на оксидация приблизително се удвоява.

• Механично уморяване: Длъчно наложено сдържащо напрежение индуцира механична оксидация, ускоряваща процеса на стареене.

3.2 Неправилно първоначално компресиране на туховете

• Недостатъчно компресиране:

• Грешки в дизайна: недостатъчно размер на туха или прекалено голяма канавка.

• Проблеми при монтажа: зависимост от ръчно затягане без прецизно контролиране.

• Ефекти на ниската температура: каучукът се свива повече от метал при студ, и се засилва при ниски температури, намалявайки ефективното компресиране.

• Прекомерно компресиране:

• Може да причини постоянна деформация или да генерира високо напрежение на фон Мизес, довеждащо до ранна материална неуспех.

3.3 Дефекти на повърхностите за затваряне и проблеми при монтажа

• Повърхностни царапини, заострени ръбове, неподходяща повърхностна грубост или неблагоприятни текстури от обработка могат да създадат пътища за утечка.

• Тухове, повредени от остри ръбове по време на монтажа, причинявайки скрити дефекти.

• Причини за пукнатина на стъклото:

• Неравномерно прилагане на сила по време на монтажа;

• Пукнатина поради бързи изменения в температурата или налягането.

4. Предложения за подобряване

Основно решение: Използване на безмаслени, антивибрационни релета за плътност на SF6
Този тип елиминира риска от утечка на масло чрез структурни иновации.

Технически характеристики:

• Подложка за изолация от вибрация: Установена между конектора и корпуса, за да абсорбира ударната енергия от операциите на ключовете, достигайки устойчивост към вибрация до 20 м/с².

• Принцип на действие: Използва  упруг элемент от тип Бурдонов цилиндър, комбиниран с двуметална лента за компенсация на температурата, за точна рефлексия на промените в плътността на газа SF6.

• Изходен сигнал: Използва  микропреклъчител, активиран от двуметалната лента за компенсация на температурата и Бурдоновия цилиндър, подсилен от подложката за изолация от вибрация, предлагайки силна противодействие на интерференция и намалена вероятност за лъжливо активиране.

Преимущества:

• Пълно елиминиране на необходимостта от напълване с масло, предотвратявайки утечка на масло от източника;

• Превъзходна устойчивост към вибрация, подходяща за високовибрационни среди;

• Висока конструктивна надеждност и ниски разходи за поддръжка;

• Директна замяна на съществуващите модели с масло, позволяващи "безмаслени" обновления.

Предложения за реализация:

• Бързо заменете всички релета за плътност, които показват утечка на масло;

• Придавайте приоритет на безмаслените, антивибрационни модели при замяна;

• Проведете тестове за утечки след замяна, за да се уверите, че затварянето е правилно.

5. Заключение

• Плътността на газа SF6 е критичен параметър за осигуряване на безопасна работа на оборудването и трябва да се наблюдава чрез надеждни релета за плътност.

• Релетата за плътност, напълнени с масло, в момента се сблъскват с широко разпространена утечка на масло, главно поради стареене на каучуковите тухове, неправилно управление на компресията и недостатъчни практики при монтажа.

• Утечката на масло води до намалена устойчивост към вибрации и нефункциониране на контактите, представлявайки сериозна заплаха за безопасността на мрежата.

• Предлага се приемането на безмаслени, антивибрационни релета за плътност на SF6 като решение за замяна, което ефективно елиминира утечката на масло и подобрява надеждността и икономическата ефективност на системата.