การทดสอบหน้างานของรีเลย์ความหนาแน่นก๊าซ SF6: ปัญหาที่เกี่ยวข้อง

บทนำ

ก๊าซ SF6 ถูกใช้อย่างแพร่หลายเป็นสารฉนวนและสื่อดับไฟฟ้าในอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงดันสูงและแรงดันสูงมาก เนื่องจากคุณสมบัติฉนวนที่ยอดเยี่ยม การดับไฟฟ้า และความเสถียรทางเคมี ความแข็งแรงของฉนวนและการดับไฟฟ้าของอุปกรณ์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของก๊าซ SF6 ความหนาแน่นของก๊าซ SF6 ลดลงสามารถนำไปสู่อันตรายหลักสองประการ:

• ความแข็งแรงของฉนวนของอุปกรณ์ลดลง;

• ความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์ลดลง.

นอกจากนี้ การรั่วไหลของก๊าซมักจะทำให้มีการเข้าของความชื้น ทำให้ปริมาณความชื้นในก๊าซ SF6 เพิ่มขึ้นและลดประสิทธิภาพของฉนวนลงไปอีก ดังนั้น การตรวจสอบความหนาแน่นของก๊าซ SF6 เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างปลอดภัย.

เครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซ SF6 (เรียกว่าเครื่องตรวจวัดความหนาแน่น ควบคุม หรือเครื่องวัดความหนาแน่น) ติดตั้งบนอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซ SF6 เพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของก๊าซภายใน มันตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความดันเพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่น โดยส่งสัญญาณเตือนเมื่อความหนาแน่นลดลงถึงระดับที่กำหนดไว้ และล็อกการสวิตช์หากลดลงถึงระดับล็อก ด้วยเหตุผลที่ว่าประสิทธิภาพของมันมีผลกระทบโดยตรงต่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ การทดสอบความเชื่อถือได้และความแม่นยำอย่างสม่ำเสมอจึงสำคัญ.

1. ประเภทและหลักการทำงานของเครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซ SF6

1.1 เครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซแบบกลไก

เครื่องตรวจวัดแบบกลไกสามารถแบ่งตามโครงสร้างเป็นแบบ กระบอกลม และ ท่อสปริง และตามฟังก์ชันเป็นแบบ มีการแสดงความดัน และ ไม่มีการแสดงความดัน ทั้งสองแบบใช้การชดเชยอุณหภูมิในการตรวจสอบความหนาแน่นของก๊าซ.

โดยใช้ตัวอย่างที่เป็นที่นิยมคือ แบบกระบอกลม (ดูรูปที่ 1):

• ห้องที่ชาร์จไว้ล่วงหน้าเติมก๊าซ SF6 ที่ความดันเท่ากับห้องที่กำลังตรวจสอบ;

• กระบอกลมโลหะเชื่อมต่อกับห้องที่กำลังตรวจสอบ;

• เมื่อมีการรั่วไหล ความดันภายในกระบอกลมลดลง สร้างความแตกต่างของความดันที่บีบกระบอกลม ทำให้กระบอกลมเคลื่อนไหวและส่งผ่านกลไกเชื่อมโยงไปยังสวิตช์ขนาดเล็ก ซึ่งจะส่งสัญญาณเตือนหรือล็อก.

เนื่องจากห้องที่ชาร์จไว้ล่วงหน้าอยู่ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีผลต่อทั้งสองฝั่งเท่ากัน ทำให้สามารถชดเชยอุณหภูมิได้อัตโนมัติ.

รูปที่ 1. หลักการทำงานของเครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซแบบกลไก
(หมายเหตุ: 4—สวิตช์ขนาดเล็ก; 3—แถบโลหะสองชนิด; 2—กระบอกลมโลหะ; 1—ห้องที่ชาร์จไว้ล่วงหน้า)

1.2 เครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซแบบดิจิทัล

เครื่องตรวจวัดเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากความ electronegativity ของโมเลกุล SF6 แหล่งอนุภาคแอลฟาในห้องไอออนิเซชันทำให้ก๊าซไอออนิเซชัน และภายใต้สนามไฟฟ้ากระแสตรง จะเกิดกระแสไอออน กระแสไอออนนี้เป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของก๊าซ เมื่อความหนาแน่นลดลง กระแสออกจะลดลง ทำให้สามารถตรวจสอบได้แบบเรียลไทม์.

ข้อดีของเครื่องตรวจวัดความหนาแน่นแบบดิจิทัลรวมถึง:

• การแสดงผลความดันแบบดิจิทัล ความดันที่เทียบเท่าที่ 20°C และอุณหภูมิของอุปกรณ์;

• สามารถเชื่อมต่อกับระบบคอมพิวเตอร์สำหรับการตรวจสอบออนไลน์;

• สามารถวาดกราฟแนวโน้มของการรั่วไหล สนับสนุนการบำรุงรักษาตามสภาพ;

• การวัดเต็มสเกลโดยไม่ต้องเปลี่ยนช่วง พร้อมพารามิเตอร์ที่สามารถปรับได้ในสถานที่;

• ส่งสัญญาณเตือนเติมก๊าซและสัญญาณล็อกเมื่อความดันต่ำ.

รูปที่ 2. หลักการทำงานของเครื่องตรวจวัดความหนาแน่นของก๊าซแบบดิจิทัล
(หมายเหตุ: อนุภาคแอลฟาในห้องไอออนิเซชันทำให้ก๊าซ SF6 ไอออนิเซชัน อิเล็กตรอนย้ายไปที่อานูด ไอออนบวกกลับไปที่ตัวปล่อย สร้างกระแสที่ถูกขยายและส่งออก)

2. ความจำเป็นของการทดสอบเครื่องตรวจวัดความหนาแน่นบนที่ตั้ง

เครื่องตรวจวัดความหนาแน่นสามารถทดสอบได้ทั้งบนที่ตั้งและในห้องปฏิบัติการ แม้ว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการจะมีความแม่นยำสูง แต่ก็มีข้อเสียหลายประการ:

• การถอดแยกทำลายตราปั้มเดิม ทำให้การประกอบและปั้มใหม่ยาก;

• เครื่องมือที่มีความแม่นยำอาจสูญเสียการสอบเทียบจากการขนส่ง;

• ตารางการบำรุงรักษาที่แน่นทำให้การถอดแยกและประกอบใช้เวลานาน.

ดังนั้น การทดสอบบนที่ตั้งควรแนะนำเมื่อเป็นไปได้ เนื่องจากมีประสิทธิภาพและปลอดภัยกว่า.

3. เครื่องมือที่ใช้ในการทดสอบบนที่ตั้ง

เนื่องจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซ SF6 ไม่ควรปนเปื้อนด้วยน้ำมันหรือก๊าซอื่น ๆ เฉพาะก๊าซ SF6 เท่านั้นที่สามารถใช้เป็นสื่อทดสอบ เครื่องมือสอบเทียบที่เหมาะสมควรมี:

• ถังก๊าซ SF6 ที่รวมอยู่ในตัว;

• สามารถปรับความดันได้;

• การชดเชยอุณหภูมิและแปลงค่าโดยอัตโนมัติ

บทความนี้นำเสนอ JMD-1A SF6 Gas Density Relay Calibration Unit ซึ่งมีคุณสมบัติดังนี้:

• ถัง SF6 และระบบควบคุมแรงดันภายใน;

• แยกวงจรก๊าซของอุปกรณ์ระหว่างการทดสอบ โดยใช้แหล่งก๊าซของตนเอง;

• แปลงค่าที่วัดได้เป็นแรงดันมาตรฐานที่ 20°C อย่างอัตโนมัติ;

• ต้องทำการสอบเทียบใหม่ที่โรงงานทุกปีเพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำ;

• ระดับความแม่นยำ 0.5 ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดว่า "ความผิดพลาดของเครื่องมือมาตรฐานไม่ควรเกินหนึ่งในสามของความผิดพลาดของเครื่องมือที่ทดสอบ" (เครื่องมือที่ทดสอบมักจะอยู่ในระดับต่ำกว่า 1.5) ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการในการใช้งานบนไซต์ได้อย่างครบถ้วน.

4. เนื้อหาการทดสอบสำหรับเรเลย์ความหนาแน่นของก๊าซ

4.1 มาตรฐานและความถี่ในการทดสอบ

ตาม GB50150-1991 และ DL/T596-1996:

• อุปกรณ์ใหม่ต้องผ่านการทดสอบเรเลย์ความหนาแน่นก่อนเริ่มใช้งาน;

• อุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ควรได้รับการทดสอบทุก 1-3 ปี หรือหลังจากการบำรุงรักษาระดับใหญ่หรือเมื่อมีความจำเป็น;

• ค่าการทำงานต้องสอดคล้องกับข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิต;

• ความผิดพลาดในการแสดงผลของมาตรวัดแรงดันและการล่าช้าต้องอยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้ตามระดับความแม่นยำที่ระบุ.

4.2 รายการทดสอบ

รายการทดสอบหลักประกอบด้วย:

• แรงดันการกระทำเตือน (การเติมก๊าซ);

• แรงดันการกระทำล็อกเอาต์;

• แรงดันการกลับคืนของการล็อกเอาต์;

• แรงดันการกลับคืนของการเตือน;

• หากมีมาตรวัดแรงดัน จะต้องทดสอบการแสดงผลของมาตรวัดด้วย.

ข้อกำหนดในการทดสอบมาตรวัดแรงดัน:

• อย่างน้อย 5 จุดทดสอบที่กระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดช่วง;

• สองรอบเต็มของการเพิ่มและลดแรงดัน;

• แรงดันที่นำมาใช้ต้องเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ และคงที่ โดยทำการอ่านค่าที่แต่ละจุด;

• ความผิดพลาดในการแสดงผลสูงสุดจากสองรอบจะถูกใช้เป็นผลลัพธ์สุดท้าย.

ข้อกำหนดค่าการทำงาน:

• ต้องสอดคล้องกับข้อมูลทางเทคนิคของผู้ผลิต;

• ความแตกต่างระหว่างแรงดันการกระทำและการกลับคืนควรน้อยกว่า 0.02 MPa;

• ค่าแรงดันทั้งหมดต้องแปลงเป็นค่ามาตรฐานที่ 20°C;

• บันทึกอุณหภูมิแวดล้อม แรงดันที่วัดได้ และแรงดันที่แปลงเป็น 20°C.

5. วิธีการเชื่อมต่อระหว่างเรเลย์ความหนาแน่นกับอุปกรณ์

มีวิธีการเชื่อมต่อทั่วไป 4 ประเภท:

• พร้อมวาล์วกั้น
       ติดตั้งวาล์ว (FA) ระหว่างเรเลย์และอุปกรณ์ ระหว่างการทดสอบ ปิด FA แล้วเชื่อมต่อหัวทดสอบ แล้วเปิด FB เพื่อเริ่มการทดสอบ.

• พร้อมวาล์วตรวจสอบ
       หลังจากนำเรเลย์ออก วาล์วตรวจสอบจะปิดอัตโนมัติที่ด้านของอุปกรณ์ อนุญาตให้เชื่อมต่ออุปกรณ์ทดสอบเข้ากับพอร์ตภายนอกได้โดยตรง.

• พร้อมวาล์วตรวจสอบ + สกรูปั๊ม (ดูรูปที่ 3)
       ไม่ต้องถอดประกอบ หมุนสกรูปั๊มที่ W2 วาล์วตรวจสอบ F1 จะปิดกั้นทางเดินก๊าซโดยอัตโนมัติ อนุญาตให้เชื่อมต่อหัวทดสอบได้โดยตรง.

รูปที่ 3. แผนภาพของเรเลย์ความหนาแน่นพร้อมวาล์วตรวจสอบและสกรูปั๊ม
(คำอธิบาย: B1—เรเลย์ความหนาแน่น; W1—พอร์ตเติมก๊าซ; W2—พอร์ตทดสอบ; MA—มาตรวัดแรงดัน; F1—วาล์วตรวจสอบ)

• การเชื่อมต่อโดยตรงโดยไม่มีการกั้น
       เป็น การออกแบบที่ไม่เหมาะสม หากเรเลย์เสียหาย จะไม่สามารถเปลี่ยนหรือทดสอบออนไลน์ได้ และต้องรอจนกว่าจะมีการซ่อมแซมครั้งใหญ่ แนะนำให้ติดตั้งวาล์วกั้นระหว่างการซ่อมแซมเพื่อการบำรุงรักษาในอนาคต.

สรุป: ประเภทการเชื่อมต่อ 3 แบบแรกสามารถทดสอบบนไซต์ได้ แต่ประเภทที่ 4 ไม่สามารถทำได้.

6. ข้อควรระวังในการสอบเทียบบนไซต์

• การปิดเครื่อง: ต้องทำการทดสอบโดยอุปกรณ์อยู่ในสภาพไม่มีไฟฟ้า เชื่อมต่อไฟฟ้าควบคุมและแยกตัวต่อสัญญาณเตือน/ล็อกเอาท์ที่บล็อกเทอร์มินัลเพื่อป้องกันการทำงานของวงจรรองโดยไม่ได้ตั้งใจ

• ยืนยันประเภทการเชื่อมต่อ: โครงสร้างการเชื่อมต่อแตกต่างกันตามอุปกรณ์ ตรวจสอบประเภทก่อนถอดประกอบเพื่อป้องกันการทำงานผิดพลาดและการรั่วไหลของแก๊ส

• ฟื้นฟูวาล์วแยก: หลังจากทดสอบแล้ว ให้แน่ใจว่าวาล์วแยกทั้งหมดถูกฟื้นฟูกลับไปที่ตำแหน่งที่ถูกต้องและตรวจสอบแล้ว

• ทำความสะอาดตัวต่อ: ทำความสะอาดตัวต่อท่อทั้งหมดก่อนและหลังการทดสอบ หากจำเป็นให้ล้างด้วยแก๊ส SF6 ปริมาณเล็กน้อยเพื่อป้องกันการปนเปื้อนหรือความชื้นเข้าสู่ระบบ

• การป้องกันการซีล: ปกป้องพื้นผิวการซีล แทนที่ด้วยแหวนยางใหม่ และทำการตรวจจับการรั่วไหลหลังจากการประกอบใหม่

• การแปลงหน่วยแรงดัน: เครื่องทดสอบ JMD-1A แสดงแรงดันเกจ หากรีเลย์ใช้แรงดันสัมบูรณ์ (เช่น วงจรตัดไฟ ABB LTB145D) ให้แปลงหน่วยก่อนเปรียบเทียบ

7. สรุป

รีเลย์ความหนาแน่นแก๊ส SF6 เป็นส่วนประกอบสำคัญในการรับประกันการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของอุปกรณ์ไฟฟ้า SF6 ประสิทธิภาพการทำงานของมันมีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของระบบ ดังนั้น การทดสอบที่สถานที่ต้องดำเนินการเป็นประจำตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องเพื่อรับประกันความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ ระหว่างการทดสอบ ต้องปฏิบัติตามวงจรทดสอบ ขั้นตอน และคำแนะนำที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เพื่อกำจัดอันตรายด้านความปลอดภัยและป้องกันการสรุปผิดพลาด