Návrh a případová studie systému pro udušení oblouku v 252kV mrtvé nádrži s dislokátorem SF6

Úvod

V nedávné době se díky rozvoji ekonomiky a společnosti zvyšuje poptávka po elektrické energii v Nigérii. Stabilní a spolehlivý systém přenosu elektřiny je klíčový pro tento rozvoj. Vysokonapěťové přenosové linky o napětí 252 kV hrají v nigérijské elektrizační síti důležitou roli a výkon okruhových čerstvačů přímo ovlivňuje bezpečnost a stabilitu těchto linek. ABB, jako světový vůdce ve výrobě elektrického zařízení, vyvinulo 252kV SF6 okruhový čerstvač s pokročilým systémem udušení oblouku, který je navržen tak, aby splňoval specifické potřeby nigérijské elektrizační sítě, a získal certifikaci SONCAP, což zajišťuje soulad s místními normami.

Návrh systému udušení oblouku
Řada dvoudílných udušení oblouku

Systém udušení oblouku 252kV SF6 okruhového čerstvače používá dvoudílný sériový návrh. V tomto návrhu jsou dva čerstvače spojeny sériově, každý čerstvač je navržen tak, aby snesl přibližně 50 % celkového napětí, tedy 126 kV. Tento inovativní přístup významně snižuje dielektrické obnovovací tlaky na jednotlivé čerstvače.

Když dojde v elektrizační síti k krátkodobému poruchovému stavu, v okruhovém čerstvači vznikne oblouk s velkým proudem. U tradičního jednodílného okruhového čerstvače musí během procesu udušení oblouku jeden čerstvač snést celkové napětí 252 kV, což způsobuje obrovské tlaky na dielektrickou obnovu čerstvače. V případě dvoudílného sériového návrhu je napětí sdíleno mezi dvěma čerstvači. To nejen snižuje elektrické stresy na každý čerstvač, ale také zkracuje dobu potřebnou k dielektrické obnově. V důsledku toho se zlepšuje efektivita udušení oblouku a velmi se snižuje riziko znovuvznícení oblouku po jeho udušení.

Pro zajištění stabilního fungování dvoudílného sériového systému vyvinula ABB sadu přesných technologií pro řízení sdílení napětí. Na obou koncích každého čerstvače jsou nainstalovány speciální paralelní kondenzátory. Tyto kondenzátory jsou pečlivě kalibrovány tak, aby bylo možné dosáhnout co nejvíce vyváženého rozdělení napětí mezi oběma čerstvači, i za složitých přechodných poruchových stavů. Tento mechanismus sdílení napětí dále zvyšuje spolehlivost systému udušení oblouku.

T-pistónová struktura tlakové nádrže

Tlaková nádrž v systému udušení oblouku je navržena s T-pistónovou strukturou, která je klíčovou součástí pro generování vysokorychlostního toku plynu SF6. Jakmile okruhový čerstvač obdrží příkaz k odpojení, T-pistón začne pohyb. Během procesu otevírání pistón stlačí plyn SF6 v nádrži na tlak 1,2 MPa.

Tento kompresní proces je přesně řízen, aby bylo možné vygenerovat vysokorychlostní tok plynu o rychlosti 600 m/s. Vysokorychlostní tok plynu SF6 hraje klíčovou roli v procesu udušení oblouku. Když dojde k vzniku oblouku, vysokorychlostní tok plynu rychle ochladí plazmu oblouku, sníží teplotu oblouku a odstraní ionizované částice v kanálu oblouku. Tím se urychlí proces obnovy dielektrické síly v mezerau pro udušení oblouku, což umožní okruhovému čerstvači rychlé odpojení poruchového proudu a dokončení úkolu udušení oblouku.

T-pistónová struktura má také výhody jednoduché konstrukce, vysoké mechanické pevnosti a dobrého uzavíracího charakteru. Jednoduchá konstrukce usnadňuje výrobu a údržbu tlakové nádrže, zatímco vysoká mechanická pevnost zajišťuje, že pistón může snést vysoké tlaky a rychlosti pohybu během provozu. Dobrá uzavírací schopnost tlakové nádrže zajišťuje, že plyn SF6 nebude unikat, což zajišťuje normální funkci okruhového čerstvače a bezpečnost elektrizační sítě.

Trychtýře posílené PTFE a uhlíkovými vlákny

Trychtýř je důležitou součástí systému udušení oblouku a jeho materiálové vlastnosti přímo ovlivňují životnost a výkon udušení oblouku okruhového čerstvače. ABB vybralo PTFE posílené uhlíkovými vlákny jako materiál pro trychtýře v systému udušení oblouku 252kV SF6 okruhového čerstvače.

PTFE posílené uhlíkovými vlákny má vynikající vlastnosti, jako je tepelná odolnost, odolnost proti opotřebení a silná odolnost proti erozi obloukem. Během procesu udušení oblouku může teplota v oblasti oblouku dosahovat extrémně vysokých hodnot, často přes 10 000 °C. Tepelná odolnost PTFE posíleného uhlíkovými vlákny umožňuje trychtýři udržet svou strukturní celistvost a stabilitu výkonu v těchto tvrdých podmínkách.

Co se týče odolnosti proti erozi obloukem, tento materiál může snést alespoň 2000 plnohodnotných odpojení (50 kA), což výrazně prodlužuje intervaly údržby okruhového čerstvače. V porovnání s tradičními materiály pro trychtýře mají trychtýře z PTFE posíleného uhlíkovými vlákny delší životnost, což snižuje frekvenci údržby a výměny zařízení a tím i celkové náklady na provoz a údržbu elektrizační sítě.

Certifikace SONCAP a soulad s normami

Aby mohl vstoupit na nigérijský trh, systém udušení oblouku 252kV SF6 okruhového čerstvače vyvinutý firmou ABB úspěšně prošel certifikačním procesem SONCAP. Certifikace SONCAP je přísný hodnocení program implementovaný Standardizační organizací Nigérie, který zajišťuje, že dovozené elektrické výrobky splňují místní normy bezpečnosti, ochrany zdraví a životního prostředí.

Během certifikačního procesu proběhly všechny aspekty produktu ABB, včetně elektrických vlastností, mechanických vlastností, bezpečnostních vlastností a adaptabilitu na prostředí, komplexní testy. Dvoudílný sériový návrh udušení oblouku, T-pistónová struktura tlakové nádrže a trychtýře z PTFE posíleného uhlíkovými vlákny byly všechny podrobeny přísné kontrole a ověření.

Například v testech elektrických vlastností, schopnost sdílení napětí dvoudílného systému, schopnost udušení oblouku okruhového čerstvače při různých poruchových proudech a vlastnosti obnovy dielektrické síly všechny splnily nebo překonaly požadavky nigérijských standardů. V testech mechanických vlastností, síla a trvanlivost T-pistónové struktury, stejně jako spolehlivost mechanického chodu okruhového čerstvače, byly také plně uznány.

Úspěšné získání certifikace SONCAP nejen dokládá vysokou kvalitu a spolehlivost systému udušení oblouku 252kV SF6 okruhového čerstvače firmy ABB, ale také poskytuje pevnou záruku pro jeho široké použití v nigérijské elektrizační síti.

Použití v nigérijské elektrizační síti

252kV SF6 okruhový čerstvač s tímto pokročilým systémem udušení oblouku byl úspěšně uplatněn v několika klíčových projektech vysokonapěťového přenosu v Nigérii. V těchto projektech ukázaly okruhové čerstvače vynikající výkon.

Během provozu dvoudílný sériový návrh udušení oblouku efektivně zvládl několik krátkodobých poruch, což zajistilo rychlé izolování poruch a minimalizovalo dopad na elektrizační síť. T-pistónová struktura tlakové nádrže stabilně generovala vysokorychlostní tok plynu SF6, což umožnilo okruhovým čerstvačům dokončit úkol udušení oblouku v krátké době. Trychtýře z PTFE posíleného uhlíkovými vlákny také udržely dobrý výkon a ani po mnoha operacích nedošlo k výraznému erozi nebo poškození.

Díky spolehlivému chodu těchto okruhových čerstvačů byla výrazně zlepšena spolehlivost a stabilita nigérijské elektrizační sítě. Výpadky elektrické energie způsobené selháním okruhových čerstvačů byly výrazně sníženy, což poskytuje stabilnější dodávku elektrické energie pro průmyslovou výrobu a každodenní život lidí v Nigérii. Zároveň dlouhá životnost a nízké požadavky na údržbu okruhových čerstvačů také snížily provozní a údržbářské náklady místního energetického oddělení, což má velký význam pro udržitelný rozvoj nigérijského energetického průmyslu.

Závěr

Návrh systému udušení oblouku 252kV SF6 okruhového čerstvače firmy ABB, s jeho inovativním dvoudílným sériovým udušením oblouku, T-pistónovou strukturou tlakové nádrže a trychtýři z PTFE posíleného uhlíkovými vlákny, poskytuje vynikající řešení pro vysokonapěťový přenos v Nigérii. Získání certifikace SONCAP zajišťuje soulad s místními normami a jeho úspěšné použití v nigérijské elektrizační síti potvrdilo jeho vysokou spolehlivost a vynikající výkon. Tento případ návrhu nejen splňuje současné potřeby rozvoje elektrizační sítě v Nigérii, ale také poskytuje cenné zkušenosti a reference pro návrh a použití podobných vysokonapěťových okruhových čerstvačů v jiných regionech. V budoucnu bude ABB nadále optimalizovat a vylepšovat tuto technologii, aby přispělo více k rozvoji globálního energetického průmyslu.