طراحی و مطالعه کاربردی سیستم دهلیز خاموش کننده قوس برق در چکش مداربر قطع کننده SF6 252kV

مقدمه

در سال‌های اخیر، با توسعه اقتصاد و جامعه نیجریه، تقاضای برق در این کشور رو به افزایش بوده است. یک سیستم انتقال برق پایدار و قابل اعتماد برای توسعه آن ضروری می‌باشد. خطوط انتقال بالاتنش ۲۵۲kV نقش مهمی در شبکه برق نیجریه دارند و عملکرد شیرهای قطع کننده مستقیماً بر ایمنی و ثبات این خطوط تأثیر می‌گذارد. ABB به عنوان یک تولیدکننده برجسته تجهیزات الکتریکی جهان، یک شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 با سیستم خاموش کننده قوس پیشرفته طراحی کرده است که برای پاسخگویی به نیازهای خاص شبکه برق نیجریه طراحی شده و مجوز SONCAP را به دست آورده تا همخوانی آن با استانداردهای محلی تضمین شود.

طراحی سیستم خاموش کننده قوس
طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه

خاموش کننده قوس شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 از طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه استفاده می‌کند. در این طراحی، دو قطع کننده به صورت سری متصل شده‌اند و هر قطع کننده طراحی شده تا حدود ۵۰٪ از ولتاژ کل (یعنی ۱۲۶kV) را تحمل کند. این رویکرد نوآورانه فشار بازیابی دی الکتریکی روی یک شکستن واحد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

وقتی که یک خطای کوتاه زنجیره در شبکه برق رخ می‌دهد، یک قوس جریان بالا در شیر قطع کننده ایجاد می‌شود. در شیرهای قطع کننده تک شکستن سنتی، تمام ولتاژ ۲۵۲kV در حین فرآیند خاموش کردن قوس باید توسط یک قطع کننده تحمل شود که این وضعیت فشار بزرگی روی بازیابی دی الکتریکی قطع کننده می‌گذارد. اما در طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه، ولتاژ بین دو قطع کننده تقسیم می‌شود. این امر نه تنها فشار الکتریکی روی هر قطع کننده را کاهش می‌دهد بلکه زمان مورد نیاز برای بازیابی دی الکتریکی را نیز کاهش می‌دهد. در نتیجه، کارایی خاموش کردن قوس بهبود یافته و خطر بازآتشاندن قوس پس از خاموش شدن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

برای تضمین عملکرد پایدار سیستم سری‌سازی شکستن دوگانه، ABB نیز یک مجموعه از تکنولوژی‌های کنترل دقیق تقسیم ولتاژ توسعه داده است. خازنهای موازی خاص در دو انتهای هر قطع کننده نصب شده‌اند. این خازنهای موازی با دقت تنظیم شده‌اند تا توزیع ولتاژ بین دو قطع کننده حتی در شرایط خطا پیچیده ممکن است به طور متعادل ترین حالت ممکن باشد. این مکانیزم تقسیم ولتاژ قابلیت اطمینان سیستم خاموش کننده قوس را بیشتر افزایش می‌دهد.

ساختار سیلندر فشاری با پیستون نوع T

سیلندر فشاری در سیستم خاموش کننده قوس با ساختار پیستون نوع T طراحی شده که اجزای کلیدی برای تولید جریان گاز SF6 با سرعت بالا هستند. وقتی که شیر قطع کننده دستور قطع را دریافت می‌کند، پیستون نوع T شروع به حرکت می‌کند. در طی فرآیند باز شدن، پیستون گاز SF6 موجود در سیلندر را به فشار ۱.۲MPa فشرده می‌کند.

این فرآیند فشرده سازی به طور دقیق کنترل می‌شود تا اطمینان حاصل شود که جریان گاز با سرعت ۶۰۰m/s تولید شود. جریان گاز SF6 با سرعت بالا نقش حیاتی در فرآیند خاموش کردن قوس دارد. وقتی که قوس ایجاد می‌شود، جریان گاز با سرعت بالا قوس پلاسمایی را به سرعت خنک می‌کند، دمای قوس را کاهش می‌دهد و ذرات یونیزه شده در کانال قوس را حذف می‌کند. این امر باعث می‌شود که فرآیند بازیابی مقاومت دی الکتریکی در فاصله خاموش کردن قوس تسریع شود و شیر قطع کننده بتواند جریان خرابی را به سرعت قطع کرده و وظیفه خاموش کردن قوس را به پایان برساند.

ساختار پیستون نوع T نیز مزایای ساختار ساده، قدرت مکانیکی بالا و عملکرد مهر و موم مناسب دارد. ساختار ساده موجب تسهیل در تولید و نگهداری سیلندر فشاری می‌شود، در حالی که قدرت مکانیکی بالا اطمینان می‌دهد که پیستون بتواند حرکت با فشار و سرعت بالا را در طی عملیات تحمل کند. عملکرد مهر و موم مناسب سیلندر فشاری اطمینان می‌دهد که گاز SF6 لیک نخواهد کرد و عملکرد عادی شیر قطع کننده و ایمنی شبکه برق تضمین خواهد شد.

نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE

نوک یک بخش مهم خاموش کننده قوس است و عملکرد مواد آن مستقیماً بر عمر مفید و عملکرد خاموش کردن قوس شیر قطع کننده تأثیر می‌گذارد. ABB ماده PTFE تقویت شده با فیبر کربن را به عنوان ماده نوک‌های خاموش کننده قوس شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 انتخاب کرده است.

PTFE تقویت شده با فیبر کربن ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مقاومت در برابر دما بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت قوی در برابر فرسایش قوس دارد. در طی فرآیند خاموش کردن قوس، دمای منطقه قوس می‌تواند به مقادیر بسیار بالا (اغلب بیش از ۱۰۰۰۰ °C) برسد. مقاومت در برابر دما بالای PTFE تقویت شده با فیبر کربن امکان می‌دهد که نوک در شرایط سخت اینچنینی ساختار و پایداری عملکرد خود را حفظ کند.

از نظر مقاومت در برابر فرسایش قوس، این ماده می‌تواند حداقل ۲۰۰۰ قطع با ظرفیت کامل (۵۰kA) را تحمل کند که عمر مفید شیر قطع کننده را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نسبت به مواد نوک سنتی، نوک‌های PTFE تقویت شده با فیبر کربن عمر مفید طولانی‌تری دارند که با کاهش فراوانی نگهداری و تعویض تجهیزات، هزینه‌های کلی عملیاتی و نگهداری شبکه برق را کاهش می‌دهد.

گواهینامه SONCAP و همخوانی

برای ورود به بازار نیجریه، سیستم خاموش کننده قوس شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 توسعه داده شده توسط ABB موفق به گذر از فرآیند گواهینامه SONCAP شده است. گواهینامه SONCAP یک برنامه ارزیابی دقیق است که توسط سازمان استانداردهای نیجریه اجرا می‌شود تا اطمینان حاصل شود که محصولات الکتریکی وارد شده با استانداردهای محلی ایمنی، بهداشت و حفاظت از محیط زیست همخوانی دارند.

در طی فرآیند گواهینامه، محصول ABB در جنبه‌های مختلف شامل عملکرد الکتریکی، عملکرد مکانیکی، عملکرد ایمنی و انطباق با محیط تحت آزمون‌های جامع قرار گرفته است. طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه، ساختار سیلندر فشاری با پیستون نوع T و نوک‌های PTFE تقویت شده با فیبر کربن همه تحت بازبینی و تأیید دقیق قرار گرفته‌اند.

به عنوان مثال، در آزمون‌های عملکرد الکتریکی، عملکرد تقسیم ولتاژ سیستم دوگانه، توانایی خاموش کردن قوس شیر قطع کننده در جریان‌های خرابی مختلف و مشخصات بازیابی دی الکتریکی همه معیارهای استانداردهای نیجریه را برآورده کرده یا فراتر رفته‌اند. در آزمون‌های عملکرد مکانیکی، قدرت و دوام ساختار پیستون نوع T و همچنین قابلیت اطمینان عملکرد مکانیکی شیر قطع کننده نیز به طور کامل تأیید شده‌اند.

کسب موفق گواهینامه SONCAP نه تنها کیفیت و قابلیت اطمینان بالای سیستم خاموش کننده قوس شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 را تأیید می‌کند بلکه تضمین قوی‌ای برای کاربرد گسترده آن در شبکه برق نیجریه فراهم می‌کند.

کاربرد در شبکه برق نیجریه

شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 با این سیستم خاموش کننده قوس پیشرفته موفق به کاربرد در چندین پروژه کلیدی انتقال برق در نیجریه شده است. در این پروژه‌ها، شیرهای قطع کننده عملکرد بسیار خوبی نشان داده‌اند.

در طی عملیات، طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه به طور موثر با چندین خطا کوتاه زنجیره مقابله کرده و بازیابی سریع خرابی‌ها را تضمین کرده و تأثیر آن بر شبکه برق را به حداقل رسانده است. ساختار سیلندر فشاری با پیستون نوع T به طور پایدار جریان گاز SF6 با سرعت بالا تولید کرده و شیرهای قطع کننده را قادر ساخته تا وظیفه خاموش کردن قوس را در زمان کوتاهی به پایان برسانند. نوک‌های PTFE تقویت شده با فیبر کربن نیز عملکرد خوبی داشته‌اند و حتی پس از عملیات متعددی، فرسایش یا آسیب قابل توجهی نداشته‌اند.

با وجود عملکرد قابل اعتماد این شیرهای قطع کننده، قابلیت اطمینان و ثبات شبکه برق نیجریه به طور قابل توجهی افزایش یافته است. قطع برق ناشی از خرابی شیرهای قطع کننده به طور قابل توجهی کاهش یافته و تأمین برق پایدارتری برای تولید صنعتی و زندگی روزمره مردم نیجریه فراهم شده است. همزمان، عمر مفید طولانی و نیاز کمتر به نگهداری این شیرهای قطع کننده هزینه‌های عملیاتی و نگهداری بخش برق محلی را نیز کاهش داده که اهمیت بسیاری برای توسعه پایدار صنعت برق نیجریه دارد.

نتیجه‌گیری

طراحی سیستم خاموش کننده قوس شیر قطع کننده ۲۵۲kV خزان مرده SF6 توسط ABB با طراحی سری‌سازی شکستن دوگانه، ساختار سیلندر فشاری با پیستون نوع T و نوک‌های PTFE تقویت شده با فیبر کربن، راه حلی عالی برای انتقال برق بالاتنش در نیجریه فراهم می‌کند. کسب گواهینامه SONCAP همخوانی آن با استانداردهای محلی را تضمین می‌کند و کاربرد موفق آن در شبکه برق نیجریه قابلیت اطمینان و عملکرد بسیار خوب آن را تأیید می‌کند. این مورد طراحی نه تنها نیازهای فعلی توسعه شبکه برق نیجریه را برآورده می‌کند بلکه تجربه و مرجع ارزشمندی برای طراحی و کاربرد شیرهای قطع کننده بالاتنش مشابه در مناطق دیگر فراهم می‌کند. در آینده، ABB این تکنولوژی را به طور مداوم بهبود و بهینه‌سازی خواهد کرد تا بیشتر به توسعه صنعت برق جهانی کمک کند.