طراحی و مورد استفاده سیستم دهلیز خاموش کننده قوس برق در یاتاقان SF6 با ولتاژ 252kV

مقدمه

در سال‌های اخیر، نیاز به برق در نیجریه با توسعه اقتصاد و جامعه آن افزایش یافته است. یک سیستم انتقال قدرت پایدار و مطمئن برای توسعه آن ضروری است. خطوط انتقال بالاتنسل ۲۵۲ کیلوولت نقش مهمی در شبکه برق نیجریه دارند و عملکرد شیرها (سریبرکرها) مستقیماً بر ایمنی و پایداری این خطوط تأثیر می‌گذارد. ABB به عنوان یک تولیدکننده رهبر جهانی تجهیزات الکتریکی، یک سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 با یک سیستم خاموش‌کننده قوس پیشرفته طراحی کرده است که برای پاسخ به نیازهای خاص شبکه برق نیجریه طراحی شده و مجوز SONCAP را کسب کرده تا مطابقت آن با استانداردهای محلی تضمین شود.

طراحی سیستم خاموش‌کننده قوس
طراحی دوسری با قوس خاموش‌کننده سری

ظرف خاموش‌کننده قوس سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 از یک طراحی دوسری با قوس خاموش‌کننده سری استفاده می‌کند. در این طراحی، دو مدار قطع‌کننده به صورت سری به هم متصل شده‌اند و هر مدار قطع‌کننده طراحی شده تا حدود ۵۰٪ از ولتاژ کل، یعنی ۱۲۶ کیلوولت، تحمل کند. این رویکرد نوآورانه فشار بازیابی دی‌الکتریک بر روی یک قطع‌کننده را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

وقتی که یک خطای کوتاه‌مداری در شبکه برق رخ می‌دهد، یک قوس جریان زیاد در سریبرکر ایجاد می‌شود. در سریبرکرهای تکسری سنتی، تمام ولتاژ ۲۵۲ کیلوولت باید توسط یک مدار قطع‌کننده در فرآیند خاموش کردن قوس تحمل شود که این موجب فشار بسیار زیاد بر بازیابی دی‌الکتریک مدار قطع‌کننده می‌شود. اما در طراحی دوسری با قوس خاموش‌کننده سری، ولتاژ بین دو مدار قطع‌کننده تقسیم می‌شود. این کار نه تنها فشار الکتریکی روی هر مدار قطع‌کننده را کاهش می‌دهد بلکه زمان مورد نیاز برای بازیابی دی‌الکتریک را نیز کوتاه می‌کند. در نتیجه، کارایی خاموش کردن قوس افزایش می‌یابد و خطر دوباره روشن شدن قوس بعد از خاموش شدن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

برای تضمین عملکرد پایدار سیستم دوسری، ABB نیز یک مجموعه از تکنولوژی‌های کنترل دقیق تقسیم ولتاژ توسعه داده است. خازنهای موازی خاص در دو سر هر مدار قطع‌کننده نصب شده‌اند. این خازنهای موازی به دقت تنظیم شده‌اند تا حتی در شرایط ناهماهنگی گذرا، توزیع ولتاژ بین دو مدار قطع‌کننده به طور متعادل ممکن است. این مکانیزم تقسیم ولتاژ قابلیت اطمینان سیستم خاموش‌کننده قوس را بیشتر می‌کند.

ساختار سیلندر فشاری با پیستون T-نوع

سیلندر فشاری در سیستم خاموش‌کننده قوس با یک ساختار پیستون T-نوع طراحی شده که جزء کلیدی برای ایجاد جریان گاز SF6 با سرعت بالا است. وقتی که سریبرکر دستور قطع دریافت می‌کند، پیستون T-نوع شروع به حرکت می‌کند. در فرآیند باز شدن، پیستون گاز SF6 در سیلندر را به فشار ۱.۲MPa فشرده می‌کند.

این فرآیند فشرده‌سازی به طور دقیق کنترل می‌شود تا اطمینان حاصل شود که می‌توان جریان گاز با سرعت ۶۰۰m/s ایجاد کرد. جریان گاز با سرعت بالا نقش حیاتی در فرآیند خاموش کردن قوس دارد. وقتی که قوس ایجاد می‌شود، جریان گاز با سرعت بالا می‌تواند به سرعت پلاسمای قوس را خنک کند، دمای قوس را کاهش دهد و ذرات یونیزه شده در کانال قوس را حذف کند. این کار باعث می‌شود که فرآیند بازیابی مقاومت دی‌الکتریک در فاصله خاموش کننده قوس تسریع شود و سریبرکر بتواند به سرعت جریان خطای را قطع کرده و وظیفه خاموش کردن قوس را انجام دهد.

ساختار پیستون T-نوع همچنین مزایای ساختار ساده، قدرت مکانیکی بالا و عملکرد خوب بسته‌بندی را دارد. ساختار ساده مساعد برای تولید و نگهداری سیلندر فشاری است، در حالی که قدرت مکانیکی بالا تضمین می‌کند که پیستون می‌تواند حرکت با فشار و سرعت بالا در طول عملیات را تحمل کند. عملکرد خوب بسته‌بندی سیلندر فشاری تضمین می‌کند که گاز SF6 لیک نخواهد کرد و عملکرد عادی سریبرکر حفظ می‌شود و ایمنی شبکه برق تضمین می‌شود.

نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE

نوک یک بخش مهم از ظرف خاموش‌کننده قوس است و عملکرد مواد آن مستقیماً بر طول عمر و عملکرد خاموش کردن قوس سریبرکر تأثیر می‌گذارد. ABB مواد تقویت شده با فیبر کربن PTFE را برای نوک‌های ظرف خاموش‌کننده قوس سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 انتخاب کرده است.

مواد تقویت شده با فیبر کربن PTFE ویژگی‌های برجسته‌ای مانند مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت قوی در برابر فرسایش قوس دارد. در طول فرآیند خاموش کردن قوس، دمای منطقه قوس می‌تواند به مقادیر بسیار بالا مانند بیش از ۱۰,۰۰۰ درجه سانتیگراد برسد. مقاومت در برابر دمای بالای مواد تقویت شده با فیبر کربن PTFE امکان می‌دهد که نوک در شرایط سخت چنینی ساختار و عملکرد پایدار 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 طول دوره نگهداری سریبرکر را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نسبت به مواد نوک سنتی، نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE طول عمر طولانی‌تری دارند که فرکانس نگهداری و تعویض تجهیزات را کاهش می‌دهد و در نتیجه هزینه‌های کلی عملیات و نگهداری شبکه برق را کاهش می‌دهد.

گواهی SONCAP و مطابقت

برای ورود به بازار نیجریه، سیستم ظرف خاموش‌کننده قوس سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 که توسط ABB توسعه یافته است، موفق به گذر از فرآیند گواهی SONCAP شده است. گواهی SONCAP یک برنامه ارزیابی دقیق است که توسط سازمان استانداردهای نیجریه اجرا می‌شود تا اطمینان حاصل شود که محصولات الکتریکی وارداتی با استانداردهای محلی ایمنی، بهداشت و حفاظت از محیط زیست مطابقت دارند.

در طول فرآیند گواهی، محصول ABB آزمون‌های جامع در جنبه‌های مختلفی شامل عملکرد الکتریکی، عملکرد مکانیکی، عملکرد ایمنی و انطباق با محیط انجام داده است. طراحی دوسری با قوس خاموش‌کننده سری، ساختار سیلندر فشاری با پیستون T-نوع و نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE همه تحت بررسی و تأیید دقیق قرار گرفته‌اند.

به عنوان مثال، در آزمون‌های عملکرد الکتریکی، عملکرد تقسیم ولتاژ سیستم دوسری، توانایی خاموش کردن قوس سریبرکر در جریان‌های خطا مختلف و ویژگی‌های بازیابی دی‌الکتریک همه مطابق یا بیشتر از استانداردهای نیجریه بوده‌اند. در آزمون‌های عملکرد مکانیکی، قدرت و دوام ساختار پیستون T-نوع و همچنین قابلیت اطمینان عملکرد مکانیکی سریبرکر نیز به طور کامل تأیید شده‌اند.

کسب موفق گواهی SONCAP نه تنها کیفیت و قابلیت اطمینان بالای سیستم ظرف خاموش‌کننده قوس سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 توسط ABB را ثابت می‌کند بلکه تضمین محکمی برای کاربرد گسترده آن در شبکه برق نیجریه فراهم می‌کند.

کاربرد در شبکه برق نیجریه

سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 با این سیستم خاموش‌کننده قوس پیشرفته با موفقیت در چندین پروژه کلیدی انتقال قدرت در نیجریه استفاده شده است. در این پروژه‌ها، سریبرکرهای مذکور عملکرد بسیار خوبی نشان داده‌اند.

در طول عملیات، طراحی دوسری با قوس خاموش‌کننده سری به طور مؤثر با چندین خطای کوتاه‌مداری مقابله کرده و جدا کردن سریع خطاها و کاهش تأثیر بر شبکه برق را تضمین کرده است. ساختار سیلندر فشاری با پیستون T-نوع به طور پایدار جریان گاز SF6 با سرعت بالا را تولید کرده و سریبرکرهای مذکور توانسته‌اند وظیفه خاموش کردن قوس را در زمان کوتاهی انجام دهند. نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE نیز عملکرد خوبی داشته‌اند و حتی پس از عملیات متعدد، فرسایش یا آسیب قابل توجهی نشان نداده‌اند.

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

نتیجه‌گیری

طراحی سیستم ظرف خاموش‌کننده قوس سریبرکر ۲۵۲ کیلوولت با ظرف حاوی SF6 توسط ABB با طراحی نوآورانه دوسری با قوس خاموش‌کننده سری، ساختار سیلندر فشاری با پیستون T-نوع و نوک‌های تقویت شده با فیبر کربن PTFE، راه‌حل بسیار خوبی برای انتقال قدرت بالاتنسل در نیجریه ارائه می‌دهد. کسب گواهی SONCAP تضمین می‌کند که آن مطابق با استانداردهای محلی است و کاربرد موفق آن در شبکه برق نیجریه قابلیت اطمینان و عملکرد بسیار خوب آن را تأیید کرده است. این مطالعه طراحی نه تنها نیازهای فعلی توسعه شبکه برق نیجریه را برآورده می‌کند بلکه تجربه و مرجع بسیار ارزشمندی برای طراحی و کاربرد سریبرکرهای بالاتنسل مشابه در مناطق دیگر فراهم می‌کند. در آینده، ABB این تکنولوژی را به طور مداوم بهینه‌سازی و بهبود خواهد داد تا به توسعه صنعت برق جهانی بیشتر کمک کند.