Thiết kế và Ví dụ Ứng dụng của Hệ thống Buồng Chấm Dứt Giảm Sóc cho Máy Cắt SF6 252kV Dead Tank

Giới thiệu

Trong những năm gần đây, nhu cầu điện của Nigeria đã tăng lên cùng với sự phát triển kinh tế và xã hội. Một hệ thống truyền tải điện ổn định và đáng tin cậy là rất quan trọng cho sự phát triển này. Các đường dây truyền tải điện cao áp 252kV đóng vai trò quan trọng trong lưới điện của Nigeria, và hiệu suất của các thiết bị cắt mạch trực tiếp ảnh hưởng đến an toàn và ổn định của các đường dây này. ABB, như một nhà sản xuất thiết bị điện hàng đầu thế giới, đã phát triển một thiết bị cắt mạch SF6 252kV với hệ thống buồng dập hồ quang tiên tiến, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu cụ thể của lưới điện Nigeria và đã nhận được chứng nhận SONCAP, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn địa phương.

Thiết kế Hệ thống Buồng Dập Hồ Quang
Thiết Kế Dập Hồ Quang Loạt Đôi

Buồng dập hồ quang của thiết bị cắt mạch SF6 252kV sử dụng thiết kế loạt đôi. Trong thiết kế này, hai bộ ngắt được kết nối theo chuỗi, và mỗi bộ ngắt được thiết kế để chịu khoảng 50% tổng điện áp, tức là 126kV. Cách tiếp cận sáng tạo này giảm đáng kể áp lực phục hồi điện môi trên một điểm ngắt.

Khi xảy ra lỗi ngắn mạch trong lưới điện, một hồ quang dòng lớn được tạo ra trong thiết bị cắt mạch. Trong thiết bị cắt mạch đơn truyền thống, toàn bộ điện áp 252kV cần được chịu bởi một bộ ngắt trong quá trình dập hồ quang, điều này gây áp lực lớn lên việc phục hồi điện môi của bộ ngắt. Tuy nhiên, trong thiết kế loạt đôi, điện áp được chia sẻ giữa hai bộ ngắt. Điều này không chỉ giảm áp lực điện lên mỗi bộ ngắt mà còn rút ngắn thời gian cần thiết để phục hồi điện môi. Kết quả là, hiệu quả dập hồ quang được cải thiện, và rủi ro tái đốt hồ quang sau khi dập được giảm đáng kể.

Để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống loạt đôi, ABB cũng đã phát triển một bộ công nghệ kiểm soát chia điện áp chính xác. Các tụ điện song song đặc biệt được lắp đặt ở cả hai đầu của mỗi bộ ngắt. Những tụ điện này được hiệu chỉnh cẩn thận để đảm bảo rằng phân phối điện áp giữa hai bộ ngắt được cân bằng nhất có thể, ngay cả trong các tình huống lỗi tạm thời phức tạp. Cơ chế chia điện áp này càng làm tăng thêm độ tin cậy của hệ thống buồng dập hồ quang.

Cấu trúc Xi lanh Áp suất Piston Hình T

Xi lanh áp suất trong hệ thống buồng dập hồ quang được thiết kế với cấu trúc piston hình T, là thành phần chính để tạo ra dòng khí SF6 tốc độ cao. Khi thiết bị cắt mạch nhận lệnh mở, piston hình T bắt đầu di chuyển. Trong quá trình mở, piston nén khí SF6 trong xi lanh đến áp suất 1,2MPa.

Quá trình nén này được kiểm soát chính xác để đảm bảo rằng dòng khí tốc độ cao 600m/s có thể được tạo ra. Dòng khí SF6 tốc độ cao đóng vai trò quan trọng trong quá trình dập hồ quang. Khi hồ quang được tạo ra, dòng khí tốc độ cao có thể làm mát nhanh hồ quang plasma, giảm nhiệt độ hồ quang, và loại bỏ các hạt ion hóa trong kênh hồ quang. Bằng cách đó, nó thúc đẩy quá trình phục hồi sức mạnh điện môi trong khe dập hồ quang, giúp thiết bị cắt mạch nhanh chóng cắt đứt dòng điện lỗi và hoàn thành nhiệm vụ dập hồ quang.

Cấu trúc piston hình T cũng có ưu điểm về cấu trúc đơn giản, độ bền cơ học cao, và khả năng kín tốt. Cấu trúc đơn giản thuận lợi cho việc chế tạo và bảo dưỡng xi lanh áp suất, trong khi độ bền cơ học cao đảm bảo rằng piston có thể chịu được áp lực và vận tốc cao trong quá trình hoạt động. Khả năng kín tốt của xi lanh áp suất đảm bảo rằng khí SF6 sẽ không bị rò rỉ, duy trì hoạt động bình thường của thiết bị cắt mạch và đảm bảo an toàn cho lưới điện.

Ống Phun Cường Hóa Sợi Carbon PTFE

Ống phun là một phần quan trọng của buồng dập hồ quang, và hiệu suất vật liệu của nó直接影响了断路器的使用寿命和灭弧性能。ABB为252kV罐式SF6断路器的灭弧室选择了PTFE增强碳纤维作为喷嘴材料。 PTFE增强碳纤维具有优异的耐高温、耐磨和强抗电弧侵蚀性能。在灭弧过程中，电弧区域的温度可以达到极高值，通常超过10,000°C。PTFE增强碳纤维的耐高温性能使喷嘴在这种恶劣条件下仍能保持结构完整性和性能稳定性。 在抗电弧侵蚀方面，这种材料可以承受至少2000次满容量开断（50kA），大大延长了断路器的维护周期。与传统喷嘴材料相比，PTFE增强碳纤维喷嘴的使用寿命更长，减少了设备维护和更换的频率，从而降低了电网的整体运维成本。 **SONCAP认证与合规性** 为了进入尼日利亚市场，ABB开发的252kV罐式SF6断路器灭弧室系统成功通过了SONCAP认证流程。SONCAP认证是尼日利亚标准组织实施的一项严格评估计划，以确保进口电气产品符合当地的安全、健康和环保标准。 在认证过程中，ABB的产品经历了包括电气性能、机械性能、安全性能和环境适应性等多方面的全面测试。双断口串联灭弧设计、T型活塞压力缸结构和PTFE增强碳纤维喷嘴都经受住了严格的审查和验证。 例如，在电气性能测试中，双断口系统的分压性能、断路器在不同故障电流下的灭弧能力以及介质恢复特性均满足或超过了尼日利亚标准的要求。在机械性能测试中，T型活塞结构的强度和耐久性以及断路器机械操作的可靠性也得到了充分认可。 成功获得SONCAP认证不仅证明了ABB 252kV罐式SF6断路器灭弧室系统的高质量和可靠性，也为它在尼日利亚电网中的广泛应用提供了坚实保障。 **在尼日利亚电网中的应用** 这款先进的灭弧室系统的252kV罐式SF6断路器已在尼日利亚的几个关键输电项目中成功应用。在这些项目中，断路器表现出色。 在运行过程中，双断口串联灭弧设计有效应对了多次短路故障，确保了快速隔离故障，并将对电网的影响降到最低。T型活塞压力缸结构稳定地产生了高速SF6气流，使断路器能够在短时间内完成灭弧任务。PTFE增强碳纤维喷嘴也保持了良好的性能，即使经过多次操作也没有出现显著的侵蚀或损坏。 得益于这些断路器的可靠运行，尼日利亚电网的可靠性和稳定性得到了显著提高。由于断路器故障导致的停电大大减少，为尼日利亚的工业生产和人民日常生活提供了更加稳定的电力供应。同时，断路器的长寿命和低维护要求也降低了当地电力部门的运维成本，这对尼日利亚电力行业的可持续发展具有重要意义。 **结论** ABB设计的252kV罐式SF6断路器灭弧室系统，以其创新的双断口串联灭弧、T型活塞压力缸结构和PTFE增强碳纤维喷嘴，为尼日利亚高压输电提供了卓越的解决方案。获得SONCAP认证确保其符合当地标准，其在尼日利亚电网中的成功应用验证了其高可靠性和卓越性能。这一设计案例不仅满足了尼日利亚当前电网发展的需求，也为其他地区类似高压断路器的设计和应用提供了宝贵的经验和参考。未来，ABB将继续优化和完善这项技术，为全球电力行业的发展做出更多贡献。