Συζήτηση για το Πρόβλημα της Χυμαίωσης του Αερίου κατά την Εγκατάσταση Σταδιακών Διαχωριστών σε Περιοχές με Πολύ Κρύο Κλίμα

Τεχνική Εξήγηση των Διαχωριστών Κύκλου με Συνθετικό Αέριο SF₆ και Προκλήσεις Τροποποίησης σε Υγρό

Οι διαχωριστές κύκλου SF₆, οι οποίοι χρησιμοποιούν το συνθετικό αέριο SF₆ για την εξάλειψη του φωτιστικού τόξου, είναι ευρέως εφαρμοσμένοι στα συστήματα παροχής ρεύματος. Αυτοί οι διαχωριστές είναι κατάλληλοι για συχνές λειτουργίες και περιβάλλοντα που απαιτούν ταχεία διακοπή. Στην Κίνα, οι διαχωριστές κύκλου SF₆ χρησιμοποιούνται βασικά για επίπεδα τάσης 110kV και άνω. Ωστόσο, λόγω των φυσικών ιδιοτήτων του αερίου SF₆, αυτό μπορεί να τροποποιηθεί σε υγρό υπό συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, προκαλώντας μείωση της πυκνότητας του αερίου SF₆ στο δεξαμενόπουλο του διαχωριστή. Όταν η πυκνότητα μειωθεί κάτω από ένα συγκεκριμένο επίπεδο, ο διαχωριστής ενεργοποιεί μια προστασία που προκαλεί κλείδωμα. Σε ορισμένες περιοχές της Κίνας, όπως η Μεσόγεια Μογγολία, η Βορειοανατολική Κίνα, η Ξιντζιάνγκ και η Τιμπέτ, όπου η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μπορεί να φθάσει τα -30°C ή ακόμη και χαμηλότερα κατά τη διάρκεια του χειμώνα, το φαινόμενο του κλειδώματος λόγω της τροποποίησης του αερίου SF₆ σε υγρό συμβαίνει συχνά.

Σύντομη Περιγραφή της Τροποποίησης του Αερίου SF₆ σε Υγρό

Το αέριο SF₆ έχει εξαιρετικά υψηλή χημική σταθερότητα. Είναι άσπρο, άνοσμο, άγευστο και μη φλέγμονο αέριο σε κανονικές θερμοκρασίες και πιέσεις, με εξαιρετικές ιδιότητες απομόνωσης και εξάλειψης του φωτιστικού τόξου.

Η κρίσιμη θερμοκρασία ενός αερίου αναφέρεται στην υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία το αέριο μπορεί να τροποποιηθεί σε υγρό. Όταν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη από αυτή την τιμή, το αέριο δεν μπορεί να τροποποιηθεί σε υγρό, ανεξάρτητα από την εφαρμοσμένη πίεση.

Για "μόνιμα αέρια" όπως το οξυγόνο, το αζώτο, το υδρογόνο και το ηλίου, οι κρίσιμες θερμοκρασίες είναι κάτω από -100°C, οπότε η τροποποίηση σε υγρό δεν χρειάζεται να λαμβάνεται υπόψη σε περιβαλλοντικές θερμοκρασίες. Το αέριο SF₆ είναι διαφορετικό, η κρίσιμη θερμοκρασία του είναι 45.6°C. Μπορεί να διατηρεί σταθερή αεριούχο κατάσταση μόνο όταν η θερμοκρασία είναι πάνω από 45.6°C. Σε περιβαλλοντικές θερμοκρασίες, μπορεί να τροποποιηθεί σε υγρό όταν η εξωτερική πίεση φθάσει σε συγκεκριμένη τιμή. Έτσι, για τα εξοπλισμού που γεμίζονται με αέριο SF₆, το πρόβλημα της τροποποίησης σε υγρό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη.

Η καμπύλη παραμέτρων κατάστασης του αερίου SF₆ είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 1. Κάτω από συνθήκες σταθερής πυκνότητας ρ, ως η θερμοκρασία μειώνεται, η πίεση του αερίου μειώνεται αντίστοιχα. Όταν η θερμοκρασία μειωθεί στο σημείο τροποποίησης A που αντιστοιχεί σε αυτή την πυκνότητα αερίου, το αέριο αρχίζει να τροποποιείται σε υγρό, και η πυκνότητα του αερίου μειώνεται.

Πραγματική Συνθήκη Στο Τόπο

Η Σταθμός Μετατροπής Ximeng βρίσκεται στο Chaoke Wula Sumu, πόλη Xilinhot, λεγεώνα Xilingol, αυτόνομη περιφέρεια της Μογγολίας. Με υψηλία 914 μέτρα και γεωγραφικό πλάτος 44.2°, έχει περίοδο θέρμανσης έως και επτά μήνες και είναι κατηγοριοποιημένη ως περιοχή σοβαρής κρύας στην Κίνα. Στον χώρο φίλτρων εναλλασσόμενου ρεύματος του σταθμού, έχουν εγκατασταθεί 20 σύνολα διαχωριστών κύκλου 3AP3 DT τύπου δεξαμενόπουλο, κατασκευασμένα από τη Hangzhou Siemens, με ρευστή τάση 550 kV. Αυτοί οι διαχωριστές είναι εξοπλισμένοι με ρελέ πυκνότητας που έχουν λειτουργία επαναπροσαρμογής θερμοκρασίας, και τα ενδείξεις τους αντικατοπτρίζουν την αλλαγή της πυκνότητας του αερίου και όχι την αλλαγή πίεσης. Οι βασικές παραμέτρους των διαχωριστών είναι απεικονισμένες στον Πίνακα 1.

Κατά τη διάρκεια της εγκατάστασης, η φόρτωση αερίου έγινε αυστηρά σύμφωνα με τις παραμέτρους που παρείχε ο κατασκευαστής. Η ρυθμισμένη πίεση φόρτωσης αερίου έχει οριστεί σε 0.8 MPa, η πίεση προειδοποίησης σε 0.72 MPa, και η πίεση κλειδώματος σε 0.7 MPa (μετρημένη σε 20°C). Η καμπύλη παραμέτρων κατάστασης του αερίου SF₆ είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 2. Όπως φαίνεται από το σχήμα, όταν το δεξαμενόπουλο είναι καλά σφραγισμένο και δεν υπάρχει διάρροια αερίου, το αέριο μέσα στο δεξαμενόπουλο θα τροποποιηθεί σε υγρό όταν η θερμοκρασία μειωθεί στα -18°C, θα ενεργοποιηθεί προειδοποίηση όταν η θερμοκρασία φθάσει τα -21°C, και ο διαχωριστής θα κλειδωθεί όταν η θερμοκρασία μειωθεί στα -22°C. Η πραγματική συνθήκη στο τόπο είναι απεικονισμένη στο Σχήμα 3.

Η πραγματική συνθήκη στο τόπο είναι συνεπής με τα αποτελέσματα που αποκτήθηκαν από την καμπύλη παραμέτρων κατάστασης.

 Σύμφωνα με την προμήθεια υλικών στο τόπο και την πρόοδο εγκατάστασης του εξοπλισμού, οι διαχωριστές κύκλου τύπου δεξαμενόπουλο ολοκλήρωσαν την εγκατάσταση, την εξάλειψη του κενού και τη φόρτωση αερίου στα τέλη Νοεμβρίου. Οι δοκιμές παράδοσης εξοπλισμού και η ενεργοποίηση επικεντρώθηκαν στα δέκα πρώτα ημέρες του Δεκεμβρίου. Σε αυτή τη στιγμή, η περιβαλλοντική θερμοκρασία είχε μειωθεί κάτω από -22°C, και όλοι οι εγκαταστημένοι διαχωριστές κύκλου είχαν κλειδωθεί, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η κανονική διεξαγωγή των δοκιμών παράδοσης εξοπλισμού και να επηρεαστούν οι σημεία κατασκευής του σταθμού.

Λύσεις

Ενόψει των παραπάνω φαινομένων κλειδώματος στο τόπο, προτείνονται οι ακόλουθες λύσεις:

Μείωση της Ποσότητας Φόρτωσης Αερίου

Από την καμπύλη χαρακτηριστικών παραμέτρων του αερίου SF₆, φαίνεται ότι όταν η ποσότητα φόρτωσης αερίου μέσα στο δεξαμενόπουλο μειώνεται, η θερμοκρασία τροποποίησης σε υγρό θα μειωθεί, και η αντίστοιχη θερμοκρασία κλειδώματος θα μειωθεί αντίστοιχα. Για παράδειγμα, όταν η ρυθμισμένη πίεση φόρτωσης αερίου προσαρμοστεί σε 0.56 MPa, η θερμοκρασία τροποποίησης σε υγρό είναι -28°C, και η θερμοκρασία κλειδώματος είναι -32°C. Σε αυτή τη στιγμή, η θερμοκρασία τροποποίησης σε υγρό είναι χαμηλότερη από την περιβαλλοντική θερμοκρασία, και δεν θα υπάρξει φαινόμενο κλειδώματος. Ωστόσο, μετά τη μείωση της ποσότητας φόρτωσης αερίου, η δυναμικότητα εξάλειψης του φωτιστικού τόξου και η δυναμικότητα απομόνωσης του διαχωριστή θα μειωθούν. Τέτοιες μέθοδοι που περιλαμβάνουν αλλαγές στην τελική κατάσταση του εξοπλισμού και επηρεάζουν την απόδοσή του πρέπει να μελετηθούν και να επιβεβαιωθούν εξαντλητικά από τη μονάδα σχεδιασμού και τον κατασκευαστή πριν από την εφαρμογή τους.

Εάν η τελική κατάσταση του εξοπλισμού δεν πρέπει να αλλάξει, δηλαδή, η μείωση της ποσότητας φόρτωσης αερίου σε μια συγκεκριμένη τιμή (όπως 0.6 MPa) πριν από τη δοκιμή παράδοσης και η αναπλήρωση της ποσότητας φόρτωσης αερίου στη ρυθμισμένη τιμή μετά την ολοκλήρωση της δοκιμής και της ενεργοποίησης, αυτή η μέθοδος μπορεί να φαίνεται εφικτή, αλλά στην πραγματικότητα δεν είναι. Πρώτον, μετά τη μείωση της ποσότητας φόρτωσης αερίου, η δυναμικότητα απομόνωσης του διαχωριστή χειροτερεύει. Χωρίς ακριβή επιβεβαίωση, υπάρχει η πιθανότητα ο διαχωριστής να περιτριβηθεί κατά τη δοκιμή αντοχής. Δεύτερον, ακόμη και αν η δοκιμή προχωρήσει ομαλά, τα αποτελέσματα της δοκιμής δεν έχουν αξία αναφοράς. Η δοκιμή παράδοσης εξοπλισμού είναι μια εξέταση της ποιότητας παραγωγής του κατασκευαστή και της ποιότητας εγκατάστασης του εγκαταστάτη, και πρέπει να διεξαχθεί μετά την ολοκλήρωση της εγκατάστασης του εξοπλισμού. Και οι διαδικασίες φόρτωσης αερίου είναι σαφώς ένα βήμα της διαδικασίας εγκατάστασης του εξοπλισμού.

Χρήση Συνδυασμένου Αερίου

Επί του παρόντος, είναι κοινή πρακτική στην Κίνα και στο εξωτερικό να μειώνεται η θερμοκρασία τροποποίησης σε υγρό με την εισαγωγή μιας συγκεκριμένης αναλογίας άλλων αερίων (όπως CF₄, CO₂ και N₂) στο αέριο SF₆. Ωστόσο, οι δυναμικότητες απομόνωσης και εξάλειψης του φωτιστικού τόξου του συνδυασμένου αερίου δεν μπορούν να φθάσουν στο επίπεδο του καθαρού αερίου SF₆. Σε ίδια πίεση φόρτωσης, η δυναμικότητα διακοπής ρεύματος ενός διαχωριστή κύκλου με συνδυασμένο αέριο θα είναι περίπου 20% χαμηλότερη από εκείνη ενός διαχωριστή κύκλου με καθαρό αέριο SF₆. Εάν θέλουμε να επιτευχθεί η ίδια δυναμικότητα απομόνωσης, η πίεση φόρτωσης του συνδυασμένου αερίου πρέπει να είναι υψηλότερη από εκείνη του καθαρού αερίου SF₆.

Παίρνοντας ως παράδειγμα το συνδυασμένο αέριο SF₆/N₂, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ακόλουθη σχετική τύπος:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02