Väikesesooliste piirkondade tankokirvutite paigaldamisel tekkiva gaasi vedelustamise probleemi arutelu

Sulfiidi heksafluoriidi (SF₆) lülitite ja gaasi vedelikuks muutumise probleemide tehniline selgitus

SF₆ lülitid, mis kasutavad sulfiidi heksafluoriidi gaasi – tuntud oma suurepärase kaarekatkestuse ja eristamisomaduste poolest – kaarekatkestusaineena, on laialdaselt kasutuses elektrivõrkudes. Need lülitid sobivad sagedaste toimingute ja kiire katkestuse nõudmistega olukordades. Hiinas kasutatakse SF₆ lülitite peamiselt 110kV ja kõrgemates pingetasandites. Kuid tõenäoliselt SF₆ gaasi füüsika tõttu võib see teatud temperatuuri- ja rõhutingimustes vedelikuks muutuda, mis vähendab SF₆ gaasi tihedust lülitite säili. Kui tihedus langeb teatud tasemeni, siis lülitik aktiveerib kaitsekloenda. Hiina mõnes piirkonnas, näiteks Inner Mongolia, Põhja-Kiina, Xinjiang ja Tiibet, kus talvel keskkonna temperatuur võib jõuda -30°C või isegi madalamale, esineb SF₆ gaasi vedelikuks muutumise põhjustatud kaitsekloendeid sagedasti.

SF₆ gaasi vedelikuks muutumise lühikokkuvõte

SF₆ gaasil on äärmiselt kõrge keemiline stabiilsus. See on normaalsete temperatuuri- ja rõhutingimustes värvitu, mittekuulus, maitsetu ja süttimatu gaas, millel on suurepärased eristamis- ja kaarekatkestuse omadused.

Gaasi kriitiline temperatuur viitab kõrimatele temperatuurile, milles gaas saab vedelikuks muutuda. Kui temperatuur on kõrgem kui see väärtus, ei saa gaasi vedelikuks muuta, olenemata sellest, kui suur rõhu rakendatakse.

"Püsigaasid" nagu hapnik, lämmastik, vesinik ja heelium, mille kriitilised temperatuurid on allpool -100°C, ei pea vedelikuks muutmist silmas pidama normaalsetes keskkondlikutes tingimustes. SF₆ gaas on teine, tema kriitiline temperatuur on 45.6°C. See võib hoolda konstantset gaasisest olekut ainult üle 45.6°C temperatuurile. Normaalsetes keskkondlikutes tingimustes saab see vedelikuks muutuda, kui välisrõhule jõutakse teatud tasemeni. Seetõttu tuleb SF₆ gaasiga täidetud seadmete puhul arvesse võtta gaasi vedelikuks muutumise probleemi.

SF₆ gaasi olekuparametri kõver on näha Joonisel 1. Konstantse tiheduse ρ korral väheneb gaasi rõhk vastavalt temperatuuri laskumisele. Kui temperatuur laseb järsult sellele tihedusele vastava vedelikuks muutumise punktile A, hakkab gaas vedelikuks muutuma ja tihedus väheneb.

Teadmise tegelik olukord

Ximeng'is asuvateks muundajateks mõeldud töökoht asub Chaoke Wula Sumus, Xilinhot linnas, Xilingol liigis, Inner Mongolia autonoomses piirkonnas. Selle kõrgus merepinnast on 914 meetrit ja laius 44.2°, soojendusaeg on kuni seitse kuud, mille tõttu see klassifitseeritakse Hiina hooletult külmaks piirkonnaks. AC filtrite aias on paigaldatud 20 Hangzhou Siemensi valmistatud 3AP3 DT tüübi tank-lülitit, mille nimiajaminev pingetase on 550 kV. Nendel lülititel on installitud tiheduse releed, mis sisaldavad temperatuuri-kompenseerimisfunktsiooni, ja nende näitajad näitavad gaasi tiheduse muutust, mitte rõhuga seotud muutusi. Lülitite peamised parameetrid on näidatud Tabelis 1.

Paigaldamisprotsessi käigus toodi gaas täpselt valmistaja poolt antud parameetrite järgi. Nominaalne gaasi täitmise rõhk oli seatud 0.8 MPa, häirerežiimi rõhk 0.72 MPa ja lukustamisrõhk 0.7 MPa (manomeetri näit 20°C). SF₆ gaasi olekuparametri kõver on näha Joonisel 2. Kui säili on hästi tiheit ja gaasi ei leku, siis gaas säilis vedelikuks muutub, kui temperatuur langeb -18°C-ni; häire aktiveeritakse, kui temperatuur jõuab -21°C-ni; ja lülitik lukustatakse, kui temperatuur langeb -22°C-ni. Teadmise tegeline olukord on näha Joonisel 3.

Tegelik olukord paigal on kooskõlas olekuparametri kõveralt saadud tulemustega.

 Paigaldusmaterjalide saatmise ja seadmete paigaldamise edenemise alusel lõpetati tank-lülitite paigaldamine, vakuumpanek ja gaasi täitmine novembri lõpus. Seadmete üleminekuproovid ja sisseseadmine keskendus detsembri esimesele kümnendile. Sel ajal oli keskkonna temperatuur langenud alla -22°C, ja kõik paigaldatud lülitid lukustati, mis takistas lülititööriistade üleminekuproovide tavapärast läbiviimist ja mõjutas kogu töökohta ehitamise aegplaneeringut.

Lahendused

Arvestades eelnimetatud lukustamispõhimõtet, on pakutud järgmisi lahendusi:

Gaasi täitmise koguse vähendamine

SF₆ gaasi parameetrikarakteristikute kõverast nähtub, et kui säili sees olev gaasi täitmise kogus väheneb, siis gaasi vedelikuks muutumise temperatuur laseb, ja vastavalt laseb ka lukustamiste temperatuur. Näiteks, kui nominaalne gaasi täitmise rõhk muudetakse 0.56 MPa, siis vedelikuks muutumise temperatuur on -28°C, ja lukustamiste temperatuur on -32°C. Sellisel juhul on vedelikuks muutumise temperatuur madalam kui keskkonna temperatuur, ja lukustamispõhimõtet ei tekita. Kuid pärast gaasi täitmise koguse vähendamist laskub lülitite kaarekatkestus- ja eristamisomadused. Selliste muudatuste, mis mõjutavad seadme lõppolekut ja performantset, tuleb enne rakendamist uurida ja näidata lõplikult disainijuhi ja tootja poolt.

Kui seadme lõppolekut ei muuteta, st gaasi täitmise kogus vähendatakse kindlale väärtusele (nagu 0.6 MPa) enne üleminekuproovi ja täidetakse uuesti nominaalse väärtuseni pärast proovi ja sisseseadmist. See meetod näib võimalik, kuid tegelikult ei ole see nii. Esiteks, pärast gaasi täitmise koguse vähendamist halvenevad lülitite eristamisomadused. Täpsete näitajate puudumisel on võimalik, et lülitite katkestus võib pruugida läbitõmmiskatsete käigus. Teiseks, isegi kui katsetus läheb õnnestumatult, ei ole katsetustulemusi viitetähtsust. Seadme üleminekuproov on tootja tootmis- ja paigaldaja paigalduskvaliteedi kontroll, ja see peaks toimuma pärast seadme täielikku paigaldamist. Ja gaasi täitmine on selgelt seadme paigaldamise osa.

Segagaasi kasutamine

Hetkel on kodumaal ja väljaspool seda praktika, et vedelikuks muutumise temperatuuri vähendatakse segagaasi abil, kus SF₆-gaasi segatakse teisi gaase (nagu CF₄, CO₂ ja N₂). Kuid segagaasi eristamis- ja kaarekatkestusomadused ei jõua puhtasse SF₆-gaasi tasemele. Samas täitmise rõhul on segagaasiga täidetud lülitite võimevõrdne elektriülekande kapasitus umbes 20% madalam, kui puhtasse SF₆-gaasi täidetud lülititega. Kui sama eristamisomadust tahetakse saavutada, peab segagaasi täitmise rõhul olema kõrgem kui puhtasse SF₆-gaasi täidetud lülititega.

Võttes SF₆/N₂ segagaasi näiteks, võib kasutada järgmist arvutusvalemite:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Valemis on Pm segagaasi täitmise rõhk, mis saavutab sama eristamisomaduse, P_SF6 puhtasse SF₆-gaasi täitmise rõhk, ja x% SF₆-gaasi protsentseg segagaasis. Välja arvatud valemi, 20% SF₆-gaasi sisaldava SF₆/N₂ segagaasi puhul on vaja umbes 1.4 korda rohkem täitmise rõhku kui puhtasse SF₆-gaasi täidetud lülititega. Paigal oleva lülitiku puhul tuleb täitmise rõhk saavutada 1.12 MPa, mis tekitab uusi nõudeid lülitiku struktuurile.

Soojendusseadmete paigaldamine

Peamiseks väliseks teguriks, mis põhjustab SF₆-gaasi vedelikuks muutumist, on keskkonna temperatuur, mis on madalam kui selle vedelikuks muutumise temperatuur. Kui säili ümber paigaldatakse jälgijäätmet, et soojendada säilit ja tõsta selle temperatuuri, siis saab vedelikuks muutumise probleemi lahendada.

Hangzhou Siemensi tank-lülitid kasutavad Šveitsi trafag tiheduse rellee, mis on varustatud temperatuuri-kompenseerimisfunktsiooniga, ja nende näitajad näitavad gaasi tiheduse muutust, mitte rõhuga seotud muutusi. Selle tiheduse rellee näitamise printsiip on jälgida gaasi tihedust, võrreldes lülitite säili sees oleva gaasi ja tiheduse rellee kandvat standardgaasi rõhukaarti. Joonisel 7 näha, kui keskkonna temperatuur muutub üle vedelikuks muutumise temperatuuri, muutuvad mõlemas gaasis ruumides olevad rõhud samal ajal, rõhukaart on null, venituspilk ei toimu, ja näitaja viisakas ei liigu; kui säili sees olev gaas vedelikuks muutub või lekke tekitab, siis standardgaasi rõhk suureneb suhteliselt, venituspilk toimib, põhjustades näitaja viisaka liikumist.

Kui keskkonna temperatuur laseb vedelikuks muutumise temperatuurile, aktiveeritakse jälgijäätmet, ja säili temperatuur tõuseb vastavalt. See loob temperatuuri-erinevuse säili sees oleva ja venituspilki sees oleva gaasi vahel, mis põhjustab näitaja viisaka deviatsiooni, takistes sellest, et see täpselt näitaks gaasi tegelikku seisundit säili sees.

Järeldus

Selles artiklis antakse lühikokkuvõte SF₆-gaasi vedelikuks muutumise protsessist. Ximeng'is asuvateks muundajateks mõeldud töökohta AC filtreerimise aias asuvate tank-lülitite paigaldamise käigus ilmnenud SF₆-gaasi vedelikuks muutumise probleemi puhul on esitatud kolm lahendust ja neid on arutatud: gaasi täitmise koguse vähendamine, segagaasi asendamine ja soojendusseadmete lisamine. Analüüsi ja võrdluse kaudu avastati, et nii gaasi täitmise koguse vähendamine kui ka segagaasi asendamine mõjutaksid gaasi eristamis- ja kaarekatkestusomadusi, seega need ei ole sobivad. Jälgijäätme kasutamine, et soojendada säilit ja vältida gaasi vedelikuks muutumist, kuigi see põhjustab mõnda vea näitaja näituses, tagab seadme üleminekuproovide sileda läbiviimise, seega on see sobivam lahendus.