Talakayan sa Kagandahang Balat ng Gas Liquefaction sa Pag-install ng Tank Circuit Breakers sa Mga Rehiyon na May Malamig na Klima

Teknikal na Paliwanag ng Sulfur Hexafluoride (SF₆) Circuit Breakers at mga Hamon sa Pag-liquefy ng Gas

Ang mga circuit breaker na gumagamit ng sulfur hexafluoride gas—kilala para sa kanyang mahusay na mga katangian sa pag-quench ng arc at insulasyon—bilang medium para sa pag-extinguish ng arc, ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng enerhiya. Ang mga circuit breaker na ito ay angkop para sa mga operasyon na madalas at mga sitwasyon na nangangailangan ng mabilis na pag-interrupt. Sa Tsina, ang mga SF₆ circuit breaker ay pangunahing ginagamit para sa mga antas ng volt na 110kV at higit pa. Gayunpaman, dahil sa pisikal na katangian ng gas na SF₆, ito maaaring mag-liquefy sa ilang kondisyong temperatura at presyon, na nagdudulot ng pagbaba ng densidad ng gas na SF₆ sa tangki ng circuit breaker. Kapag ang densidad ay bumaba sa isang tiyak na lebel, ang circuit breaker ay magtutrigger ng lockout ng proteksyon. Sa ilang rehiyon ng Tsina, tulad ng Inner Mongolia, Hilagang-silangan, Xinjiang, at Tibet, kung saan ang temperatura ng kapaligiran maaaring umabot sa -30°C o mas mababa pa sa taglamig, ang pag-liquefy ng gas na SF₆ at ang resultang lockout ay nagaganap mula sa oras-oras.

Maikling Paliwanag ng Pag-liquefy ng Gas na SF₆

Ang gas na SF₆ ay may napakataas na kemikal na estabilidad. Ito ay isang walang kulay, walang amoy, walang lasa, at hindi mapuputing gas sa normal na temperatura at presyon, na may mahusay na mga katangian sa insulasyon at pag-quench ng arc.

Ang critical temperature ng isang gas ay tumutukoy sa pinakamataas na temperatura kung saan maaari itong ma-liquefy. Kapag ang temperatura ay mas mataas kaysa sa halagang ito, ang gas ay hindi maaaring ma-liquefy kahit gaano pa kataas ang presyon na inilapat.

Para sa mga "permanent gases" tulad ng oxygen, nitrogen, hydrogen, at helium, ang kanilang mga critical temperatures ay nasa ibaba ng -100°C, kaya ang pag-liquefy ng gas ay hindi kailangang isipin sa temperatura ng kapaligiran. Ang gas na SF₆ ay iba; ang kanyang critical temperature ay 45.6°C. Ito lamang maaaring panatilihin ang isang pantay na anyo ng gas kapag ang temperatura ay nasa itaas ng 45.6°C. Sa temperatura ng kapaligiran, ito maaaring ma-liquefy kapag ang panlabas na presyon ay umabot sa isang tiyak na halaga. Kaya, para sa mga equipment na puno ng gas na SF₆, ang problema ng pag-liquefy ng gas ay kailangang isipin.

Ang state parameter curve ng gas na SF₆ ay ipinapakita sa Figure 1. Sa kondisyong constant gas density ρ, bilang ang temperatura bumaba, ang presyon ng gas ay bumababa rin. Kapag ang temperatura bumaba hanggang sa liquefaction point A na nagsasang-ugnay sa gas density na ito, ang gas ay simula nang ma-liquefy, at ang densidad ng gas ay bumababa.

Aktwal na Sitwasyon sa Lugar

Ang Ximeng Converter Station ay matatagpuan sa Chaoke Wula Sumu, Xilinhot City, Xilingol League, Inner Mongolia Autonomous Region. May altitude na 914 metro at latitude na 44.2°, ito ay may heating period na hanggang sa pitong buwan at itinuturing na isang malamig na rehiyon sa Tsina. Sa AC filter yard ng istasyon, 20 sets ng 3AP3 DT tank-type circuit breakers na gawa ng Hangzhou Siemens ay nakainstala, na may rated voltage na 550 kV. Ang mga circuit breaker na ito ay mayroong density relays na may temperature-compensation function, at ang kanilang indications ay nagpapakita ng pagbabago sa gas density hindi ang pressure change. Ang pangunahing parameters ng mga circuit breaker ay ipinapakita sa Table 1.

Sa proseso ng pag-install, ang gas charging ay isinagawa nang mahigpit ayon sa parameters na ibinigay ng manufacturer. Ang rated gas-charging pressure ay itinakda sa 0.8 MPa, ang alarm pressure sa 0.72 MPa, at ang lock-out pressure sa 0.7 MPa (gauge pressure sa 20°C). Ang state parameter curve ng gas na SF₆ ay ipinapakita sa Figure 2. Tulad ng makikita sa figure, kapag ang tangki ay naka-seal nang maayos at walang pag-leak ng gas, ang gas sa loob ng tangki ay mag-liquefy kapag ang temperatura bumaba hanggang sa -18°C; ang alarm ay ma-trigger kapag ang temperatura umabot sa -21°C; at ang circuit breaker ay mag-lock out kapag ang temperatura bumaba hanggang sa -22°C. Ang aktwal na sitwasyon sa lugar ay ipinapakita sa Figure 3.

Ang aktwal na sitwasyon sa lugar ay nakaugnay sa mga resulta na nakuha mula sa state parameter curve.

 Ayon sa material supply situation at equipment installation progress sa lugar, ang mga tank-type circuit breakers ay natapos ang pag-install, vacuum-pumping, at gas-filling operations sa dulo ng Nobyembre. Ang equipment handover tests at commissioning work ay nakonsentrado sa unang sampung araw ng Disyembre. Sa panahong ito, ang temperatura ng kapaligiran ay bumaba sa ibaba ng -22°C, at lahat ng mga natatakda na circuit breakers ay naka-lock out, na nagresulta sa hindi pagtatapos ng normal na circuit breaker equipment handover tests at nag-apekto sa construction schedule nodes ng buong istasyon.

Mga Solusyon

Bilang tugon sa nabanggit na mga lock-out phenomena sa lugar, ang mga sumusunod na solusyon ay inihanda:

Paggamit ng Mas Mababang Bilang ng Gas-filling

Makikita sa SF₆ gas parameter characteristic curve na kapag ang bilang ng gas-filling sa loob ng tangki ay bumaba, ang temperatura ng pag-liquefy ng gas ay bubaba, at ang kasunod na lock-out temperature ay bubaba rin. Halimbawa, kapag ang rated gas-filling pressure ay inadjust sa 0.56 MPa, ang liquefaction temperature ay -28°C, at ang lock-out temperature ay -32°C. Sa panahong ito, ang liquefaction temperature ay mas mababa kaysa sa temperatura ng kapaligiran, at walang lock-out phenomenon. Gayunpaman, pagkatapos ng pagbawas ng bilang ng gas-filling, ang arc-extinguishing performance at insulating performance ng circuit breaker ay parehong bababa. Ang mga paraan na ito na may pagbabago sa final state ng equipment at nag-aapekto sa performance nito ay kailangang mapag-aralan at maisulong ng design unit at manufacturer bago ang pag-implement.

Kung ang final state ng equipment ay hindi gagantiin, na ang pagbawas ng bilang ng gas-filling sa isang tiyak na halaga (tulad ng 0.6 MPa) bago ang handover test at pagsasama ng gas-filling amount sa rated value pagkatapos ng test at commissioning. Ang paraan na ito ay maaaring mukhang feasible, ngunit sa katotohanan, hindi ito. Una, pagkatapos ng pagbawas ng bilang ng gas-filling, ang insulating performance ng circuit breaker ay lumubog. Walang accurate demonstration, may posibilidad na ang circuit breaker break ay mabuntot sa withstand voltage test. Pangalawa, kahit na ang test ay matagumpay, ang mga resulta ng test ay walang reference value. Ang equipment handover test ay isang pagsusuri ng kalidad ng produksyon ng manufacturer at kalidad ng pag-install ng installer, at dapat itong gawin pagkatapos ng kompletong pag-install ng equipment. At ang proseso ng gas-filling ay malinaw na isang hakbang sa proseso ng pag-install ng equipment.

Paggamit ng Mixed Gas

Sa kasalukuyan, sa lokal at internasyonal, may mga praktika ng pagbabawas ng liquefaction temperature sa pamamagitan ng pag-mix ng isang tiyak na proporsyon ng iba pang mga gas (tulad ng CF₄, CO₂, at N₂) sa gas na SF₆. Gayunpaman, ang insulating at arc-extinguishing performances ng mixed gas ay hindi maaabot ang lebel ng pure SF₆ gas. Sa parehong gas-filling pressure, ang current-breaking capacity ng circuit breaker na puno ng mixed gas ay maaaring humigit-kumulang 20% mas mababa kaysa sa circuit breaker na puno ng pure SF₆ gas. Kung ang parehong insulating performance ay gustuhin, ang gas-filling pressure ng mixed gas ay kailangang mas mataas kaysa sa pure SF₆ gas.

Tinatakdang halimbawa, ang SF₆/N₂ mixed gas, ang sumusunod na formula ng pagkalkula ay maaaring gamitin:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Sa formula, Pm ay ang gas-filling pressure ng mixed gas upang makamit ang parehong insulating performance, P_SF6 ay ang gas-filling pressure ng pure SF₆ gas, at x% ay ang percentage content ng gas na SF₆ sa mixed gas. Makikita sa itaas na formula na para sa SF₆/N₂ mixed gas na may 20% SF₆ gas, ang kinakailangang gas-filling pressure ay humigit-kumulang 1.4 beses ng pure SF₆ gas. Para sa circuit breaker sa lugar, ang gas-filling pressure ay kailangang umabot sa 1.12 MPa, na nagbibigay ng bagong pangangailangan sa buong istraktura ng circuit breaker.

Pag-install ng Heating Devices

Ang pangunahing panlabas na factor para sa pag-liquefy ng gas na SF₆ ay ang temperatura ng kapaligiran na mas mababa kaysa sa liquefaction temperature. Kung isang tracing heater ay i-install sa paligid ng tangki upang initin ang tangki at taasin ang temperatura nito, ang problema ng pag-liquefy ay maaaring lutasin.

Ang mga tank-type circuit breakers ng Hangzhou Siemens ay gumagamit ng Swiss trafag density relay, na may temperature-compensation function at ang indication nito ay nagpapakita ng pagbabago sa gas density hindi ang pressure change. Ang principle ng indication ng density relay na ito ay nagmonitor ng gas density sa pamamagitan ng paghahambing ng pressure difference sa pagitan ng gas sa tangki ng circuit breaker at ang standard gas na dinadala ng density relay. Tulad ng ipinapakita sa Figure 7, kapag ang temperatura ng kapaligiran ay nagbabago sa range na nasa itaas ng liquefaction temperature, ang gas pressures sa dalawang gas chambers ay nagbabago pareho, ang pressure difference ay zero, ang expansion joint ay hindi gumagalaw, at ang meter pointer ay hindi gumagalaw; kapag ang gas sa tangki ay nage-liquefy o nagleak, ang presyon ng standard gas ay relatibong tumataas, ang expansion joint ay gumagalaw, na nagresulta sa paggalaw ng meter pointer.

Kapag ang temperatura ng kapaligiran bumaba hanggang sa liquefaction temperature, ang tracing heater ay aktibo, at ang temperatura ng tangki ay tumaas. Ito ay naglilikha ng temperature difference sa pagitan ng gas sa loob ng tangki at ang gas sa loob ng expansion joint, na nagresulta sa pagbabago sa indication ng meter at hindi ito maaaring accurately reflect ang aktwal na kondisyon ng gas sa loob ng tangki.

Paggalugad

Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling paliwanag ng proseso ng pag-liquefy ng gas na SF₆. Tungkol sa problema ng pag-liquefy ng gas na SF₆ na nangyari sa pag-install ng mga tank-type circuit breakers sa AC filter yard ng Ximeng Converter Station, tatlong solusyon ang inihanda at pinag-usapan: paggamit ng mas mababang bilang ng gas-filling, pagpalit ng mixed gas, at pagdaragdag ng heating devices. Sa pamamagitan ng pagsusuri at paghahambing, natuklasan na ang paggamit ng mas mababang bilang ng gas-filling at pagpalit ng mixed gas ay mag-aapekto sa insulating at arc-extinguishing performances ng gas, kaya hindi ito angkop. Ang paraan ng paggamit ng tracing heater upang initin ang tangki upang maiwasan ang pag-liquefy ng gas, bagama't ito ay magdudulot ng tiyak na error sa indication ng meter, ay maaaring tiyakin ang smooth progress ng equipment handover test, kaya ito ang mas angkop na solusyon.