דיון בעיה של נוזל גז במהלך התקנת מפסקים טנק באזורים קרים קיצוניים
הסבר טכני על מנתקי סולפור הקסהפלואוריד (SF₆) והאתגרים של נוזל הגז
מנתקי SF₆, המבוססים על גז סולפור הקסהפלואוריד - ידוע בגופריו האפקטיביים לכיבוי קשתות והשקייה - משמשים כמצע לכיבוי קשתות ומתקינים באופן נרחב במערכות חשמל. מנתקים אלה מתאימים להפעלה תדירה ותרחישים הדורשים הפסקה מהירה. בסין, מנתקי SF₆ משתמשים בעיקר בשכבות מתח של 110kV ואילך. עם זאת, בשל התכונות הפיזיות של גז ה-SF₆, הוא עשוי להתנוזל בתנאי טמפרטורה וביתר לחץ מסוימים, מה שגורם לירידה בצפיפות הגז במכל המנתק. כשהצפיפות יורדת לרמה מסוימת, המנתק מעורר נעילה מגן. באזורים מסוימים בסין, כמו מונגוליה הפנימית, צפון-מזרח סין, שינג'יאנג והתיבט, שבהם הטמפרטורה הסביבתית יכולה להגיע למינוס 30°C או אפילו פחות בחורף, מתרחש לעיתים תכופות תופעה זו של נעילה עקב התנוזלות הגז.
תיאור קצר של התנוזלות של גז ה-SF₆
גז ה-SF₆ הוא בעל יציבות כימית גבוהה מאוד. זהו גז ללא צבע, ריח או טעם, שאינו בעיר, בטמפרטורה וביתר לחץ נורמליים, ובעל תכונות השקייה וכיבוי קשתות מצוינות.
טמפרטורת הקריטית של גז היא הטמפרטורה הגבוהה ביותר בה ניתן לנוזל את הגז. בטמפרטורות גבוהות יותר מאחרת, הגז אינו יכול להתנוזל לא משנה כמה לחץ מפעילים עליו.
לגזי "קבועים" כגון חמצן, חנקן, מימן והליום, טמפרטורת הקריטית היא מתחת למינוס 100°C, ולכן אין צורך לחשוב על התנוזלות גז בטמפרטורות סביבתיות. גז ה-SF₆ שונה - טמפרטורת הקריטית שלו היא 45.6°C. הוא יכול לשמור על מצב גזי קבוע רק בטמפרטורות מעל 45.6°C. בטמפרטורות סביבתיות, הוא יכול להתנוזל כאשר הביתר החיצוני מגיע לרמה מסוימת. לכן, עבור ציוד מלא בגז ה-SF₆, יש להתייחס לבעיית התנוזלות הגז.
עקומת הפרמטרים של מצב הגז של ה-SF₆ מוצגת בציור 1. בתנאי צפיפות גז קבועה ρ, ככל שהטמפרטורה יורדת, גם הביתר של הגז יורד בהתאם. כשהטמפרטורה יורדת לנקודת התנוזלות A המתאימה לצפיפות הגז הזו, הגז מתחיל להתנוזל והצפיפות של הגז יורדת.
מצב אמת במקום
תחנת המרה של שימנג ממוקמת בוולה צ'אוקה, העיר ז'ילין חוט, הליגה של ז'ילין, אזור האוטונומי של מונגוליה הפנימית. עם גובה של 914 מטרים ורוחב גאוגרפי של 44.2°, יש לה תקופת חימום של עד שבעה חודשים והיא מסווגת כאזור קר קיצוני בסין. ביארד המסננים של התחנה, מותקנים 20 יחידות של מנתקי 3AP3 DT מסוג מכל, המיוצרים על ידי סיימנס האנגג'או, עם מתח מוערך של 550 kV. המנתקים מותקנים עם מד צפיפות בעל פונקציית פיצוי טמפרטורה, וההצגה שלהם משקפת שינוי בצפיפות הגז ולא בשינוי לחץ. הפרמטרים העיקריים של המנתקים מוצגים בטבלה 1.
במהלך תהליך ההתקנה, נערך הזנה של גז בהתאם לפרמטרים שסופקו על ידי המUFACTURER. הלחץ המוערך להזרקת הגז היה 0.8 MPa, לחץ האזהרה היה 0.72 MPa, ולחץ הנעילה היה 0.7 MPa (לחץ מדידה ב-20°C). עקומת הפרמטרים של מצב הגז של ה-SF₆ מוצגת בציור 2. כפי שניתן לראות מהציור, כשהמכל סגור היטב ואין דליפה של גז, הגז בתוך המכל יתחיל להתנוזל כשהטמפרטורה יורדת למינוס 18°C; תופעל אזהרה כשהטמפרטורה תגיע למינוס 21°C; והמנתק ייעלך כשהטמפרטורה תרד למינוס 22°C. המצב האמיתי במקום מוצג בציור 3.
המצב האמיתי במקום תואם לתוצאות המתקבלות מעקומת הפרמטרים של מצב הגז.
לפי מצב האספקה במקום והתקדמות ההתקנה של הציוד, מנתקי המכל הושלמו בהתקנה, שאיבה ותמלא גז בסוף נובמבר. מבחני המעבר וההכנה לפעילות התרכזו בתחילת דצמבר. באותו זמן, הטמפרטורה הסביבתית ירדה מתחת למינוס 22°C, וכל המנתקים שהותקנו היו נעולים, מה שהקשה לבצע את מבחני המעבר של הציוד בצורה תקינה והשפיע על נקודות הזמן של תוכנית הבניה של כל התחנה.
פתרונות
בהתחשב בתופעות הנעילה שנראו במקום, נציע את הפתרונות הבאים:
הקטנת כמות ההזרקה של הגז
ניתן לראות מעקומת תכונות הפרמטרים של גז ה-SF₆ כי ככל שמפחיתים את כמות הגז במכל, טמפרטורת התנוזלות של הגז תרד, והטמפרטורה המתאימה לנעילה תרד בהתאם. למשל, כשמשנים את הלחץ המוערך להזרקת הגז ל-0.56 MPa, טמפרטורת התנוזלות היא מינוס 28°C, והטמפרטורה המתאימה לנעילה היא מינוס 32°C. בשלב זה, טמפרטורת התנוזלות נמוכה מהטמפרטורה הסביבתית, ולא תופיע תופעת נעילה. עם זאת, לאחר הפחתת כמות הגז, ירדו ביצועי הכיבוי והשקייה של המנתק. שיטות המשנות את מצבו הסופי של הציוד ומשפיעות על ביצועיו צריכות להיות מחקרות ונדונות לעומק על ידי่วย התכנון והMANUFACTURER לפני יישומן.
אם מצבו הסופי של הציוד לא ישתנה, כלומר, יופחת כמות הגז לערכים מסויימים (כמו 0.6 MPa) לפני המבחן המועבר, ויכנס שוב כמות הגז לערכים המוערכים אחרי המבחן וההכנה לפעילות. שיטה זו נראית אפשרית, אך למעשה אינה כזו. ראשית, אחרי הפחתת כמות הגז, ירדה תכונת ההשקייה של המנתק. בלי הדרכה מדויקת, ייתכן שהמנתק יישבר במהלך מבחן התנגדות הדבקה. שנית, אפילו אם המבחן עבר חלק, תוצאות המבחן אינן בעלות ערך להתייחסות. מבחן המעבר של הציוד הוא בדיקה איכות ייצור של הMANUFACTURER ואיכות התקנה של המתקין, והוא צריך להתבצע אחרי התקנת הציוד הושלמה לחלוטין. וההזרקת הגז היא בבירור שלב בתהליך התקנת הציוד.
שימוש בגז מעורב
כיום, בארץ ובחו"ל, יש שימוש בהפחתת טמפרטורת התנוזלות על ידי ערבוב כמות מסוימת של גזים אחרים (כמו CF₄, CO₂ ו-N₂) בגז ה-SF₆. עם זאת, תכונות ההשקייה והכיבוי של הגז המעורב אינן מגיעות לרמה של גז ה-SF₆ הטהור. באותה לחץ הזרקה, יכולת הפרדת הזרם של מנתק מלא בגז מעורב תהיה בערך 20% נמוכה יותר מאשר מנתק מלא בגז ה-SF₆ הטהור. כדי להשיג אותה תכונה השקייה, לחץ ההזרקה של הגז המעורב חייב להיות גבוה מגז ה-SF₆ הטהור.
כדוגמה, ניתן להשתמש בנוסחה הבאה לגז מעורב של SF₆/N₂:
Pm=PSF6(100/x%)0.02
בנוסחה, Pm הוא לחץ ההזרקה של הגז המעורב כדי להשיג את אותה תכונה השקייה, PSF6 הוא לחץ ההזרקה של גז ה-SF₆ הטהור, ו-x% הוא אחוז התכולה של גז ה-SF₆ בגז המעורב. ניתן לראות מהנוסחה שלגאז מעורב של SF₆/N₂ המכיל 20% של גז ה-SF₆, נדרש לחץ הזרקה שהוא בערך 1.4 מכפול של לחץ הזרקה של גז ה-SF₆ הטהור. עבור המנתק במקום, נדרש לחץ הזרקה להגיע ל-1.12 MPa, מה שמחייב דרישות חדשות לכל מבנה המנתק.
התקנת מכשירי חימום
הגורם החיצוני העיקרי לתנוזלות של גז ה-SF₆ הוא שהטמפרטורה הסביבתית נמוכה מטמפרטורת התנוזלות שלו. אם יותקן מחמם מעקב סביב המכל כדי לחמם את המכל ולהעלות את הטמפרטורה שלו, ניתן לפתור את בעיית התנוזלות.
מנתקי המכל של סיימנס האנגג'או משתמשים במד הצפיפות של טראפג השווייצרי, שיש לו פונקציית פיצוי טמפרטורה וההצגה שלו משקפת שינוי בצפיפות הגז ולא בשינוי לחץ. עקרון ההצגה של מד הצפיפות הזה הוא למדוד את צפיפות הגז על ידי השוואת ההבדל בין לחץ הגז במכל המנתק לבין לחץ הגז הסטנדרטי נשא על ידי מד הצפיפות. כפי שמוצג בציור 7, כשהטמפרטורה הסביבתית משתנה בתחום מעל לטמפרטורת התנוזלות, לחץ הגז בשני חדרי הגז משתנה בו זמנית, ההבדל בלחץ הוא אפס, המחבר הרחב לא פועל, והסמן לא זז; כשהגז במכל מתנוזל או מדליף, לחץ הגז הסטנדרטי עולה יחסי, המחבר הרחב פועל וגורם לסמן לזוז.
כשהטמפרטורה הסביבתית יורדת לטמפרטורת התנוזלות, מחמם המעקב מתעורר והטמפרטורה של המכל עולה בהתאם. זה יוצר הפרש טמפרטורה בין הגז בתוך המכל לבין הגז בתוך המחבר הרחב, מה שגורם להטייה בהצגת המד ומונע ממנו להציג באופן מדויק את מצב הגז בתוך המכל.
מסקנה
מאמר זה מתאר בקצרה את תהליך התנוזלות של גז ה-SF₆. לגבי בעיית התנוזלות של גז ה-SF₆ שהתרחשה במהלך התקנת מנתקי המכל ביארד המסננים של תחנת המרה של שימנג, הוצעו ונידונו שלושה פתרונות: הפחתת כמות הגז, החלפה בגז מעורב והוספת מכשירי חימום. דרך ניתוח והשוואה נמצא שהפחתת כמות הגז והחלפה בגז מעורב משפיעים על תכונות ההשקייה והכיבוי של הגז, ולכן אינם מתאימים. שיטת השימוש במחמם מעקב כדי לחמם את המכל למנוע את התנוזלות הגז, למרות שהיא תגרום לשגיאה מסוימת בהצגת המד, יכולה להבטיח התקדמות חלקה של מבחן המעבר של הציוד, ולכן היא פתרון מתאים יותר.
