Diskusija par gāzes šķidrināšanas problēmu cisternas līdzstrāvas izmantošanas laikā ļaunās klimata apstākļos

Šķīduma heksafluorīda (SF₆) lādiņu un gāzes šķidrumošanas izaicinājumu tehniskais paskaidrojums

SF₆ lādiņi, kas izmanto šķīduma heksafluorīda gāzi, kas pazīstama par savām lieliskajām loku iznīcināšanas un izolēšanas īpašībām, kā loku iznīcināšanas vidu, plaši tiek izmantoti enerģijas sistēmās. Šie lādiņi ir piemēroti biežiem darbībām un situācijām, kur nepieciešama ātra pārtraukšana. Ķīnā SF₆ lādiņi vispār tiek izmantoti uz 110kV un augstākiem sprieguma līmeņiem. Tomēr, tā kā SF₆ gāzes fizikālās īpašības, to var šķidrumot noteiktos temperatūras un spiediena apstākļos, kas samazina SF₆ gāzes blīvumu lādiņa rezervuārā. Kad blīvums samazinās līdz noteiktam līmenim, lādiņš aktivizē aizsardzības bloķēšanu. Dažās Ķīnas teritorijās, piemēram, Inner Mongolia, Austrumos, Xinjiang un Tibetā, kur ziemā ārpusējas temperatūra var sasniegt -30°C vai pat zemāku, SF₆ gāzes šķidrumošanas dēļ notiek bloķēšanas parādība.

Īss paskaidrojums par SF₆ gāzes šķidrumošanu

SF₆ gāze ir ļoti stabila ķīmiski. Tā ir bezkrāsaina, bezsmarža, bezgara un nesadzīga gāze normālajā temperatūrā un spiedienā, ar lieliskām izolēšanas un loku iznīcināšanas īpašībām.

Gāzes kritiskā temperatūra atsaucās uz augstāko temperatūru, pie kuras gāzi var šķidrumot. Ja temperatūra pārsniedz šo vērtību, gāzi nevar šķidrumot, neatkarīgi no tā, cik liels spiediens tiek piemērots.

"Pastāvīgo gāzu", piemēram, skābekli, slāpekli, ūdeņradu un hēliju, kritiskās temperatūras ir zemākas par -100°C, tāpēc gāzes šķidrumošanu nav jāņem vērā normālajās ārpusējās temperatūrās. SF₆ gāze ir atšķirīga; tās kritiskā temperatūra ir 45.6°C. Tā var uzturēt pastāvīgu gāzes stāvokli tikai tad, ja temperatūra ir virs 45.6°C. Normālajās ārpusējās temperatūrās tā var šķidrumot, kad ārējais spiediens sasniedz noteiktu vērtību. Tāpēc, iekārtām, kas aizpildītas ar SF₆ gāzi, jāņem vērā gāzes šķidrumošanas problēma.

SF₆ gāzes stāvokļa parametru līkne ir attēlotā Figūrā 1. Līdzblīvā gāzes blīvumā ρ samazinoties temperatūrai, gāzes spiediens atbilstoši samazinās. Kad temperatūra samazinās līdz šim gāzes blīvumam atbilstošajam šķidrumošanas punktam A, gāze sāk šķidrumot, un gāzes blīvums samazinās.

Vietējā situācija

Ximeng Konverteris atrodas Chaoke Wula Sumu, Xilinhot Pilsētā, Xilingol Līgas, Innermongolijas Autonomajā reģionā. Ar augstumu 914 metri un platumu 44.2°, tā sildīšanas periods ir līdz pat septiņiem mēnešiem un tā ir klasificēta kā ļoti auksta zona Ķīnā. Stacijas AC filtra laukā ir instalēti 20 komplekti 3AP3 DT tanka tipa lādiņi, ko ražo Hangzhou Siemens, ar nominālo spriegumu 550 kV. Šiem lādiņiem ir aprīkots blīvuma relejs ar temperatūras kompensācijas funkciju, un tā norādījumi atspoguļo gāzes blīvuma, nevis spiediena maiņu. Lādiņu galvenie parametri ir parādīti Tabulā 1.

Instalācijas procesā gāzes piepildīšana tika veikta stingri saskaņā ar ražotāja sniegto parametrus. Nominālais gāzes piepildīšanas spiediens tika iestatīts uz 0.8 MPa, brīdinājuma spiediens uz 0.72 MPa, un bloķēšanas spiediens uz 0.7 MPa (manometrisks spiediens 20°C). SF₆ gāzes stāvokļa parametru līkne ir parādīta Figūrā 2. Kā redzams no figūras, ja tanks ir labi aizslēgts un nav gāzes izplūdes, gāze tankā šķidrumos, kad temperatūra samazinās līdz -18°C; brīdinājums tiks aktivizēts, kad temperatūra sasniedz -21°C; un lādiņš tiks bloķēts, kad temperatūra samazinās līdz -22°C. Vietējā situācija ir parādīta Figūrā 3.

Vietējā situācija sakrīt ar rezultātiem, kas iegūti no stāvokļa parametru līknēm.

 Pēc vietējā materiāla piegādes situācijas un iekārtu instalācijas progresam, tanka tipa lādiņi pabeidza instalāciju, vakuumu izveidošanu un gāzes piepildīšanu beigu novembrī. Iekārtu pārdošanas testi un komisijas darbi tika koncentrēti decembra pirmajos desmit dienās. Šajā laikā ārpusējā temperatūra bija samazinājusies zemāk par -22°C, un visi instalētie lādiņi tika bloķēti, kas liekās neiespējami veikt lādiņu iekārtu pārdošanas testus normāli, tāpēc tika ietekmētas visas stacijas celtniecības grafika punkti.

Risinājumi

Ņemot vērā minētos vietējos bloķēšanas paradumus, tiek piedāvāti šādi risinājumi:

Samazināt gāzes piepildīšanas daudzumu

No SF₆ gāzes parametru raksturīgās līknes ir redzams, ka, samazinot gāzes piepildīšanas daudzumu tankā, gāzes šķidrumošanas temperatūra samazinās, un atbilstoši tās bloķēšanas temperatūra arī samazinās. Piemēram, ja nominālais gāzes piepildīšanas spiediens tiek pielāgoti uz 0.56 MPa, šķidrumošanas temperatūra ir -28°C, un bloķēšanas temperatūra ir -32°C. Šajā laikā šķidrumošanas temperatūra ir zemāka par ārpusējo temperatūru, un nebūs bloķēšanas paraduma. Tomēr, samazinot gāzes piepildīšanas daudzumu, lādiņa lokiznīcināšanas un izolēšanas spēja abas samazināsies. Tādas metodes, kas saistītas ar iekārtas galīgā stāvokļa maiņu un tās veiktspējas ietekmi, pirms ieviešanas ir jāpētā un jāapstiprina detalizēti projektētāju un ražotāju pusē.

Ja iekārtas galīgais stāvoklis netiek mainīts, t.i., samazinot gāzes piepildīšanas daudzumu līdz noteiktai vērtībai (piemēram, 0.6 MPa) pirms pārdevēja testa un atkal aizpildot gāzes piepildīšanas daudzumu līdz nominālajai vērtībai pēc testa un komisijas darbu pabeigšanas. Šī metode var šķist iespējama, bet faktiski tā nav. Pirmkārt, samazinot gāzes piepildīšanas daudzumu, lādiņa izolēšanas spēja pasliktinās. Bez precīzas demonstrācijas, ir iespējams, ka lādiņa pārtraukuma vietā var radīties spraugas ilgstošu sprieguma testa laikā. Otrkārt, pat ja tests tiek veikts veiksmīgi, testa rezultāti nav jebkāda atsauces vērtība. Iekārtu pārdevēja tests ir ražotāja ražošanas kvalitātes un instalētāja instalācijas kvalitātes pārbaude, un tas jāveic pēc iekārtu instalācijas pilnīgas pabeigšanas. Un gāzes piepildīšanas process ir skaidri definēts kā iekārtu instalācijas process.

Izmantot miegādu gāzi

Pašlaik, gan mājās, gan ārpus tām, ir prakse, kas samazina šķidrumošanas temperatūru, piesaistošot noteiktu proporciju citām gāzēm (piemēram, CF₄, CO₂ un N₂) SF₆ gāzē. Tomēr, miegādas gāzes izolēšanas un loku iznīcināšanas spēja nevar sasniedzt tīras SF₆ gāzes līmeni. Vienu un to pašu gāzes piepildīšanas spiedienu, lādiņa ar miegādu gāzi strāvas pārtraukuma spēja būs aptuveni 20% zemāka par lādiņa ar tīru SF₆ gāzi. Ja jāsasniedz vienāds izolēšanas spēja, miegādas gāzes piepildīšanas spiediens jāpieaug tā, lai tā būtu augstāks par tīru SF₆ gāzi.

Piemēram, SF₆/N₂ miegādas gāze, var izmantot šādu aprēķina formulu:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Formulā, Pm ir miegādas gāzes piepildīšanas spiediens, lai sasniedzētu vienādu izolēšanas spēju, P_SF6  ir tīras SF₆ gāzes piepildīšanas spiediens, un x%  ir SF₆ gāzes procentuālais satura miegādā gāzē. No šīs formulas ir redzams, ka SF₆/N₂ miegādā gāzē, kas satur 20% SF₆ gāzi, nepieciešamais piepildīšanas spiediens ir aptuveni 1.4 reizes lielāks par tīras SF₆ gāzi. Vietējam lādiņam, gāzes piepildīšanas spiediens jāpieaug līdz 1.12 MPa, kas rada jaunas prasības lādiņa veselam struktūrai.

Instalēt sildīšanas ierīces

Galvenais ārējais faktors, kas veicina SF₆ gāzes šķidrumošanos, ir tas, ka ārpusējā temperatūra ir zemāka par tās šķidrumošanas temperatūru. Ja apkārt tanks tiek instalēts sildīšanas ierīce, kas sildīs tanku un palielinās tā temperatūru, šķidrumošanas problēmu var atrisināt.

Hangzhou Siemens tanka tipa lādiņi izmanto Svices trafag blīvuma releju, kas ir aprīkota ar temperatūras kompensācijas funkciju, un tā norādījumi atspoguļo gāzes blīvuma, nevis spiediena maiņu. Šī blīvuma releja norādījuma princips ir, lai uzraudzītu gāzes blīvumu, salīdzinot spiediena atšķirību starp gāzi lādiņa tankā un standarta gāzi, ko nes blīvuma relejs. Kā redzams no Figūrā 7, kad ārpusējā temperatūra mainās virs šķidrumošanas temperatūras, abu gāzes kambaru spiediens mainās vienlaikus, spiediena atšķirība ir nulle, paplašināšanās savienojums nedarbojas, un rādītāja pele nestrādā; kad gāze tankā šķidrumo vai izplūst, standarta gāzes relatīvais spiediens palielinās, paplašināšanās savienojums darbojas, rādītāja pele kustas.

Kad ārpusējā temperatūra samazinās līdz šķidrumošanas temperatūrai, sildīšanas ierīce aktivizējas, un tanks temperatūra atbilstoši palielinās. Tas rada temperatūras atšķirību starp gāzi tankā un gāzi paplašināšanās savienojumā, rādītāja peles norādījumā radot kļūdu, kas nepiedāvā precīzu informāciju par gāzes stāvokli tankā.

Secinājums

Šajā rakstā ir īsumā aprakstīts SF₆ gāzes šķidrumošanas process. Attiecībā uz SF₆ gāzes šķidrumošanas problēmu, kas radās tanka tipa lādiņu instalācijas laikā Ximeng Konvertera AC filtra laukā, tika piedāvāti un apspriesti trīs risinājumi: samazināt gāzes piepildīšanas daudzumu, aizvietot ar miegādu gāzi un pievienot sildīšanas ierīces. Analizējot un salīdzinot, tika atklāts, ka gan samazinot gāzes piepildīšanas daudzumu, gan aizvietojot ar miegādu gāzi, ietekmētu gāzes izolēšanas un loku iznīcināšanas spēju, tāpēc tie nav piemēroti. Metode, kas izmanto sildīšanas ierīci, lai sildītu tanku un novērstu gāzes šķidrumošanos, lai gan tā rada noteiktu kļūdu rādītāja peles norādījumā, var nodrošināt iekārtu pārdevēja testu veiksmīgu pabeigšanu, tāpēc tā ir vairāk piemērota risinājuma metode.