Разговор за проблемот на гасењето на гасовите при инсталирањето на резервоарски прекинувачи во екстремно хладни региони

Техничка објаснувања за прекинувачите со шестфлуориден сулфур (SF₆) и предизвици од гасификација на гасот

Прекинувачите со SF₆ гас, кои користат шестфлуориден сулфур гас - познат по неговите извонредни својства за гасење на дуг и изолација - како средство за гасење на дуг, се широко применуваат во системите за енергија. Овие прекинувачи се прифатливи за честа употреба и ситуации каде е потребна брза прекинувања. Во Кина, прекинувачите со SF₆ гас се основно користат за напонски нивоа од 110кВ и повисоко. Меѓутоа, поради физичките својства на SF₆ гас, тој може да се гасифицира под одредени услови на температура и притисок, што доведува до намалување на густината на SF₆ гас во резервоарот на прекинувачот. Кога густината се намали до одредена вредност, прекинувачот ќе активира заштитен блокир. Во некои региони на Кина, како Шамо, Северо-восточна Кина, Синџанг и Тибет, каде што околната температура може да стигне до -30°C или пониско во зимата, феноменот на блокирање поради гасификација на SF₆ гас се случува од време на време.

Краток опис на гасификација на SF₆ гас

SF₆ гас има екстремно висока хемиска стабилност. Тој е бесцветен, без мирис, без вкус и несгорлив гас при нормална температура и притисок, со извонредни својства за изолација и гасење на дуг.

Критичката температура на гасот се однесува на највисоката температура при која гасот може да се гасифицира. Кога температурата е повисока од оваа вредност, гасот не може да се гасифицира, колку што и да се зголеми притисокот.

За „постојани гасови“ како кислород, азот, водород и хелиум, нивните критички температури се под -100°C, така што гасификацијата не треба да се разгледува при околни температури. SF₆ гас е различен; неговата критичка температура е 45.6°C. Тој може да се одржува во константно гасно состојба само кога температурата е над 45.6°C. При околни температури, тој може да се гасифицира кога надворешниот притисок достигне одредена вредност. Затоа, за опрема наполнета со SF₆ гас, проблемот со гасификација на гасот треба да се разгледа.

Кривата на параметрите на состојба на SF₆ гас е прикажана на Слика 1. Под услов на константна густина ρ, со намалување на температурата, притисокот на гасот се намалува соодветно. Кога температурата се намали до точката на гасификација A, која одговара на оваа густина на гас, гасот почнува да се гасифицира, а густината на гасот се намалува.

Актуелна ситуација на местото

Конвертната станција во Шименг се наоѓа во Чако Вула Суму, градот Хилинхот, лига Xilingol, автономна област Иннер Монголия. Со височина од 914 метри и широчина од 44.2°, таа има период на нагревање од до седум месеци и е класифицирана како област со силен мраз во Кина. Во двориштето за АЦ филтри на станцијата, се инсталирани 20 комплета на 3AP3 DT резервоарски прекинувачи произведени од Hangzhou Siemens, со номинален напон од 550 кВ. Овие прекинувачи се опремени со рееле за густина со функција за температурна компензација, а нивните показатели одразуваат промената на густина на гасот, а не промената на притисокот. Главните параметри на прекинувачите се прикажани во Табела 1.

Токму во процесот на инсталација, наполнувањето со гас се вршило строго според параметрите доставени од производителот. Номиналниот притисок за наполнување бил поставен на 0.8 МПа, алармниот притисок на 0.72 МПа, а притисокот за блокирање на 0.7 МПа (манометарски притисок при 20°C). Кривата на параметрите на состојба на SF₆ гас е прикажана на Слика 2. Како што може да се види од сликата, кога резервоарот е добро затворен и нема протечки, гасот во резервоарот ќе се гасифицира кога температурата се намали до -18°C; аларма ќе се активира кога температурата стигне до -21°C; а прекинувачот ќе се блокира кога температурата се намали до -22°C. Актуелната ситуација на местото е прикажана на Слика 3.

Актуелната ситуација на местото е согласна со резултатите добиени од кривата на параметрите на состојба.

Според материјалните достави на местото и напредокот на инсталацијата на опремата, резервоарските прекинувачи завршиле инсталацијата, вакуумирањето и наполнувањето со гас во крајот на ноември. Пробни тестови и комисионирање на опремата беа концентрирани во првите децени на декември. На тој момент, околната температура се намалила под -22°C, а сите инсталирани прекинувачи биле блокирани, што го направило невозможно правилното извршување на пробни тестови на прекинувачите и така влијаело на временскиот план на целата станција.

Решенија

Со оглед на поменатите феномени на блокирање на местото, се предлажаат следните решенија:

Намалување на количината на наполнување со гас

Како што може да се види од карактеристичната крива на параметрите на SF₆ гас, кога количината на наполнување со гас во резервоарот се намалува, температурата на гасификација ќе се намали, а соодветната температура за блокирање исто така ќе се намали. На пример, кога номиналниот притисок за наполнување е приспособен на 0.56 МПа, температурата на гасификација е -28°C, а температурата за блокирање е -32°C. На тој момент, температурата на гасификација е подолга од околната температура, па нема да има феномен на блокирање. Меѓутоа, по намалување на количината на наполнување, перформансите за гасење на дуг и изолација на прекинувачот ќе се намалат. Такви методи кои вклучуваат промени на последната состојба на опремата и влијаат на неговата перформанса треба да бидат детално проучени и доказани од дизајнерската единица и производителот пред имплементација.

Ако последната состојба на опремата не треба да се менува, тоа значи да се намали количината на наполнување до одредена вредност (како 0.6 МПа) пред пробниот тест, а потоа да се поправи количината на наполнување до номиналната вредност по завршување на тестот и комисионирањето. Овој метод може да изгледа извршим, но всушност не е. Прво, по намалување на количината на наполнување, перформансите за изолација на прекинувачот се влошуваат. Без точна демонстрација, постои можноста прекинувачот да се пробие во текот на тестот на издржливост. Второ, дури и ако тестот протече гладко, резултатите од тестот немаат референтна вредност. Пробниот тест на опремата е испитување на квалитетот на производството на производителот и квалитетот на инсталацијата на инсталаторот, и треба да се изврши после целосно завршување на инсталацијата на опремата. Процесот на наполнување со гас е јасно чекор во процесот на инсталација на опремата.

Користење на мешан гас

Моментално, домаа и надвор, постои практика за намалување на температурата на гасификација со мешање на одреден процент други гасови (како CF₄, CO₂ и N₂) во SF₆ гас. Меѓутоа, изолационите и перформансите за гасење на дуг на мешан гас не можат да достигнат нивото на чист SF₆ гас. Под ист притисок на наполнување, капацитетот за прекинување на ток на прекинувач наполнет со мешан гас ќе биде околу 20% подолг од прекинувач наполнет со чист SF₆ гас. Ако се бара да се постигне иста изолациона перформанса, притисокот на наполнување на мешан гас мора да биде поголем од притисокот на наполнување на чист SF₆ гас.

Земајќи го за пример мешаниот гас SF₆/N₂, може да се користи следната формула за пресметка:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Во формулата, Pm е притисокот на наполнување на мешан гас за постигнување на иста изолациона перформанса, P_SF6 е притисокот на наполнување на чист SF₆ гас, а x% е процентното содржание на SF₆ гас во мешан гас. Од горната формула може да се види дека за мешан гас SF₆/N₂ со 20% SF₆ гас, потребен притисок за наполнување е околу 1.4 пати поголем од притисокот на наполнување на чист SF₆ гас. За прекинувачот на местото, притисокот за наполнување треба да стигне до 1.12 МПа, што поставува нови барања за целосната структура на прекинувачот.

Инсталирање на урејства за нагревање

Главниот екстерен фактор за гасификација на SF₆ гас е дека околната температура е подолга од неговата температура на гасификација. Ако се инсталира урејство за нагревање околу резервоарот за да се нагреје резервоарот и да се зголеми неговата температура, проблемот со гасификација може да се реши.

Резервоарските прекинувачи на Hangzhou Siemens користат швајцарски Trafag реел за густина, кој има функција за температурна компензација, а неговите показатели одразуваат промената на густина на гасот, а не промената на притисокот. Принципот на индикација на овој реел за густина е да мониторира густината на гасот со споредување на притисокот меѓу гасот во резервоарот на прекинувачот и стандардниот гас носен од реелот за густина. Како што е прикажано на Слика 7, кога околната температура се менува во опсег над температурата на гасификација, притиските на гасот во двата гасни простори се менуваат истовремено, притисокот на разликата е нула, расширувањето на спојот не действува, и показвачот на мерење не се движи; кога гасот во резервоарот се гасифицира или се протечи, притискот на стандардниот гас се зголемува, расширувањето на спојот действува, што го движи показвачот на мерење.

Кога околната температура се намали до температурата на гасификација, урејството за нагревање се активира, а температурата на резервоарот се зголемува соодветно. Ова создава разлика во температурата меѓу гасот во резервоарот и гасот во расширувањето на спојот, што доведува до отклонување во индикацијата на мерењето и го спречува точно да одразува актуелното состојба на гасот во резервоарот.

Заклучок

Овој труд кратко опишува процесот на гасификација на SF₆ гас. Со оглед на проблемот со гасификација на SF₆ гас што се случил во текот на инсталацијата на резервоарските прекинувачи во двориштето за АЦ филтри на Конвертната станција во Шименг, се предложени и разгледани три решенија: намалување на количината на наполнување со гас, замена со мешан гас и додавање на урејства за нагревање. Со анализа и споредба, се установи дека и намалувањето на количината на наполнување и замената со мешан гас ќе влијаат на изолационите и перформансите за гасење на дуг на гасот, така што не се прифатливи. Методот на користење на урејство за нагревање за нагревање на резервоарот за да се спречи гасификација на гасот, иако ќе причини одредена грешка во индикацијата на мерењето, може да осигура успешното извршување на пробниот тест на опремата, така што е посоодветно решение.