Perbincangan tentang Masalah Likuifaksi Gas semasa Pemasangan Pemutus Litar Tanduk di Wilayah Dingin yang Ekstrem

Penjelasan Teknikal tentang Pemutus Litar Sulfur Hexafluoride (SF₆) dan Cabaran Penglikuidan Gas

Pemutus litar SF₆ yang menggunakan gas sulfur hexafluoride—dikenali kerana sifat pemadam lengkung api dan pengasingannya yang cemerlang—sebagai medium pemadam lengkung api, digunakan secara meluas dalam sistem kuasa. Pemutus litar ini sesuai untuk operasi berulang kali dan situasi yang memerlukan gangguan laju. Di China, pemutus litar SF₆ hampir digunakan untuk tahap voltan 110kV dan ke atas. Walau bagaimanapun, disebabkan sifat fizikal gas SF₆, ia mungkin mengalami penglikuidan di bawah keadaan suhu dan tekanan tertentu, menyebabkan ketumpatan gas SF₆ dalam tangki pemutus litar menurun. Apabila ketumpatan menurun kepada tahap tertentu, pemutus litar akan memicu kunci pelindungan. Di beberapa wilayah di China, seperti Mongolia Dalam, Timur Laut China, Xinjiang, dan Tibet, di mana suhu sekeliling boleh mencapai -30°C atau lebih rendah pada musim sejuk, fenomena kunci akibat penglikuidan gas SF₆ berlaku dari semasa ke semasa.

Keterangan Ringkas Penglikuidan Gas SF₆

Gas SF₆ mempunyai kestabilan kimia yang sangat tinggi. Ia adalah gas tanpa warna, bau, rasa, dan tidak mudah terbakar pada suhu dan tekanan biasa, dengan sifat pengasingan dan pemadam lengkung api yang cemerlang.

Suhu kritikal gas merujuk kepada suhu tertinggi di mana gas tersebut boleh dilikuidkan. Apabila suhu lebih tinggi daripada nilai ini, gas tidak dapat dilikuidkan tidak kira berapa banyak tekanan yang dikenakan.

Untuk gas "kekal" seperti oksigen, nitrogen, hidrogen, dan helium, suhu kritikalnya adalah di bawah -100°C, jadi penglikuidan gas tidak perlu dipertimbangkan pada suhu sekeliling. Gas SF₆ berbeza; suhu kritikalnya adalah 45.6°C. Ia hanya boleh mengekalkan keadaan gas yang tetap apabila suhu di atas 45.6°C. Pada suhu sekeliling, ia boleh dilikuidkan apabila tekanan luaran mencapai nilai tertentu. Oleh itu, bagi peralatan yang diisi dengan gas SF₆, masalah penglikuidan gas perlu dipertimbangkan.

Garis parameter keadaan gas SF₆ ditunjukkan dalam Gambaraj 1. Dalam keadaan ketumpatan gas ρ yang tetap, apabila suhu menurun, tekanan gas juga menurun. Apabila suhu turun ke titik likuid A yang sepadan dengan ketumpatan gas ini, gas mula melikuidkan, dan ketumpatan gas kemudiannya menurun.

Keadaan Sebenar di Tapak

Stesen Penukar Ximeng terletak di Chaoke Wula Sumu, Bandar Xilinhot, Liga Xilingol, Wilayah Autonomi Mongolia Dalam. Dengan ketinggian 914 meter dan latitud 44.2°, ia mempunyai tempoh pemanasan selama tujuh bulan dan diklasifikasikan sebagai kawasan sejuk parah di China. Di kawasan penapis arus bolak-balik stesen, 20 set pemutus litar tipe tangki 3AP3 DT yang dibuat oleh Hangzhou Siemens telah dipasang, dengan voltan berperingkat 550 kV. Pemutus litar ini dilengkapi dengan reley ketumpatan yang mempunyai fungsi kompensasi suhu, dan petunjuknya mencerminkan perubahan ketumpatan gas daripada perubahan tekanan. Parameter utama pemutus litar ditunjukkan dalam Jadual 1.

Semasa proses pemasangan, pengisian gas dilakukan dengan ketat mengikut parameter yang diberikan oleh pembuat. Tekanan pengisian gas berperingkat ditetapkan pada 0.8 MPa, tekanan alarm pada 0.72 MPa, dan tekanan kunci pada 0.7 MPa (tekanan gauge pada 20°C). Garis parameter keadaan gas SF₆ ditunjukkan dalam Gambaraj 2. Seperti yang dapat dilihat dari gambaraj, apabila tangki kedap air dan tiada kebocoran gas, gas di dalam tangki akan melikuidkan apabila suhu turun ke -18°C; alaram akan dipicu apabila suhu mencapai -21°C; dan pemutus litar akan dikunci apabila suhu turun ke -22°C. Keadaan sebenar di tapak ditunjukkan dalam Gambaraj 3.

Keadaan sebenar di tapak adalah serupa dengan hasil yang diperoleh dari garis parameter keadaan.

 Berdasarkan keadaan bekalan bahan di tapak dan kemajuan pemasangan peralatan, pemutus litar tipe tangki telah menyiapkan pemasangan, penyedotan vakum, dan pengisian gas pada akhir November. Ujian serah terima peralatan dan pekerjaan komisioning berkumpul pada sepuluh hari pertama Disember. Pada masa ini, suhu sekeliling telah turun ke bawah -22°C, dan semua pemutus litar yang dipasang telah dikunci, menjadikan ujian serah terima peralatan pemutus litar tidak dapat dilakukan dengan normal dan seterusnya mempengaruhi nod jadual pembinaan keseluruhan stesen.

Penyelesaian

Mengambil kira fenomena kunci yang dinyatakan di tapak, penyelesaian berikut dicadangkan:

Mengurangkan Jumlah Pengisian Gas

Dapat dilihat dari garis ciri parameter gas SF₆ bahawa apabila jumlah pengisian gas di dalam tangki berkurang, suhu penglikuidan gas akan menurun, dan suhu kunci yang sepadan juga akan menurun. Sebagai contoh, apabila tekanan pengisian gas berperingkat diubah menjadi 0.56 MPa, suhu penglikuidan adalah -28°C, dan suhu kunci adalah -32°C. Pada masa ini, suhu penglikuidan lebih rendah daripada suhu sekeliling, dan tidak akan ada fenomena kunci. Walau bagaimanapun, selepas mengurangkan jumlah pengisian gas, prestasi pemadam lengkung api dan prestasi pengasingan pemutus litar akan menurun. Kaedah-kaedah yang melibatkan perubahan keadaan akhir peralatan dan mempengaruhi prestasinya perlu dipelajari dan dibuktikan dengan teliti oleh unit reka bentuk dan pembuat sebelum pelaksanaan.

Jika keadaan akhir peralatan tidak diubah, iaitu mengurangkan jumlah pengisian gas kepada nilai tertentu (seperti 0.6 MPa) sebelum ujian serah terima dan mengisi semula jumlah pengisian gas ke nilai berperingkat selepas ujian dan komisioning selesai. Kaedah ini mungkin kelihatan dapat dilakukan, tetapi sebenarnya tidak. Pertama, selepas mengurangkan jumlah pengisian gas, prestasi pengasingan pemutus litar menurun. Tanpa demonstrasi yang tepat, terdapat kemungkinan pemutus litar mungkin tembus pada ujian ketahanan voltan. Kedua, walaupun ujian diluluskan dengan lancar, hasil ujian tidak mempunyai nilai rujukan. Ujian serah terima peralatan adalah pemeriksaan kualiti pengeluaran pembuat dan kualiti pemasangan pemasang, dan harus dilakukan selepas pemasangan peralatan selesai sepenuhnya. Dan proses pengisian gas jelas merupakan langkah dalam proses pemasangan peralatan.

Menggunakan Gas Campuran

Saat ini, di dalam dan luar negara, terdapat amalan mengurangkan suhu penglikuidan dengan mencampurkan sebahagian gas lain (seperti CF₄, CO₂, dan N₂) ke dalam gas SF₆. Walau bagaimanapun, prestasi pengasingan dan pemadam lengkung api gas campuran tidak dapat mencapai tahap gas SF₆ murni. Dalam tekanan pengisian gas yang sama, kapasiti pemutusan arus pemutus litar yang diisi dengan gas campuran akan kira-kira 20% lebih rendah daripada pemutus litar yang diisi dengan gas SF₆ murni. Jika prestasi pengasingan yang sama hendak dicapai, tekanan pengisian gas campuran harus lebih tinggi daripada gas SF₆ murni.

Mengambil gas campuran SF₆/N₂ sebagai contoh, formula pengiraan berikut boleh digunakan:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Dalam formula, Pm adalah tekanan pengisian gas campuran untuk mencapai prestasi pengasingan yang sama, P_SF6 adalah tekanan pengisian gas SF₆ murni, dan x% adalah kandungan persen gas SF₆ dalam gas campuran. Dapat dilihat dari formula di atas bahawa untuk gas campuran SF₆/N₂ yang mengandungi 20% gas SF₆, tekanan pengisian yang diperlukan adalah kira-kira 1.4 kali gas SF₆ murni. Untuk pemutus litar di tapak, tekanan pengisian gas perlu mencapai 1.12 MPa, yang memberikan tuntutan baru terhadap struktur keseluruhan pemutus litar.

Memasang Peranti Pemanas

Faktor eksternal utama untuk penglikuidan gas SF₆ adalah suhu sekeliling lebih rendah daripada suhu penglikuidan. Jika peranti pemanas jejak dipasang di sekitar tangki untuk memanaskan tangki dan meningkatkan suhunya, masalah penglikuidan dapat diselesaikan.

Pemutus litar tipe tangki Hangzhou Siemens menggunakan reley ketumpatan Swiss trafag, yang mempunyai fungsi kompensasi suhu dan petunjuknya mencerminkan perubahan ketumpatan gas daripada perubahan tekanan. Prinsip petunjuk reley ketumpatan ini adalah memantau ketumpatan gas dengan membandingkan perbezaan tekanan antara gas di dalam tangki pemutus litar dan gas standard yang dibawa oleh reley ketumpatan. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambaraj 7, apabila suhu sekeliling berubah dalam julat di atas suhu penglikuidan, tekanan gas di dua ruang gas berubah secara serentak, perbezaan tekanan adalah sifar, joint pengembangan tidak bertindak, dan jarum meter tidak bergerak; apabila gas di dalam tangki melikuidkan atau bocor, tekanan gas standard relatif meningkat, joint pengembangan bertindak, menyebabkan jarum meter bergerak.

Apabila suhu sekeliling turun ke suhu penglikuidan, peranti pemanas jejak aktif, dan suhu tangki meningkat. Ini mencipta perbezaan suhu antara gas di dalam tangki dan gas di dalam joint pengembangan, mengakibatkan deviasi dalam petunjuk meter dan mencegahnya mencerminkan keadaan sebenar gas di dalam tangki dengan tepat.

Kesimpulan

Kertas ini merangkumi proses penglikuidan gas SF₆ secara ringkas. Mengenai masalah penglikuidan gas SF₆ yang berlaku semasa pemasangan pemutus litar tipe tangki di kawasan penapis arus bolak-balik Stesen Penukar Ximeng, tiga penyelesaian dicadangkan dan dibincangkan: mengurangkan jumlah pengisian gas, menggantikan dengan gas campuran, dan menambah peranti pemanas. Melalui analisis dan perbandingan, didapati bahawa kedua-dua mengurangkan jumlah pengisian gas dan menggantikan dengan gas campuran akan mempengaruhi prestasi pengasingan dan pemadam lengkung api gas, jadi tidak sesuai. Kaedah menggunakan peranti pemanas jejak untuk memanaskan tangki untuk mencegah penglikuidan gas, walaupun akan menyebabkan sedikit kesalahan dalam petunjuk meter, boleh memastikan ujian serah terima peralatan berjalan lancar, jadi ia adalah penyelesaian yang lebih sesuai.