Razprava o problemu plinske tekočenja med nameščanjem rezervornih preklopnikov v območjih zelo hladnega podnebja

Tehnično razlago prekinitvenih ventilov s šestfluoridom svibine (SF₆) in izzivov glede tekočenja plina

Prekinitveni ventil z uporabo šestfluorida svibine (SF₆), znan po svojih odličnih lastnostih za ugasanje luka in izolacijo, kot medij za ugasanje luka, se široko uporablja v električnih sistemih. Ti ventilniki so primerjni za pogoste operacije in scenarije, kjer je potrebno hitro prekinitve. V Kitajski se SF₆ prekinitveni ventilniki skoraj isključno uporabljajo za napetostne nivoje 110 kV in višje. Zaradi fizičnih lastnosti SF₆ plina se lahko pod določenimi temperaturnimi in tlakovimi pogoji teče, kar povzroča zmanjšanje gostote SF₆ plina v rezervoarju prekinitvenega ventilnika. Ko gostota pada do določene ravni, bo prekinitveni ventil aktiviral varnostno zaklenitev. V nekaterih regijah Kitajske, kot so Vnutra Mongolija, severovzhodna Kitajska, Xinjiang in Tibet, kjer lahko okoljska temperatura v zimskem času doseže -30 °C ali celo nižje, se občasno pojavlja zaklenitev zaradi tekočenja SF₆ plina.

Kratek opis tekočenja SF₆ plina

SF₆ plin ima izredno visoko kemijsko stabilnost. To je pri običajni temperaturi in tlaku bezbarvni, brezvonji, brezokusni in nenagljivi plin, z odličnimi izolacijskimi in lukougasnimi lastnostmi.

Kritična temperatura plina se nanaša na najvišjo temperaturo, pri kateri se plin lahko teče. Ko je temperatura višja od te vrednosti, se plin ne more teči, ne glede na to, kako velik tlak mu je nanizan.

Za "trajne pline", kot so kiselek, dušik, vodik in helium, so njihove kritične temperature pod -100 °C, zato pri običajnih temperaturah ni potrebno upoštevati tekočenja plina. SF₆ plin je drugačen; njegova kritična temperatura je 45.6 °C. Plin lahko ohranja stalno plinski stanje le, ko je temperatura višja od 45.6 °C. Pri običajnih temperaturah se lahko teče, ko zunanji tlak doseže določeno vrednost. Zato je treba za opremo, napolnjeno s SF₆ plinom, upoštevati problem tekočenja plina.

Stanje parametrov SF₆ plina je prikazano na Sliki 1. Pod pogoji stalne gostote ρ, ko temperatura pada, tudi tlak plina pada. Ko temperatura pada do točke tekočenja A, ki ustreza tej gostoti plina, plin začne teči, in gostota plina se zmanjša.

Dejansko stanje na mestu

Pretvorovalna postaja Ximeng se nahaja v Chaoke Wula Sumu, mesto Xilinhot, Xilingol Liga, Avtonomna regija Vnitra Mongolija. Z nadmorsko višino 914 metrov in geografsko širino 44.2 ° ima ogrjevalni obdobje do sedmih mesecev in je klasificirana kot območje zelo hladnega podnebja v Kitajski. V AC filtra postaji so nameščeni 20 setov 3AP3 DT tank-type prekinitvenih ventilnikov, izdelanih v Hangzhou Siemens, z imenitno napetostjo 550 kV. Ti prekinitveni ventilniki so opremljeni z gostočnimi releji, ki imajo funkcijo temperaturne kompenzacije, in njihove kazalnike odražajo spremembo gostote plina, ne pa spremembe tlaka. Glavni parametri prekinitvenih ventilnikov so prikazani v Tabeli 1.

Med postopkom namestitve je bil plin nalagan v strogi skladnosti s parametri, ki jih je podal proizvajalec. Imeniti tlak plina je bil nastavljen na 0,8 MPa, alarmni tlak na 0,72 MPa, in zaklepnica na 0,7 MPa (gauge pressure at 20 °C). Stanje parametrov SF₆ plina je prikazano na Sliki 2. Kot je vidno iz slike, ko je rezervoar dobro zaprt in ni propadanja plina, bo plin v rezervoaru tekel, ko bo temperatura padla na -18 °C; alarm bo sprožen, ko bo temperatura dosegla -21 °C; in prekinitveni ventil bo zaklenjen, ko bo temperatura padla na -22 °C. Dejansko stanje na mestu je prikazano na Sliki 3.

Dejansko stanje na mestu je v skladu z rezultati, pridobljenimi iz krivulje stanja parametrov.

 Glede na dejansko oskrbo s materiali in napredek namestitve opreme so tank-type prekinitveni ventilniki dokončali namestitev, vakuumiranje in nalaganje plina koncem novembra. Prejemne preskuse in testiranje opreme so bili koncentrirani v prvih desetih dneh decembra. V tem času je okoljska temperatura padla pod -22 °C, in vsi nameščeni prekinitveni ventilniki so bili zaklenjeni, kar je onemogočilo normalno izvedbo prejemnih preskusov opreme in tako vplivalo na časovne točke gradnje cele postaje.

Rešitve

Obzirom na zgornje opisane pojave zaklenitve na mestu, so predlagane naslednje rešitve:

Zmanjšanje količine plina

Iz karakteristične krivulje parametrov SF₆ plina je vidno, da, ko se količina plina znotraj rezervoara zmanjša, bo temperatura tekočenja plina padla, in ustrezna temperatura zaklenitve bo tudi padla. Na primer, ko je imeniti tlak plina nastavljen na 0,56 MPa, je temperatura tekočenja -28 °C, in temperatura zaklenitve -32 °C. V tem času je temperatura tekočenja nižja od okoljske temperature, in ne bo nobenih pojavov zaklenitve. Vendar po zmanjšanju količine plina bo zmogljivost ugasjanja luka in izolacijska zmogljivost prekinitvenega ventilnika oba upadla. Takšne metode, ki vključujejo spremembe končnega stanja opreme in vplivajo na njeno zmogljivost, morajo biti temeljito raziskane in demonstrirane s strani enote za načrtovanje in proizvajalca pred uvedbo.

Če končno stanje opreme ni treba spremeniti, to je, zmanjšanje količine plina do določene vrednosti (na primer 0,6 MPa) pred prejemnim preskusom in ponovno napolnjevanje plina do imenite vrednosti po končanem preskusu in komisioniranju, ta metoda se morda zdi sprejemljiva, vendar v resnici ni. Prvič, po zmanjšanju količine plina bo izolacijska zmogljivost prekinitvenega ventilnika slabšala. Brez točne demonstracije obstaja možnost, da bi prekinitveni ventil mogel biti proboden med preskusom vzdrževanja napetosti. Drugič, celo če je preskus uspešno pretekel, so rezultati preskusa brez vrednosti za primerjavo. Prejemni preskus opreme je pregled kakovosti proizvodnje proizvajalca in kakovosti namestitve namestitelja, in bi moral biti izveden, ko je namestitev opreme popolnoma končana. In postopek napolnjevanja plina je očitno korak v postopku namestitve opreme.

Uporaba mešanega plina

Trenutno obstajajo prakse doma in v tujini, ki zmanjšujejo temperaturo tekočenja z dodajanjem določenega deleža drugih plinov (na primer CF₄, CO₂ in N₂) v SF₆ plin. Vendar izolacijske in lukougasne zmogljivosti mešanega plina ne dosežejo ravni čistega SF₆ plina. Pod istim tlakom plina bo zmogljivost prekinitvenega ventilnika, napolnjenega z mešanim plinom, približno 20 % nižja kot prekinitveni ventil, napolnjen s čistim SF₆ plinom. Če želimo doseči enako izolacijsko zmogljivost, mora biti tlak plina mešanega plina višji kot tlak čistega SF₆ plina.

Na primer, za SF₆/N₂ mešani plin, lahko uporabimo naslednjo računsko formulo:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

V formuli, Pm je tlak plina mešanega plina, ki ga je treba doseči za enako izolacijsko zmogljivost, P_SF6  je tlak plina čistega SF₆ plina, in x%  je delež SF₆ plina v mešanem plinu. Iz zgornje formule je vidno, da za SF₆/N₂ mešani plin, ki vsebuje 20 % SF₆ plina, je potreben tlak plina približno 1,4-krat večji kot za čist SF₆ plin. Za prekinitveni ventil na mestu bi bil potreben tlak plina 1,12 MPa, kar postavlja nove zahteve za celotno strukturo prekinitvenega ventilnika.

Namestitev grelnih naprav

Glavni zunanjifaktor za tekočenje SF₆ plina je, da je okoljska temperatura nižja od njegove temperature tekočenja. Če se okoli rezervoara namesti sledilni grelec, ki segreva rezervoar in poviša njegov temperatur, se lahko reši problem tekočenja.

Tank-type prekinitveni ventilniki Hangzhou Siemens uporabljajo švicarski trafag gostočni relej, ki ima funkcijo temperaturne kompenzacije, in njegov kazalec odraža spremembo gostote plina, ne pa spremembo tlaka. Princip kazalca tega gostočnega releja je, da spremlja gostoto plina z primerjavo razlike v tlaku med plinom v rezervoaru prekinitvenega ventilnika in standardnim plinom, ki ga nosi gostočni relej. Kot je prikazano na Sliki 7, ko se okoljska temperatura spreminja v območju nad temperaturo tekočenja, se tlaki plinov v obeh plinskih prostorih spremenita hkrati, razlika v tlaku je nič, razširni spoj ni deloval, in kazalec merila ni premaknil; ko se plin v rezervoaru teče ali propade, se relativno poviša tlak standardnega plina, razširni spoj deluje, kar povzroči premikanje kazalca merila.

Ko okoljska temperatura pada na temperaturo tekočenja, se aktivira sledilni grelec, in temperatura rezervoara se poviša. To ustvari temperaturno razliko med plinom znotraj rezervoara in plinom znotraj razširnega spoja, kar povzroči odstopanje kazalca merila in prepreči, da točno odraža dejansko stanje plina znotraj rezervoara.

Zaključek

Ta članek kratko opiše proces tekočenja SF₆ plina. Glede problema tekočenja SF₆ plina, ki se je pojavil med namestitvijo tank-type prekinitvenih ventilnikov v AC filtru postaji Ximeng, so predlagane tri rešitve in razpravljal: zmanjšanje količine plina, zamenjava z mešanim plinom in dodajanje grelnih naprav. Skozi analizo in primerjavo je bilo ugotovljeno, da zmanjšanje količine plina in zamenjava z mešanim plinom vplivata na izolacijske in lukougasne zmogljivosti plina, zato nista primerna. Metoda uporabe sledilnega grelca za segrevanje rezervoara, da se prepreči tekočenje plina, čeprav bo povzročila določeno napako v kazalcu merila, lahko zagotovi gladko izvedbo prejemnega preskusa opreme, zato je boljša rešitev.