Razgovor o problemu tečenja gasa tokom instalacije rezervornih prekidača u regionima sa ekstremno niskim temperaturama

Tehničko objašnjenje prekidača s šestfluoridom sirovinog (SF₆) i izazovi u vezi likvefakcije gasa

Prekidači sa šestfluoridom sirovinog (SF₆) koji koriste šestfluorid sirovinog gasa - poznat po svojim odličnim svojstvima za ugasevanje luka i izolaciju - kao sredstvo za ugasevanje luka, su široko primenjeni u sistemima snabdijevanja električnom energijom. Ovi prekidači su pogodni za česte operacije i situacije koje zahtevaju brzo prekidanje. U Kini, prekidači sa SF₆ gasom su uglavnom korišćeni za naponske nivoe od 110kV i više. Međutim, zbog fizičkih osobina SF₆ gasa, on može da se likvefaktuje pod određenim temperaturnim i pritanskim uslovima, što dovodi do smanjenja gustine SF₆ gasa u rezervoaru prekidača. Kada se gustina snizi do određene vrednosti, prekidač će aktivirati zaključavanje zaštite. U nekim regionima Kine, poput Vnutrašnjeg Mongola, Sjeveroistočne Kine, Sinđianga i Tibeta, gde može biti -30°C ili niže tokom zime, fenomen zaključavanja uzrokovan likvefakcijom SF₆ gasa se događa od vremena do vremena.

Kratko objašnjenje likvefakcije SF₆ gasa

SF₆ gas ima izuzetno visoku hemijsku stabilnost. To je bezbojan, bezmirkov, bezukusan i negoriv gas pri normalnoj temperaturi i pritisku, sa odličnim izolativnim i lukougasivim svojstvima.

Kritična temperatura gasa odnosi se na najvišu temperaturu pri kojoj gas može biti likvefaktovan. Kada je temperatura viša od ove vrednosti, gas ne može biti likvefaktovan bez obzira na koliki pritisak se primeni.

Za "trajne gasove" kao što su kiseonik, azot, vodonik i helij, njihove kritične temperature su ispod -100°C, tako da se likvefakcija gasa ne mora uzeti u obzir pri okružujućim temperaturama. SF₆ gas je drugačiji; njegova kritična temperatura je 45.6°C. Može održavati konstantnu plinastu formu samo kada je temperatura iznad 45.6°C. Pri okružujućim temperaturama, može biti likvefaktovan kada vanjski pritisak dostigne određenu vrednost. Stoga, za opremu napunjenu SF₆ gasom, problem likvefakcije gasa treba uzeti u obzir.

Krivulja parametara stanja SF₆ gasa prikazana je na slici 1. Pod uslovom konstantne gustine gasa ρ, kako temperatura opada, pritisak gasa se smanjuje. Kada temperatura padne do tačke likvefakcije A koja odgovara ovoj gustini gasa, gas počinje da se likvefaktuje, a gustina gasa se smanjuje.

Stvarna situacija na mestu

Konverterna stanica Ximeng nalazi se u Chaoke Wula Sumu, Xilinhot gradu, Xilingol ligi, Autonomnom okrugu Vnutrašnji Mongol. Sa nadmorskom visinom od 914 metara i geografskom širinom od 44.2°, ima ogrjevni period od sedam meseci i smatra se ekstremno hladnim regionom u Kini. U akumulatornom filtru stanice su instalirani 20 setova tank-tip prekidača 3AP3 DT proizvedenih od strane Hangzhou Siemens, sa nominalnim naponom od 550 kV. Ovi prekidači su opremljeni reljema za gustinu sa funkcijom kompenzacije temperature, a njihove indikacije odražavaju promenu gustine gasa, a ne promenu pritiska. Glavni parametri prekidača prikazani su u Tabeli 1.

Tokom procesa instalacije, punjenje gasom je izvršeno u strogoj skladnosti sa parametrima datim od strane proizvođača. Nominalni pritisak punjenja gasom bio je postavljen na 0.8 MPa, alarmni pritisak na 0.72 MPa, a pritisak za zaključavanje na 0.7 MPa (gajevi pritisak na 20°C). Krivulja parametara stanja SF₆ gasa prikazana je na slici 2. Kao što se može videti na slici, kada je rezervoar dobro zatvoren i ne postoji curenje gasa, gas unutar rezervoara će se likvefaktovati kada temperatura padne do -18°C; alarm će biti aktiviran kada temperatura dosegnem -21°C; a prekidač će biti zaključan kada temperatura padne do -22°C. Stvarna situacija na mestu prikazana je na slici 3.

Stvarna situacija na mestu je u skladu sa rezultatima dobijenim iz krivulje parametara stanja.

 Prema stvarnoj situaciji sa snabdevanjem materijalima na mestu i napretku instalacije opreme, tank-tip prekidači su završili instalaciju, vakuumiranje i punjenje gasom kasom novembra. Prijemne ispitivanje opreme i radove komisionisanja su koncentrisani u prvih deset dana decembra. U tom trenutku, okružujuća temperatura je pala ispod -22°C, a svi instalirani prekidači su bili zaključani, čime nije bilo moguće normalno izvršiti prijemne ispitivanje opreme prekidača, što je uticalo na termine izgradnje cele stanice.

Rešenja

U svetlu gore navedenih pojava zaključavanja na mestu, predlažu se sledeća rešenja:

Smanjenje količine punjenja gasom

Iz krivulje karakteristika parametara SF₆ gasa može se videti da kada se količina punjenja gasom unutar rezervoara smanji, temperatura likvefakcije gasa će pasti, a odgovarajuća temperatura zaključavanja će takođe pasti. Na primer, kada se nominalni pritisak punjenja gasom podesi na 0.56 MPa, temperatura likvefakcije je -28°C, a temperatura zaključavanja je -32°C. U tom trenutku, temperatura likvefakcije je niža od okružujuće temperature, i neće doći do pojave zaključavanja. Međutim, nakon smanjenja količine punjenja gasom, lukougasiva i izolativna sposobnost prekidača će oba pasti. Takve metode koje uključuju promene konačnog stanja opreme i uticaj na performanse potrebno je temeljito istražiti i dokazati od strane projektantskog tima i proizvođača pre nego što se implementiraju.

Ako se konačno stanje opreme ne menja, to jest, smanjuje se količina punjenja gasom na određenu vrednost (na primer 0.6 MPa) pre prijemnih ispitivanja, a nakon završetka ispitivanja i komisionisanja dopunjuje se količina punjenja gasom do nominalne vrednosti. Ova metoda može delovati kao moguća, ali zapravo to nije. Prvo, nakon smanjenja količine punjenja gasom, izolativna sposobnost prekidača se pogoršava. Bez precizne demonstracije, postoji mogućnost da bi prekidač mogao biti proboden tokom ispitivanja otpornosti na napon. Drugo, čak i ako se ispitivanje uspešno odvije, rezultati ispitivanja nemaju referentnu vrednost. Prijemno ispitivanje opreme jeste pregled kvaliteta proizvodnje proizvođača i kvaliteta montaže montera, i treba se izvršiti nakon potpune završetke instalacije opreme. Proces punjenja gasom je jasno korak u procesu instalacije opreme.

Korišćenje mešovitog gasa

Trenutno, kod kuće i u inozemstvu, postoje prakse smanjenja temperature likvefakcije miješanjem određenog procenata drugih gasova (kao što su CF₄, CO₂ i N₂) u SF₆ gas. Međutim, izolativna i lukougasiva sposobnost mešovitog gasa ne može dostići nivo čistog SF₆ gasa. Pod istim pritiskom punjenja gasom, kapacitet prekidača punjenog mešovitim gasom za prekid struje biće oko 20% niži od prekidača punjenog čistim SF₆ gasom. Ako se želi dostići ista izolativna sposobnost, pritisak punjenja mešovitog gasa mora biti veći od pritiska punjenja čistim SF₆ gasom.

Na primer, za mešoviti SF₆/N₂ gas, može se koristiti sledeća formula:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

U formuli, Pm je pritisak punjenja mešovitog gasa za dostizanje iste izolativne sposobnosti, P_SF6 je pritisak punjenja čistog SF₆ gasa, a x% je procentualni sadržaj SF₆ gasa u mešovitom gasu. Iz navedene formule može se videti da za mešoviti SF₆/N₂ gas sa 20% SF₆ gasa, potreban pritisak punjenja gasom mora biti oko 1.4 puta veći od pritiska punjenja čistim SF₆ gasom. Za prekidač na mestu, pritisak punjenja gasom treba da dostigne 1.12 MPa, što postavlja nove zahteve za celokupnu strukturu prekidača.

Instalacija grejnih uređaja

Glavni spoljni faktor za likvefakciju SF₆ gasa jeste da je okružujuća temperatura niža od njegove temperature likvefakcije. Ako se grejalica za praćenje instalira oko rezervoara kako bi se grejao rezervoar i povećala njegova temperatura, problem likvefakcije može biti rešen.

Tank-tip prekidači Hangzhou Siemens koriste švicarski trafag reljef za gustinu, koji ima funkciju kompenzacije temperature, a njegova indikacija odražava promenu gustine gasa, a ne promenu pritiska. Princip indikacije ovog reljefa za gustinu je da nadgleda gustinu gasa upoređujući razliku pritiska između gasa u rezervoaru prekidača i standardnog gasa nosenog reljefom za gustinu. Kao što je prikazano na slici 7, kada se okružujuća temperatura menja u opsegu iznad temperature likvefakcije, pritisci gasa u dva gasna prostora se menjaju istovremeno, razlika pritiska je nula, širenje spojnica ne deluje, a kazaljka merila se ne pomera; kada se gas u rezervoaru likvefaktuje ili cede, pritisak standardnog gasa relativno raste, širenje spojnica deluje, što dovodi do pomeranja kazaljke merila.

Kada okružujuća temperatura pada do temperature likvefakcije, grejalica za praćenje se aktivira, a temperatura rezervoara se povećava. To stvara temperaturnu razliku između gasa unutar rezervoara i gasa unutar širenja spojnica, što dovodi do odstupanja indikacije merila i sprečava da točno odražava stvarno stanje gasa unutar rezervoara.

Zaključak

Ovaj rad kratko opisuje proces likvefakcije SF₆ gasa. U vezi problema likvefakcije SF₆ gasa koji se dogodio tokom instalacije tank-tip prekidača u akumulatornom filtru stanice Ximeng, predložena su tri rešenja i diskutovana: smanjenje količine punjenja gasom, zamena mešovitim gasom i dodavanje grejnih uređaja. Analizom i poređenjem utvrđeno je da bi smanjenje količine punjenja gasom i zamena mešovitim gasom uticala na izolativna i lukougasiva svojstva gasa, pa nisu pogodna. Metoda korišćenja grejalice za praćenje za zagrevanje rezervoara kako bi se sprečila likvefakcija gasa, iako bi izazvala određenu grešku u indikaciji merila, može osigurati glatko izvršenje prijemnih ispitivanja opreme, te je to bolje rešenje.