การหารือเกี่ยวกับปัญหาการควบแน่นของก๊าซในระหว่างการติดตั้งวงจรตัดไฟในถังในพื้นที่อากาศหนาวจัด

คำอธิบายทางเทคนิคเกี่ยวกับวงจรตัดไฟ SF₆ และปัญหาการควบแน่นของก๊าซ

วงจรตัดไฟ SF₆ ที่ใช้ก๊าซซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ ซึ่งมีคุณสมบัติในการดับอาร์กและฉนวนที่ดีเยี่ยมเป็นสื่อดับอาร์ก มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้า เครื่องมือนี้เหมาะสมสำหรับการทำงานที่ต้องการความถี่สูงและการตัดวงจรที่รวดเร็ว ในประเทศจีน วงจรตัดไฟ SF₆ ส่วนใหญ่ใช้ในระดับแรงดัน 110kV ขึ้นไป แต่เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของก๊าซ SF₆ อาจทำให้ก๊าซควบแน่นภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิและแรงดันบางประการ ทำให้ความหนาแน่นของก๊าซ SF₆ ในถังวงจรตัดไฟลดลง เมื่อความหนาแน่นลดลงถึงระดับหนึ่ง วงจรตัดไฟจะทริกเกอร์ล็อกเอาต์ ในบางพื้นที่ของจีน เช่น เขตมองโกลใน อีสาน ซินเจียง และทิเบต ที่อุณหภูมิแวดล้อมอาจลดลงถึง -30°C หรือต่ำกว่านั้นในช่วงฤดูหนาว ปรากฏการณ์ล็อกเอาต์จากการควบแน่นของก๊าซ SF₆ จะเกิดขึ้นบ่อยครั้ง

คำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับการควบแน่นของก๊าซ SF₆

ก๊าซ SF₆ มีความเสถียรทางเคมีสูงมาก เป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรสชาติ และไม่ติดไฟที่อุณหภูมิและความดันปกติ และมีคุณสมบัติฉนวนและดับอาร์กที่ดีเยี่ยม

อุณหภูมิวิกฤตของก๊าซหมายถึงอุณหภูมิสูงสุดที่ก๊าซสามารถควบแน่นได้ หากอุณหภูมิสูงกว่าค่านี้ ก๊าซจะไม่สามารถควบแน่นได้ไม่ว่าจะใช้แรงดันเท่าใด

สำหรับ "ก๊าซถาวร" เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน และฮีเลียม อุณหภูมิวิกฤตอยู่ต่ำกว่า -100°C ดังนั้นไม่จำเป็นต้องพิจารณาการควบแน่นของก๊าซที่อุณหภูมิแวดล้อม แต่ก๊าซ SF₆ แตกต่างออกไป อุณหภูมิวิกฤตคือ 45.6°C สามารถรักษาสถานะก๊าซได้เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 45.6°C ที่อุณหภูมิแวดล้อม หากแรงดันภายนอกเพิ่มขึ้นถึงค่าหนึ่ง ก๊าซสามารถควบแน่นได้ ดังนั้นสำหรับอุปกรณ์ที่เติมก๊าซ SF₆ จำเป็นต้องพิจารณาปัญหาการควบแน่นของก๊าซ

กราฟคุณสมบัติของก๊าซ SF₆ แสดงในรูปที่ 1 ภายใต้เงื่อนไขความหนาแน่นของก๊าซคงที่ ρ เมื่ออุณหภูมิลดลง แรงดันของก๊าซก็จะลดลงตาม เมื่ออุณหภูมิลดลงถึงจุดควบแน่น A ที่สอดคล้องกับความหนาแน่นของก๊าซนี้ ก๊าซจะเริ่มควบแน่น และความหนาแน่นของก๊าซจะลดลง

สภาพจริงบนที่ตั้ง

สถานีแปลงไฟ Ximeng ตั้งอยู่ที่ Chaoke Wula Sumu, เมือง Xilinhot, ลีก Xilingol, เขตปกครองตนเองมองโกลใน ที่ระดับความสูง 914 เมตร และละติจูด 44.2° มีช่วงเวลาทำความร้อนนานถึงเจ็ดเดือน และถูกจัดประเภทเป็นพื้นที่หนาวจัดในประเทศจีน ในลานตัวกรอง AC ของสถานี มีการติดตั้งวงจรตัดไฟแบบถัง 3AP3 DT ผลิตโดย Hangzhou Siemens จำนวน 20 ชุด พร้อมแรงดันกำหนด 550 kV วงจรตัดไฟเหล่านี้มาพร้อมกับเครื่องวัดความหนาแน่นที่มีฟังก์ชันชดเชยอุณหภูมิ และการระบุค่าสะท้อนการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของก๊าซแทนที่จะเป็นแรงดัน ค่าพารามิเตอร์หลักของวงจรตัดไฟแสดงในตาราง 1

ระหว่างกระบวนการติดตั้ง การเติมก๊าซดำเนินการอย่างเคร่งครัดตามพารามิเตอร์ที่ผู้ผลิตให้ไว้ แรงดันเติมก๊าซที่กำหนดไว้คือ 0.8 MPa แรงดันแจ้งเตือนคือ 0.72 MPa และแรงดันล็อกเอาต์คือ 0.7 MPa (แรงดันเกจที่ 20°C) กราฟคุณสมบัติของก๊าซ SF₆ แสดงในรูปที่ 2 จากกราฟจะเห็นได้ว่า เมื่อถังมีการปิดสนิทและไม่มีการรั่วไหลของก๊าซ ก๊าซภายในถังจะควบแน่นเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -18°C จะมีการแจ้งเตือนเมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -21°C และวงจรตัดไฟจะล็อกเอาต์เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -22°C สภาพจริงบนที่ตั้งแสดงในรูปที่ 3

สภาพจริงบนที่ตั้งสอดคล้องกับผลลัพธ์ที่ได้จากกราฟคุณสมบัติ

 ตามสถานการณ์การจัดส่งวัสดุและงานติดตั้งอุปกรณ์ วงจรตัดไฟแบบถังได้ทำการติดตั้ง ปั๊มสุญญากาศ และเติมก๊าซในปลายพฤศจิกายน การทดสอบส่งมอบอุปกรณ์และการทดสอบและปรับตั้งค่าทำงานรวมอยู่ในสิบวันแรกของเดือนธันวาคม ในเวลานั้น อุณหภูมิแวดล้อมลดลงต่ำกว่า -22°C และวงจรตัดไฟที่ติดตั้งทั้งหมดถูกล็อกเอาต์ ทำให้ไม่สามารถดำเนินการทดสอบส่งมอบอุปกรณ์วงจรตัดไฟได้ตามปกติ ซึ่งส่งผลกระทบต่อแผนงานการก่อสร้างของสถานีทั้งหมด

วิธีแก้ไข

เนื่องจากปรากฏการณ์ล็อกเอาต์ที่เกิดขึ้นบนที่ตั้ง วิธีแก้ไขดังต่อไปนี้ถูกเสนอ:

ลดปริมาณการเติมก๊าซ

จากกราฟคุณสมบัติของก๊าซ SF₆ สามารถเห็นได้ว่า เมื่อปริมาณการเติมก๊าซภายในถังลดลง อุณหภูมิการควบแน่นของก๊าซจะลดลง และอุณหภูมิการล็อกเอาต์ที่สอดคล้องก็จะลดลงตาม ตัวอย่างเช่น เมื่อแรงดันการเติมก๊าซที่กำหนดลดลงเหลือ 0.56 MPa อุณหภูมิการควบแน่นจะเป็น -28°C และอุณหภูมิการล็อกเอาต์จะเป็น -32°C ที่เวลานั้น อุณหภูมิการควบแน่นจะต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม และจะไม่มีปรากฏการณ์ล็อกเอาต์ แต่หลังจากลดปริมาณการเติมก๊าซ ประสิทธิภาพการดับอาร์กและฉนวนของวงจรตัดไฟจะลดลง วิธีการที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพสุดท้ายของอุปกรณ์และส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพจำเป็นต้องได้รับการศึกษาและพิสูจน์อย่างละเอียดโดยหน่วยออกแบบและผู้ผลิตก่อนการดำเนินการ

หากสภาพสุดท้ายของอุปกรณ์ไม่ต้องการเปลี่ยนแปลง คือ ลดปริมาณการเติมก๊าซลงถึงค่าหนึ่ง (เช่น 0.6 MPa) ก่อนการทดสอบส่งมอบ และเติมก๊าซให้ครบถึงค่าที่กำหนดหลังจากทดสอบและปรับตั้งค่าทำงานเสร็จสิ้น วิธีนี้อาจดูเหมือนเป็นไปได้ แต่ในความเป็นจริงแล้วไม่เป็นเช่นนั้น เนื่องจากหลังจากลดปริมาณการเติมก๊าซ ประสิทธิภาพฉนวนของวงจรตัดไฟจะลดลง โดยไม่มีการพิสูจน์อย่างแม่นยำ มีโอกาสที่วงจรตัดไฟจะทะลุระหว่างการทดสอบความทนทานต่อแรงดัน นอกจากนี้ แม้จะผ่านการทดสอบอย่างราบรื่น ผลลัพธ์ของการทดสอบก็ไม่มีค่าอ้างอิง การทดสอบส่งมอบอุปกรณ์เป็นการตรวจสอบคุณภาพการผลิตของผู้ผลิตและคุณภาพการติดตั้งของผู้ติดตั้ง และควรดำเนินการหลังจากติดตั้งอุปกรณ์เสร็จสิ้น และกระบวนการเติมก๊าซเป็นขั้นตอนหนึ่งในการติดตั้งอุปกรณ์

ใช้ก๊าซผสม

ปัจจุบัน ทั้งในและต่างประเทศ มีการปฏิบัติในการลดอุณหภูมิการควบแน่นโดยการผสมก๊าซอื่น ๆ (เช่น CF₄, CO₂, และ N₂) ลงในก๊าซ SF₆ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพฉนวนและการดับอาร์กของก๊าซผสมไม่สามารถเทียบเท่ากับก๊าซ SF₆ บริสุทธิ์ ภายใต้แรงดันการเติมก๊าซเท่ากัน ความสามารถในการตัดกระแสของวงจรตัดไฟที่เติมก๊าซผสมจะต่ำกว่าวงจรตัดไฟที่เติมก๊าซ SF₆ บริสุทธิ์ประมาณ 20% หากต้องการประสิทธิภาพฉนวนเท่ากัน แรงดันการเติมก๊าซผสมต้องสูงกว่าก๊าซ SF₆ บริสุทธิ์

ยกตัวอย่างเช่น ก๊าซผสม SF₆/N₂ สามารถใช้สูตรคำนวณดังต่อไปนี้:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

ในสูตร Pm คือ แรงดันการเติมก๊าซผสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพฉนวนเท่ากัน P_SF6 คือ แรงดันการเติมก๊าซ SF₆ บริสุทธิ์ และ x% คือ เปอร์เซ็นต์ของก๊าซ SF₆ ในก๊าซผสม จากสูตรดังกล่าว สำหรับก๊าซผสม SF₆/N₂ ที่มีก๊าซ SF₆ 20% แรงดันการเติมก๊าซที่ต้องการคือประมาณ 1.4 เท่าของก๊าซ SF₆ บริสุทธิ์ สำหรับวงจรตัดไฟบนที่ตั้ง แรงดันการเติมก๊าซต้องถึง 1.12 MPa ซึ่งสร้างความต้องการใหม่สำหรับโครงสร้างวงจรตัดไฟทั้งหมด

ติดตั้งอุปกรณ์ทำความร้อน

ปัจจัยภายนอกหลักที่ทำให้ก๊าซ SF₆ ควบแน่นคืออุณหภูมิแวดล้อมต่ำกว่าอุณหภูมิการควบแน่น หากติดตั้งเครื่องทำความร้อนรอบถังเพื่อทำความร้อนถังและเพิ่มอุณหภูมิ ปัญหาการควบแน่นก็จะได้รับการแก้ไข

วงจรตัดไฟแบบถังของ Hangzhou Siemens ใช้เครื่องวัดความหนาแน่นของ Trafag ที่มีฟังก์ชันชดเชยอุณหภูมิ และการระบุค่าสะท้อนการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของก๊าซแทนที่จะเป็นแรงดัน หลักการระบุค่าของเครื่องวัดความหนาแน่นนี้คือการตรวจสอบความหนาแน่นของก๊าซโดยเปรียบเทียบความแตกต่างของแรงดันระหว่างก๊าซในถังวงจรตัดไฟและก๊าซมาตรฐานที่นำมากับเครื่องวัดความหนาแน่น ดังแสดงในรูปที่ 7 เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเปลี่ยนแปลงภายในช่วงที่สูงกว่าอุณหภูมิการควบแน่น แรงดันของก๊าซในสองห้องก๊าซจะเปลี่ยนแปลงพร้อมกัน ความแตกต่างของแรงดันเป็นศูนย์ ข้อต่อขยายไม่ทำงาน และเข็มไม่เคลื่อนที่ เมื่อก๊าซในถังควบแน่นหรือรั่ว แรงดันของก๊าซมาตรฐานจะเพิ่มขึ้น ข้อต่อขยายจะทำงาน ทำให้เข็มเคลื่อนที่

เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมลดลงถึงอุณหภูมิการควบแน่น เครื่องทำความร้อนจะทำงาน และอุณหภูมิของถังจะเพิ่มขึ้นตาม ทำให้มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างก๊าซภายในถังและก๊าซภายในข้อต่อขยาย ทำให้การระบุค่าของเข็มคลาดเคลื่อนและไม่สามารถสะท้อนสภาพจริงของก๊าซภายในถังได้อย่างถูกต้อง

สรุป

บทความนี้บรรยายสั้น ๆ เกี่ยวกับกระบวนการควบแน่นของก๊าซ SF₆ เกี่ยวกับปัญหาการควบแน่นของก๊าซ SF₆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการติดตั้งวงจรตัดไฟแบบถังในลานตัวกรอง AC ของสถานีแปลงไฟ Ximeng ได้เสนอวิธีแก้ไขสามวิธีและหารือ: ลดปริมาณการเติมก๊าซ แทนที่ด้วยก๊าซผสม และเพิ่มอุปกรณ์ทำความร้อน ผ่านการวิเคราะห์และเปรียบเทียบพบว่า ทั้งการลดปริมาณการเติมก๊าซและการแทนที่ด้วยก๊าซผสมจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพฉนวนและการดับอาร์กของก๊าซ ดังนั้นไม่เหมาะสม วิธีการใช้เครื่องทำความร้อนเพื่อทำความร้อนถังเพื่อป้องกันการควบแน่นของก๊าซ แม้จะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการระบุค่าของเข็ม แต่สามารถรับประกันการทดสอบส่งมอบอุปกรณ์ได้ราบรื่น ดังนั้นเป็นวิธีแก้ไขที่เหมาะสมมากที่สุด