Talakayan tungkol sa Problema ng Pagliliquefy ng Gas sa Pag-install ng Tank Circuit Breakers sa Mga Rehiyon na May Malamig na Klima

Teknikal na Paliwanag ng Sulfur Hexafluoride (SF₆) Circuit Breakers at mga Hamon sa Pag-liquefy ng Gas

Ang mga circuit breaker na gumagamit ng sulfur hexafluoride gas—kilala sa kanyang mahusay na katangian sa pag-quench ng ark at insulasyon—bilang medium para sa pag-extinguish ng ark, ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng kuryente. Ang mga circuit breakers na ito ay angkop para sa madalas na operasyon at mga sitwasyon na nangangailangan ng mabilis na pag-interrupt. Sa Tsina, ang mga SF₆ circuit breakers ay pangunahing ginagamit para sa antas ng volt na 110kV at higit pa. Gayunpaman, dahil sa pisikal na katangian ng gas na SF₆, ito maaaring ma-liquefy sa ilang kondisyong temperatura at presyon, na nagdudulot ng pagbaba ng densidad ng gas na SF₆ sa tangki ng circuit breaker. Kapag ang densidad ay bumaba sa isang tiyak na lebel, ang circuit breaker ay magtutrigger ng lockout sa proteksyon. Sa ilang rehiyon ng Tsina, tulad ng Inner Mongolia, Northeast China, Xinjiang, at Tibet, kung saan ang temperatura ng kapaligiran maaaring umabot sa -30°C o mas mababa pa sa taglamig, ang pagkakaroon ng lockout dahil sa pag-liquefy ng gas na SF₆ ay kasinlaking nangyayari.

Maikling Paliwanag ng Pag-liquefy ng Gas na SF₆

Ang gas na SF₆ ay may napakataas na kemikal na estabilidad. Ito ay isang walang kulay, walang amoy, walang lasa, at hindi mainit na gas sa normal na temperatura at presyon, na may mahusay na katangian sa insulasyon at pag-quench ng ark.

Ang critical temperature ng isang gas ay tumutukoy sa pinakamataas na temperatura kung saan maaaring ma-liquefy ang gas. Kapag ang temperatura ay mas mataas sa halagang ito, ang gas ay hindi maaaring ma-liquefy kahit gaano pa kataas ang presyon na ipapaloob.

Para sa mga "permanent gases" tulad ng oxygen, nitrogen, hydrogen, at helium, ang kanilang critical temperatures ay nasa ibaba ng -100°C, kaya ang pag-liquefy ng gas ay hindi kailangang isipin sa temperatura ng kapaligiran. Ang gas na SF₆ ay iba; ang kanyang critical temperature ay 45.6°C. Ito lamang maaaring panatilihin ang constant gaseous state kapag ang temperatura ay nasa itaas ng 45.6°C. Sa temperatura ng kapaligiran, ito maaaring ma-liquefy kapag ang panlabas na presyon ay umabot sa isang tiyak na halaga. Kaya, para sa mga aparato na puno ng gas na SF₆, kailangang isipin ang problema ng pag-liquefy ng gas.

Ang state parameter curve ng gas na SF₆ ay ipinapakita sa Figure 1. Sa kondisyon ng constant gas density ρ, habang bumababa ang temperatura, ang presyon ng gas ay sumusunod nang bumaba. Kapag ang temperatura ay bumaba sa liquefaction point A na kumakatawan sa gas density na ito, ang gas ay nagsisimula nang ma-liquefy, at ang densidad ng gas ay bumababa.

Tunay na Sitwasyon sa Lokasyon

Ang Ximeng Converter Station ay matatagpuan sa Chaoke Wula Sumu, Xilinhot City, Xilingol League, Inner Mongolia Autonomous Region. May altitude na 914 metro at latitude na 44.2°, ito ay may heating period na hanggang pitong buwan at itinuturing bilang isang severe cold region sa Tsina. Sa AC filter yard ng istasyon, may 20 set ng 3AP3 DT tank-type circuit breakers na gawa ng Hangzhou Siemens, na may rated voltage na 550 kV. Ang mga circuit breakers na ito ay mayroong density relays na may temperature-compensation function, at ang kanilang indications ay nagpapakita ng pagbabago sa densidad ng gas hindi ang pagbabago ng presyon. Ang pangunahing parameters ng mga circuit breakers ay ipinapakita sa Table 1.

Sa proseso ng pag-install, ang pag-charge ng gas ay ginawa nang may tiyak na pagsunod sa parameters na ibinigay ng manufacturer. Ang rated gas-charging pressure ay itinakda sa 0.8 MPa, ang alarm pressure ay 0.72 MPa, at ang lock-out pressure ay 0.7 MPa (gauge pressure sa 20°C). Ang state parameter curve ng gas na SF₆ ay ipinapakita sa Figure 2. Tulad ng makikita sa figure, kapag ang tangki ay maayos na sealed at walang pag-leak ng gas, ang gas sa loob ng tangki ay magsisimula nang ma-liquefy kapag ang temperatura ay bumaba sa -18°C; ang alarm ay mag-trigger kapag ang temperatura ay umabot sa -21°C; at ang circuit breaker ay locked out kapag ang temperatura ay bumaba sa -22°C. Ang tunay na sitwasyon sa lokasyon ay ipinapakita sa Figure 3.

Ang tunay na sitwasyon sa lokasyon ay tugma sa resulta na nakuha mula sa state parameter curve.

 Ayon sa supply situation ng materyales sa lokasyon at progreso ng pag-install ng aparato, ang mga tank-type circuit breakers ay natapos ang pag-install, vacuum-pumping, at gas-filling operations sa huling bahagi ng Nobyembre. Ang equipment handover tests at commissioning work ay nakonsentrado sa unang sampung araw ng Disyembre. Sa oras na ito, ang temperatura ng kapaligiran ay bumaba sa ibaba ng -22°C, at lahat ng na-install na circuit breakers ay locked out, na nagresulta sa hindi maaaring normal na pag-conduct ng circuit breaker equipment handover tests at nag-apektuhan ang construction schedule nodes ng buong istasyon.

Mga Solusyon

Sa gitna ng nabanggit na mga lock-out phenomena sa lokasyon, ang mga sumusunod na solusyon ay inihanda:

Paggamit ng Mas Mababang Bilang ng Gas-Charging

Makikita mula sa SF₆ gas parameter characteristic curve na kapag ang bilang ng gas-charging sa loob ng tangki ay bumaba, ang temperatura ng liquefaction ay bababa, at ang corresponding lock-out temperature ay sumunod nang bababa. Halimbawa, kapag ang rated gas-charging pressure ay in-adjust sa 0.56 MPa, ang liquefaction temperature ay -28°C, at ang lock-out temperature ay -32°C. Sa oras na ito, ang liquefaction temperature ay mas mababa kaysa sa temperatura ng kapaligiran, at walang lock-out phenomenon. Gayunpaman, pagkatapos ng pagbawas ng bilang ng gas-charging, ang arc-quenching performance at insulating performance ng circuit breaker ay parehong bababa. Ang mga paraan na may pagbabago sa final state ng aparato at nag-aapekto sa kanyang performance ay kailangang mapag-aralan at ipakilala ng design unit at manufacturer bago ma-implement.

Kung ang final state ng aparato ay hindi gagantiin, na ang pagbawas ng bilang ng gas-charging sa isang tiyak na halaga (tulad ng 0.6 MPa) bago ang handover test at pag-replenish ng bilang ng gas-charging sa rated value pagkatapos ng test at commissioning ay tapos. Ang paraan na ito maaaring mukhang feasible, ngunit sa realidad, hindi ito. Una, pagkatapos ng pagbawas ng bilang ng gas-charging, ang insulating performance ng circuit breaker ay bumababa. Walang accurate demonstration, may posibilidad na ang circuit breaker break ay maaaring ma-puncture sa withstand voltage test. Pangalawa, kahit na ang test ay maipasa nang maayos, ang resulta ng test ay walang reference value. Ang equipment handover test ay isang pagsusuri sa quality ng production ng manufacturer at quality ng installation ng installer, at dapat itong gawin pagkatapos ng ganap na pag-install ng aparato. At ang proseso ng gas-charging ay malinaw na isang hakbang sa proseso ng installation ng aparato.

Paggamit ng Mixed Gas

Ngayon, sa lokal at internasyonal, may mga praktika ng pagbabawas ng liquefaction temperature sa pamamagitan ng pag-mix ng isang proporsyon ng iba pang mga gas (tulad ng CF₄, CO₂, at N₂) sa gas na SF₆. Gayunpaman, ang insulating at arc-quenching performances ng mixed gas ay hindi maaaring marating ang lebel ng pure SF₆ gas. Sa parehong gas-charging pressure, ang current-breaking capacity ng circuit breaker na puno ng mixed gas ay maaaring humigit-kumulang 20% mas mababa kaysa sa circuit breaker na puno ng pure SF₆ gas. Kung ang parehong insulating performance ay gusto, ang gas-charging pressure ng mixed gas ay kailangang mas mataas kaysa sa pure SF₆ gas.

Tinatakdahan ng SF₆/N₂ mixed gas, ang sumusunod na formula ng calculation ay maaaring gamitin:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Sa formula, Pm ay ang gas-charging pressure ng mixed gas upang marating ang parehong insulating performance, P_SF6 ay ang gas-charging pressure ng pure SF₆ gas, at x% ay ang percentage content ng gas na SF₆ sa mixed gas. Makikita mula sa itaas na formula na para sa SF₆/N₂ mixed gas na may 20% SF₆ gas, ang kinakailangang gas-charging pressure ay humigit-kumulang 1.4 beses ng pure SF₆ gas. Para sa circuit breaker sa lokasyon, ang gas-charging pressure ay kailangang umabot sa 1.12 MPa, na nagbibigay ng bagong requirements para sa buong structure ng circuit breaker.

Pag-install ng Heating Devices

Ang pangunahing external factor para sa liquefaction ng gas na SF₆ ay ang temperatura ng kapaligiran na mas mababa kaysa sa liquefaction temperature. Kung isang tracing heater ay iinstall sa paligid ng tangki upang initin ang tangki at itaas ang temperatura nito, ang problema ng liquefaction ay maaaring lutasin.

Ang mga tank-type circuit breakers ng Hangzhou Siemens ay gumagamit ng Swiss trafag density relay, na may temperature-compensation function at ang indication nito ay nagpapakita ng pagbabago sa densidad ng gas hindi ang pagbabago ng presyon. Ang principle ng indication ng density relay na ito ay nag-monitor ng densidad ng gas sa pamamagitan ng pag-compare ng pressure difference sa pagitan ng gas sa tangki ng circuit breaker at standard gas na dinala ng density relay. Tulad ng ipinapakita sa Figure 7, kapag ang temperatura ng kapaligiran ay nagbabago sa range na nasa itaas ng liquefaction temperature, ang gas pressures sa dalawang gas chambers ay nagbabago pareho, ang pressure difference ay zero, ang expansion joint ay hindi gumagana, at ang meter pointer ay hindi gumagalaw; kapag ang gas sa tangki ay naging liquefied o nag-leak, ang presyon ng standard gas ay relatibong tumaas, ang expansion joint ay gumagana, na nagresulta sa paggalaw ng meter pointer.

Kapag ang temperatura ng kapaligiran ay bumaba sa liquefaction temperature, ang tracing heater ay aktibo, at ang temperatura ng tangki ay tumaas. Ito ay nagreresulta sa isang temperatura difference sa pagitan ng gas sa loob ng tangki at gas sa loob ng expansion joint, na nagdudulot ng deviation sa indication ng meter at hindi ito maaaring accurately reflect ang actual condition ng gas sa loob ng tangki.

Kakulungan

Ang papel na ito ay nagbibigay ng maikling paliwanag sa liquefaction process ng gas na SF₆. Tungkol sa problema ng liquefaction ng gas na SF₆ na nangyari sa pag-install ng tank-type circuit breakers sa AC filter yard ng Ximeng Converter Station, tatlong solusyon ang inihanda at napag-usapan: paggamit ng mas mababang bilang ng gas-charging, pagpalit ng mixed gas, at pagdaragdag ng heating devices. Sa pamamagitan ng analisis at paghahambing, natuklasan na ang paggamit ng mas mababang bilang ng gas-charging at pagpalit ng mixed gas ay mag-aapekto sa insulating at arc-quenching performances ng gas, kaya hindi sila angkop. Ang paraan ng paggamit ng tracing heater upang initin ang tangki at iwasan ang liquefaction ng gas, bagama't ito ay magdudulot ng ilang error sa indication ng meter, ay maaaring siguruhin ang smooth progress ng equipment handover test, kaya ito ang mas angkop na solusyon.