Soğuk Bölgesel Koşullarda Tank Kesicilerinin Kurulumu Sırasında Gaz Liquefaksiyonu Problemi Üzerine Tartışma

Sulfur Heksaflorür (SF₆) Kesicilerinin Teknik Açıklaması ve Gaz Lityeleşme Zorlukları

Sulfur heksaflorür gazı—arç söndürme ve yalıtım özellikleriyle bilinen—arç söndürme ortamı olarak kullanılan SF₆ kesiciler, güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Bu kesiciler, sık frekanslı işlemler ve yüksek hızda kesme gerektiren senaryolar için uygundur. Çin'de, SF₆ kesiciler genellikle 110kV ve üzeri gerilim seviyelerinde kullanılır. Ancak, SF₆ gazının fiziksel özelliklerine bağlı olarak, belirli sıcaklık ve basınç koşullarında lityeşebilir, bu da kesici tankındaki SF₆ gaz yoğunluğunu azaltır. Yoğunluk belirli bir düzeye düşerken, kesici koruma kilitlenmesini tetikler. Çin'in İç Moğolistan, Kuzeydoğu Çin, Xinjiang ve Tibet gibi bölgelerinde, kış aylarında çevresel sıcaklık -30°C veya daha düşük olabilir, bu nedenle burada SF₆ gazı lityeşmesi nedeniyle kilitlenme olayları zaman zaman görülür.

SF₆ Gazı Lityeleşmesi Hakkında Kısa Bir Açıklama

SF₆ gazı, son derece yüksek kimyasal stabiliteye sahiptir. Normal sıcaklık ve basınçta, rengi, kokusu, tadı yoktur ve yanıcı değildir, ayrıca mükemmel yalıtım ve arç söndürme özellikleri vardır.

Bir gazın kritik sıcaklığı, gazın lityeşebileceği en yüksek sıcaklıktır. Sıcaklık bu değerin üzerindeyse, ne kadar basınç uygulanırsa uygulansın, gaz lityeşemez.

Oksijen, azot, hidrojen ve helyum gibi "kalıcı gazlar" için, kritik sıcaklıkları -100°C'nin altında olduğundan, çevre sıcaklıklarında gaz lityeleşmesi düşünülmeye gerek yoktur. SF₆ gazı farklıdır; kritik sıcaklığı 45.6°C'dir. Sadece sıcaklık 45.6°C'nin üzerindeyken sabit gaz halini koruyabilir. Çevre sıcaklıklarda, dış basınç belirli bir değere ulaşırken lityeşebilir. Bu nedenle, SF₆ gazıyla doldurulan ekipmanlarda, gaz lityeleşmesi sorununu göz önünde bulundurmak gerekir.

SF₆ gazının durum parametre eğrisi Şekil 1'de gösterilmiştir. Sabit bir gaz yoğunluğu ρ koşulu altında, sıcaklık düştükçe gaz basıncı da azalır. Sıcaklık, bu gaz yoğunluğuna karşılık gelen lityeleşme noktasına A'ya ulaştığında, gaz lityeşmeye başlar ve gaz yoğunluğu azalır.

Yerel Gerçek Durum

Ximeng Dönüştürücü İstasyonu, İç Moğolistan Özerk Bölgesi, Xilingol Ligi, Xilinhot Şehri, Chaoke Wula Sumu'da yer almaktadır. 914 metre yükseklikte ve 44.2° enlemde bulunan istasyon, yedi ay boyunca ısıtma dönemi olan Çin'deki ciddi soğuk bölge sınıfına girer. İstasyondaki AC filtre alanında, Hangzhou Siemens tarafından üretilen 20 adet 3AP3 DT tank tipi kesici kurulmuştur, nominal gerilimi 550 kV'dır. Bu kesiciler, sıcaklık-kompansasyon fonksiyonuna sahip yoğunluk rölesi ile donatılmıştır ve gösterimleri gaz yoğunluğunun değişimi değil, basıncın değişimini yansıtır. Kesicilerin ana parametreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.

Kurulum sırasında, gaz dolumu üreticinin sağladığı parametrelere göre sıkı bir şekilde gerçekleştirildi. Nominal gaz dolum basıncı 0.8 MPa, alarm basıncı 0.72 MPa ve kilitleme basıncı 0.7 MPa (20°C'deki göstergesi). SF₆ gazının durum parametre eğrisi Şekil 2'de gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü üzere, tank iyi kapalı ve gaz sızıntısı yoksa, sıcaklık -18°C'ye düştüğünde tank içindeki gaz lityeşecek, -21°C'ye ulaştığında alarm tetiklenecek ve -22°C'ye düştüğünde kesici kilitlenecektir. Yerel gerçek durum Şekil 3'te gösterilmiştir.

Yerel gerçek durum, durum parametre eğrisinden elde edilen sonuçlarla uyumludur.

 Yerel malzeme tedarik durumu ve ekipman kurulum ilerlemesine göre, tank tipi kesiciler kasım ayının sonunda kurulum, vakum çekme ve gaz dolum işlemleri tamamladı. Ekipman devredışı testleri ve komisyonlama çalışmaları Aralık ayının ilk on gününde yoğunlaştı. Bu dönemde, çevresel sıcaklık -22°C'nin altına düşmüştü ve tüm kurulmuş kesiciler kilitlenmiş, bu nedenle kesici ekipman devredışı testleri normal bir şekilde gerçekleştirilmedi ve bu durum, tüm istasyonun inşaat programı düğümlerini etkiledi.

Çözümler

Yukarıda bahsedilen yerel kilitlenme olayları göz önüne alındığında, aşağıdaki çözümler önerilmektedir:

Gaz Dolum Miktarını Azaltma

SF₆ gazı parametre karakteristik eğrisinden görülebileceği gibi, tank içindeki gaz dolum miktarı azaldıkça, gazın lityeleşme sıcaklığı düşer ve buna karşılık gelen kilitlenme sıcaklığı da düşer. Örneğin, nominal gaz dolum basıncı 0.56 MPa'ya ayarlandığında, lityeleşme sıcaklığı -28°C ve kilitlenme sıcaklığı -32°C olur. Bu noktada, lityeleşme sıcaklığı çevre sıcaklığının altında olduğundan, kilitlenme olayı meydana gelmez. Ancak, gaz dolum miktarı azaldıktan sonra, kesicinin arç söndürme performansı ve yalıtım performansı her ikisi de düşecektir. Bu tür, ekipmanın son durumunu değiştirerek performansını etkileyen yöntemler, uygulamadan önce tasarım birimi ve üretici tarafından kapsamlı bir şekilde çalışmalı ve kanıtlanmalıdır.

Ekipmanın son durumunun değiştirilmesi istenmiyorsa, yani devredışı test öncesinde gaz dolum miktarı belirli bir değere (örneğin 0.6 MPa) indirilmiş ve test ve komisyonlama tamamlandıktan sonra gaz dolum miktarı nominal değerine getirilmiş olacak. Bu yöntem görünüşe göre uygulanabilir, ancak aslında öyle değildir. İlk olarak, gaz dolum miktarı azaldıktan sonra, kesicinin yalıtım performansı kötüleşir. Doğru bir kanıt olmadan, dayanıklılık testi sırasında kesicinin patlaması olasılığı vardır. İkinci olarak, test sorunsuz bir şekilde geçilse bile, test sonuçları referans değeri taşımaz. Ekipman devredışı testi, üreticinin üretim kalitesi ve montaj ekibinin montaj kalitesinin bir kontrolüdür ve ekipman kurulumu tamamen tamamlandıktan sonra yapılmalıdır. Ve gaz dolum süreci açıkça ekipman kurulum sürecinin bir adımıdır.

Karışık Gaz Kullanma

Şu anda, iç ve dışarıda, SF₆ gazına belirli bir oranla diğer gazların (örneğin CF₄, CO₂ ve N₂) karıştırılmasıyla lityeleşme sıcaklığının azaltılması uygulamaları bulunmaktadır. Ancak, karışık gazın yalıtım ve arç söndürme performansları saf SF₆ gazın düzeyine ulaşamaz. Aynı gaz dolum basıncında, karışık gazla doldurulmuş bir kesicinin akım kesme kapasitesi, saf SF₆ gazla doldurulmuş bir kesicinin akım kesme kapasitesinden yaklaşık %20 daha düşük olacaktır. Eğer aynı yalıtım performansı sağlanmak isteniyorsa, karışık gazın dolum basıncı, saf SF₆ gazın dolum basıncından daha yüksek olmalıdır.

SF₆/N₂ karışık gazını örnek olarak, aşağıdaki hesaplama formülü kullanılabilir:

P_m=P_SF6(100/x%)^0.02

Formülde, Pm, aynı yalıtım performansını sağlamak için karışık gazın dolum basıncıdır, P_SF6 saf SF₆ gazın dolum basıncıdır ve x% karışık gazdaki SF₆ gazının yüzdesidir. Yukarıdaki formülden görüleceği üzere, %20 SF₆ gaz içeren SF₆/N₂ karışık gaz için gereken dolum basıncı, saf SF₆ gazın dolum basıncının yaklaşık 1.4 katıdır. Yerel kesici için, dolum basıncı 1.12 MPa'ya ulaşmalıdır, bu da kesicinin tüm yapısına yeni talepler getirir.

Isıtma Cihazları Kurulması

SF₆ gazının lityeşmesinin ana dış faktörü, çevre sıcaklığın gazın lityeleşme sıcaklığından düşük olmasıdır. Eğer tankın etrafına bir izleyici ısıtıcı kurularak tank ısıtılsaydı ve sıcaklığı artırılsa, lityeşme sorunu çözülebilirdi.

Hangzhou Siemens'in tank tipi kesicileri, İsviçreli trafag yoğunluk rölesini kullanmaktadır, bu röl, sıcaklık-kompansasyon fonksiyonuna sahiptir ve gösterimi gaz yoğunluğunun değişimi değil, basıncın değişimini yansıtır. Bu yoğunluk rölünün gösterim prensibi, kesici tankındaki gazın ve yoğunluk rölünün taşıdığı standart gaz arasındaki basınç farkını karşılaştırarak gaz yoğunluğunu izlemektir. Şekil 7'de görüldüğü gibi, çevre sıcaklık, lityeşme sıcaklığından yukarıda bir aralıkta değiştiğinde, iki gaz odasındaki gaz basıncı eş zamanlı olarak değişir, basınç farkı sıfır, genişleme bağlantısı hareket etmez ve göstergenin iğnesi hareket etmez; tanktaki gaz lityeştiğinde veya sızıntı olduğunda, standart gazın basıncı nispeten artar, genişleme bağlantısı hareket eder, göstergenin iğnesi hareket eder.

Çevre sıcaklık, lityeşme sıcaklığına düştüğünde, izleyici ısıtıcı aktive olur ve tankın sıcaklığı artar. Bu, tank içindeki gaz ve genişleme bağlantısı içindeki gaz arasında bir sıcaklık farkı oluşturur, bu da göstergenin gösteriminde bir sapma oluşmasına ve tank içindeki gazın gerçek durumunu doğru bir şekilde yansıtmamasına neden olur.

Sonuç

Bu makale, SF₆ gazının lityeşme sürecini kısa bir şekilde açıklamaktadır. Ximeng Dönüştürücü İstasyonu'ndaki AC filtre alanında, tank tipi kesicilerin kurulumu sırasında yaşanan SF₆ gazı lityeşme sorunu üzerine üç çözüm önerilmiştir ve tartışılmıştır: gaz dolum miktarını azaltma, karışık gaz ile değiştirme ve ısıtma cihazları ekleme. Analiz ve karşılaştırma sonucunda, gaz dolum miktarını azaltma ve karışık gaz ile değiştirme, gazın yalıtım ve arç söndürme performansını etkileyeceğinden uygun değildir. Tankı ısıtma yöntemi ile gazın lityeşmesi önlenir, ancak bu, göstergenin gösteriminde belirli bir hata oluşmasına neden olur, ancak ekipman devredışı testinin sorunsuz bir şekilde gerçekleştirilmesini sağladığından, daha uygun bir çözümdür.