Īsā Vēsture Par Augstsprieguma Vakuuma Līknes Izslēgļu Minenējo un Pašreizējo Stāvokli

Augstsprieguma vakuuma šķēršanas aparāti: Pārskats

Ievads

Augstsprieguma vakuuma šķēršanas aparāti (HV VCBs) ir kļuvuši par uzticamu alternatīvu tradicionālajiem SF6 gāzveida izolētajiem šķēršanas aparātiem, īpaši tādās lietojumās, kur regulārais pārslēgšanās un zemākas uzturēšanas izmaksas ir būtiskas. No 2014. gada HV VCBs tiek aizvien biežāk izmantoti kā alternatīva augstsprieguma gāzveida šķēršanas aparātiem, piedāvājot zaļāku un ilgtspējīgāku risinājumu, izmantojot SF6, spēcīgu siltumnīcefekta gāzi.

Vakuuma uzņēmēju aprīkojums jau vairāk nekā trīs desmitgadēs tiek plaši izmantots sadalešanas sistēmās, galvenokārt, lai nodarbotu un slēgtu defektu strāvas un dažādu veidu slodzes. Vakuuma pārslēgšanas tehnoloģijas uzticamība un darbība vidējā sprieguma diapazonā (līdz 52 kV) ir bijusi izcilībā, kas ir radījis tās dominanci sadalešanas sistēmās. Tomēr mēģinājumi paplašināt vakuuma pārslēgšanas tehnoloģiju līdz transmisijas sprieguma līmeņiem sākās jau 1960. gados, ar nozīmīgiem sasniegumiem aptuveni 1980. gadā, kad Japānā tika instalēti pirmie augstsprieguma vakuuma šķēršanas aparāti. Līdz 2010. gadam apmēram 10 000 HV VCBs tika izmantoti, galvenokārt rūpnieciskos iestatījumos, bet arī enerģijas piegādes nozarē. Vakuuma tehnoloģijas priekšrocības pret SF6 tika nospraustas tās spējai apstrādāt biežas pārslēgšanas operācijas un zemas uzturēšanas prasības.

Amerikas Savienotajās Valstīs vakuuma kondensatoru banku slēdzieni jau vairākas desmitgades tika izmantoti līdz 242 kV sprieguma līmenim. Aptuveni 2008. gadā Ķīnā un Eiropā tika intensīvi veikti pētījumi un attīstība (R&D), lai izstrādātu HV VCBs, koncentrējoties uz SF6 izmantošanas samazināšanu vai izbeigšanu. Tas vedēja pie produktu ieviešanas, kas varēja darboties līdz 145 kV sprieguma līmenim. Ķīnā HV VCBs komerciālajos iestatījumos tiek aizvien biežāk izmantoti, ar simtiem vienībām jau darbā līdz 126 kV sprieguma līmenim. Eiropā turpināsies laukā notiek testēšana, lai validētu tipu testēto ierīču veiktspēju, pirms tās nonāk tirgū.

Tehnoloģija un dizains

Visi HV VCB produkti balstās uz labi izprastu vidējsprieguma vakuuma pārtraukuma tehnoloģiju, kas ir pilnveidota gadiem ilgi. Neieviešot fundamentāli jaunas tehniskas īpašības, šo tehnoloģiju varēja paplašināt līdz augstākiem sprieguma līmeņiem. Galvenais izaicinājums ir šķēršanas aparāta ģeometrijas mērogošana, lai tā atbilstu augstākiem sprieguma līmeņiem. Piemēram, diametrs un kontaktu atstarpe jāpalielina, lai apstrādātu spriegumu virs 52 kV. Dažos gadījumos, sprieguma līmeņiem virs 126 kV, tiek izmantotas divas vakuuma atstarpes seriālā savienojumā, lai nodrošinātu uzticamu darbību.

Darbības īpašības

• Parastā strāva: Parastām strāvām līdz 2 500 A starp HV VCBs un SF6 šķēršanas aparātiem nav būtisku atšķirību. Tomēr, sasniedzot augstākus strāvas rādītājus (virzienā 2 500 A), HV VCBs ir grūti, jo no kontaktu struktūras izriet siltums un pārtraukuma aparāta ierobežota siltuma pārnešanas spēja.

• Uzraudzība: SF6 šķēršanas aparātos ir vieglāk kontrolēt pārtraukuma vidē kvalitāti, jo vakuumā HV VCBs praktiski nav iespējams kontrolēt pakalpojuma laikā.

• Pārslēgšanas operācijas: Salīdzinājumā ar SF6 šķēršanas aparātiem, HV VCBs var veikt lielāku skaitu pārslēgšanas operāciju, jo vakuuma kontaktu sistēmas izturība pret loku ir labāka. Tas padara vakuuma tehnoloģiju īpaši pievilcīgu lietojumos, kas prasa biezas pārslēgšanas operācijas, piemēram, ikdienas darbībā.

• Trieciena enerģija: Tipiskajā 72,5 kV sprieguma līmenī vakuuma šķēršanas aparātam nepieciešamā trieciena enerģija ir būtiski mazāka — aptuveni 20% no ekvivalenta SF6 šķēršanas aparāta. Abu ierīču fiziskās izmēri ir salīdzināmi.

• Pārtraukuma aparāta konfigurācija: Virs 145 kV, HV VCBs var prasīt vairāk nekā vienu pārtraukuma aparātu seriālā savienojumā, kamēr SF6 tehnoloģija ir veiksmīgi ieviesta viena pārtraukuma šķēršanas aparātiem līdz 550 kV kopš 1994. gada, ko plaši izmanto daudzās valstīs.

• Loka raksturojumi: Augstsprieguma vakuuma šķēršanas aparātos loka spriegums ir daudz zemāks nekā SF6 šķēršanas aparātos, parasti to apmērs ir desmiti voltu salīdzinājumā ar simtiem voltu SF6. Papildus tam, loka laiks defektu pārslēgšanas laikā ir īsāks vakuuma uzņēmēju aprīkojumā, ar minimālo lokācijas laiku 5–7 ms salīdzinājumā ar 10–15 ms SF6 šķēršanas aparātos. Tas rezultē lielākā skaita iespējamām pārslēgšanas operācijām HV VCBs.

• Rentgenstarojumi: HV VCBs ar nomākošo spriegumu līdz 145 kV emite rentgenstarojumus standartizētajā robežā 5 µSv/h normālās darbības apstākļos. SF6 šķēršanas aparāti nerada rentgenstarojumus.

Elektrotehniskās īpašības

• Defektu strāvas pārtraukšana: HV VCBs izcili pārtrauc defektu strāvas ar ļoti straujiem pagaidu atveseļošanās sprieguma (TRV) pieauguma tempiem, dēļ to straujas dielektisko atveseļošanās, kas ir straujāka nekā SF6 šķēršanas aparātos.

• Bojājumu statistika: Neraugoties uz to, ka vakuuma atstarpes teorētiski ir ar ļoti augstu bojājuma spriegumu, ir maza varbūtība, ka notiks bojājums relatīvi vidējos sprieguma līmeņos. Vakuuma atstarpes var arī pieredzēt spontānu vēlu bojājumu, kas notiek līdz pat dažiem simtiem milisekundēm pēc strāvas pārtraukuma. Tomēr šādu notikumu sekas ir ierobežotas, jo vakuuma atstarpes tūlīt atjauno savu izolāciju. Sistēmas sekas vēla bojājuma dēļ vēl nav pilnībā izprastos.

• Induktīvo slodžu pārslēgšana: Induktīvo slodžu, piemēram, šķērsgenerātoru pārslēgšanas lietojumos, HV VCBs bieži pieredz vairākas atkārtotas reaktivācijas vienā strāvas frekvences nulle. Tas ir saistīts ar vakuuma spēju pārtraukt augstfrekvences strāvas, kas seko reaktivācijai. Šo reaktivācijas efektu interaktīvo aprīkojumu, piemēram, RC snubberu un metāloksīda absorbentu, pašlaik izpēta.

• Kondensatoru banku pārslēgšana: Kondensatoru banku pārslēgšanā ir svarīgi izvairīties no ļoti augstiem ieplūdes strāvām, jo tās var pasliktināt kontaktu sistēmas dielektiskās īpašības, izraisot iepriekšējo loku. Šis izaicinājums attiecas gan uz HV VCBs, gan SF6 šķēršanas aparātiem. Mitigācijas stratēģijas ietver sērijas reaktoru izmantošanu vai kontroliertu pārslēgšanu, tomēr par to ir ierobežota pieredze HV VCBs.

Nākotnes perspektīvas un tirgus percepcija

Izdarītais aptauja starp augstsprieguma uzņēmēju aprīkojuma lietotājiem parādīja, ka SF6 absencija tiek vērsta kā galvenā vakuuma uzņēmēju aprīkojuma priekšrocība, ja ārējā izolācija arī ir bez SF6. Tomēr, trūkstot plašai pakalpojuma pieredzei transmisijas sprieguma līmeņos, ir būtiska pauze plašākai HV VCBs pieņemšanai. Neraugoties uz to, vakuuma tehnoloģijas vides un darbības priekšrocības palīdz saglabāt interesanti un attīstību šajā jomā.

Potenciālie augstsprieguma vakuuma šķēršanas aparātu (HV VCBs) lietotāji bieži uzdod jautājumus par pārslikuma izveidošanos dēļ strāvas nogriešanas un rentgenstarojumu iespējamību pārslēgšanas operācijās. Šie jautājumi ir kritiski, lai nodrošinātu drošu un uzticamu HV VCBs darbību, īpaši, ņemot vērā to, ka tie tiek aizvien biežāk apsvērti transmisijas sprieguma lietojumiem.

Rentgenstarojumi

Viena pārtraukuma ierīcēm, HV VCBs ar nomākošo spriegumu līdz 145 kV rentgenstarojumi normālajos darbības apstākļos paliek daudz zemāki par standartizēto robežu 5 µSv/h. Vairāk pārtraukumu ierīcēm rentgenstarojumi ir vēl zemāki. Šis ir svarīgs apsvērums regulējošajai atbilstībai un drošībai, jo tas nodrošina, ka HV VCBs var tikt izmantoti bez būtiskiem radiācijas riskiem personālam vai videi.

Pilota projekti

Lielākā daļa respondentu izteica stipru interesi par pilota projektu uzsākšanu, lai iegūtu praktisko pieredzi ar HV VCB tehnoloģiju. Šādi projekti ļautu enerģijas piegādātājiem un sistēmu operatoriem novērtēt HV VCBs veiktspēju, uzticamību un darbības raksturojumus reālos apstākļos. Solidi apzemesotās tīkli tiek iesakoti šiem pilota projektiem, jo vidējsprieguma sistēmu tīkla apstākļi nemēreni nav salīdzināmi ar transmisijas sprieguma tīkliem, īpaši attiecībā uz apzemesošanas apstākļiem. Šis pieejas palīdzēs nodrošināt, ka iegūtā pieredze ir atbilstoša un pielāgota transmisijas līmeņa lietojumiem.

Standartizācija

Pašreizējā IEC šķēršanas aparātu standarts, IEC 62271-100, ir vērsts uz SF6 pārslēgšanas tehnoloģiju, kas var nebūt pilnībā atbilstoša vakuuma pārslēgšanas unikālajām īpašībām un izaicinājumiem. Piemēram, testa pienākumi, kas ir izaicinoši SF6, piemēram, īsās līnijas defektu testi, var nebūt tik kritiski vakuuma tehnoloģijai. Otrādi, nepārtraukta atveseļošanās sprieguma pielietošana sintētiskajos testos, kas ir mazāk atbilstoši SF6, var būt svarīgāka, lai demonstrētu vēla bojājuma absenci vakuuma pārtraukuma aparātos. Kad HV VCBs iegūst vairāk atbalsta, var būt nepieciešams pārskatīt vai papildināt esošos standartus, lai labāk atbilstu vakuuma tehnoloģijai.

SF6 brīvā dizaina tehniskās sekas

Ja SF6 ir absents kā ārējais izolācijas vidējs, jāņem vērā citas tehniskas sekas. Piemēram, alternatīvās izolācijas metodes var prasīt augstāku spiedienu, lielāku svaru, lielāku izmēru vai citus dizaina apsvērumus, lai nodrošinātu pietiekamu izolācijas veiktspēju. Ražotāji aktīvi pēta šīs alternatīvas, lai izstrādātu dzīvotspējīgas aizstājējas SF6, bet līdz jaunā tehnoloģija, kas varētu aptvert visus sprieguma līmeņus, netiks atrasta, SF6, iespējams, turpinās būt būtisks dažām transmisijas tīklu lietojumiem.

Ražotāju apņemšanās

Ražotāji ir apņēmušies izstrādāt un piegādāt rūpnieciski dzīvotspējīgas alternatīvas SF6 tehnoloģijai. Neraugoties uz to, ka SF6 ir bijis dominējošais augstsprieguma lietojumiem izolācijas gāze, tās izcilās dielektiskās īpašības, vides problēmas, kas ir saistītas ar SF6, īpaši tā augstā globālā sasilšanas potenciāls, ir stimulējušas meklējumus pēc zaļākiem risinājumiem. HV VCBs pārstāv vienu no šādiem risinājumiem, piedāvājot ilgtspējīgu alternatīvu lietojumiem, kur biežas pārslēgšanas un zemas uzturēšanas izmaksas ir būtiskas. Tomēr pāreja no SF6 tiks veikta ātri, jo ražotāji turpinās inovēt un pilnveidot jaunas tehnoloģijas, lai apmierinātu enerģētikas nozares dažādas vajadzības.