Краток преглед на минатото и сегашното состојба на високонапонските вакуумски прекинувачи

Високонапојни вакуумски прекинувачи: Преглед

Увод

Високонапојните вакуумски прекинувачи (HV VCBs) се појавија како прифатлива алтернатива на традиционалните прекинувачи со изолација од SF6 гас, особено во примените каде што често сврзување и помали трошоци за одржување се критични. Од 2014 година, HV VCBs се све повеќе прифаќани како алтернатива на високонапојните прекинувачи со гас, што нуди зелена и подоцнежна решенија со елиминација на користењето на SF6, моќен парников гас.

Вакуумската превклучувачка опрема била широко користена во системите за дистрибуција веќе повеќе од три децении, главно за правење и прекинување на стрмни струи и сврзување на различни типови на опрема. Надежноста и перформансите на вакуумската превклучувачка технологија во средното напојни степен (до 52 kV) биле извонредни, што доведе до нејзината доминација во системите за дистрибуција. Меѓутоа, потрагата да се прошири вакуумската превклучувачка технологија до напојни степени на трансмисија започнала уште во 1960-тите, со значајни достигнувања околу 1980 година, кога првите високонапојни вакуумски прекинувачи беа инсталирани во Јапонија. До 2010 година, околу 10.000 HV VCBs биле во функција, главно во индустријални услови, но и во утилитарни примените. Преференцијата за вакуумска технологија над SF6 била движена од неговата способност да обработува чести операции на сврзување и помали захтеви за одржување.

Во Соединетите Американски Држави, вакуумски превклучувачи на капацитивни банки биле користени веќе неколку децении на напојни степени до 242 kV. Околу 2008 година, интензивни истражувачки и развојни програми во Кина и Европа се насочили кон развој на HV VCBs, со фокус на намалување или елиминација на користењето на SF6. Тоа доведе до воведување на производи кои можат да работат на напојни степени до 145 kV. Во Кина, брзо прифаќање на HV VCBs во комерцијални примените се очекува да продолжи, со стотици единици веќе во функција на напојни степени до 126 kV. Во Европа, полетни испитувања се водат за валидирање на перформансите на тип-тестираните уреди пред да влегат на пазарот.

Технологија и дизајн

Сите HV VCB производи се базирани на добро утврдената вакуумска прекинувачка технологија за средно напојни степени, која била рафинирана години. Не било потребно основно нови технички карактеристики за да се прошири оваа технологија до повисоки напојни степени. Главната предизвикана е во скалирањето на геометријата на прекинувачот за да се прифатат повисоки напојни степени. На пример, дијаметарот и должината на контактната јазна мора да се зголемат за да се обработат напојни степени над 52 kV. Во некои случаи, за напојни степени над 126 kV, се користат две вакуумски јазни во серија за да се осигура надежна работа.

Оперативни карактеристики

• Обработка на нормална струја: За нормални струи до 2,500 A, нема значајни разлики помеѓу HV VCBs и SF6 прекинувачите. Меѓутоа, постигнувањето на повисоки струйни квалитети (над 2,500 A) во HV VCBs е предизвик заради генерирањето на топлина од контактната структура и ограничениот капацитет за трансфер на топлина на прекинувачот.

• Мониторинг: Поедноставно е да се мониторира качеството на медиумот за прекинување во SF6 прекинувачите, бидејќи степенот на вакуум во HV VCBs не може практично да се мониторира во време на работа.

• Операции со сврзување: HV VCBs можат да извршат повеќе операции со сврзување споредно со SF6 прекинувачите, поради подобрената издржливост на вакуумскиот контактен систем на дуг. Ова го прави вакуумската технологија особено привлечен за примените кои бараат често сврзување, како што се дневни операции.

• Енергија за привод: При типично напојно напонско рате од 72.5 kV, енергијата за привод потребна за вакуумски прекинувач е значително помала - околу 20% од потребната за еквивалентен SF6 прекинувач. Физичките големини на двата типа уреди се слични.

• Конфигурација на прекинувачот: Над 145 kV, HV VCBs може да бараат повеќе од еден прекинувач во серија, додека SF6 технологијата успешно имплементирала прекинувачи со еден прекин до 550 kV од 1994 година, кои се широко користат во многу земји.

• Характеристики на дуг: Напонот на дуг во HV VCBs е многу помал од во SF6 прекинувачите, типички во рамки од десетки волтови споредно со стотици волтови во SF6. Поради тоа, временската длабочина на дугот во време на прекинување на грешки е пократка во вакуумската превклучувачка опрема, со минимална временска длабочина на дуг од 5-7 ms споредно со 10-15 ms за SF6 прекинувачите. Ова доведува до повеќе можни операции со сврзување за HV VCBs.

• Излаци на X-зраци: HV VCBs со напојни степени до 145 kV издаваат X-зраци внатре стандардизираната граница од 5 µSv/h под нормални услови на работа. SF6 прекинувачите не издаваат X-зраци.

Електрични карактеристики

• Прекинување на грешки струи: HV VCBs се отличуваат во прекинување на грешки струи со многу стрмени стапкови на транзиентен вратничен напон (TRV) поради нивната брза диелектрична рекуперација, која е побрза од таа на SF6 прекинувачите.

• Статистика на прекинување: Иако вакуумските јазни теоретски имаат многу високи напони на прекинување, постои мала веројатност за прекинување при релативно умерени напони. Вакуумските јазни исто така можат да искуват спонтано касно прекинување, што се случува до неколку стотици милисекунди после прекинување на струјата. Меѓутоа, последиците од такви настани се ограничени бидејќи вакуумската јазна моментално восстановува својата изолација. Системските импликации на касното прекинување все уште не се целосно разбрани.

• Сврзување на индуктивни опреми: Во примените кои вклучуваат индуктивни опреми, како што е сврзување на шунт реактори, HV VCBs тенденција да искуват повеќе повторни ре-зажигања на една фреквенција на струјата на нула. Ова е поради способноста на вакуумот да прекине високочестотни струи кои следат ре-зажигање. Ефектите на овие транзиентни настани на интерактивната опрема, како што се RC смубери и метал-оксидни арестери, се тековно истражуваат.

• Сврзување на капацитивни банки: Кога се сврзува капацитивна банка, е важно да се избегне многу висока струја, бидејќи тоа може да ја деградира диелектричната карактеристика на контактниот систем преку претходни дугови. Овој предизвик важи како за HV VCBs, така и за SF6 прекинувачите. Митигацијата вклучува користење на серијски реактори или контролирано сврзување, иако постои ограничена полетна искуства со последното за HV VCBs.

Будући прегледи и позиционирање на пазарот

Анкета проведена меѓу корисниците на високонапојна превклучувачка опрема открила дека отсутството на SF6 се гледа како главна предност на вакуумската превклучувачка опрема, при услов дека и екстерната изолација е без SF6. Меѓутоа, недостатокот на екстензивна искуства со работа на напојни степени на трансмисија останува значајна колебање за широка прифатливост на HV VCBs. Независно од тоа, еколошкиот придонес и оперативните предности на вакуумската технологија го двигаат продолжен интерес и развој во оваа област.

Потенцијалните корисници на високонапојни вакуумски прекинувачи (HV VCBs) често изразуваат загриженост за генерирањето на прекомерни напони поради прекинување на струјата и можност за издавање на X-зраци во време на операции со сврзување. Овие проблеми се критични за осигурување на сигурна и надежна работа на HV VCBs, особено како се све повеќе разгледуваат за примените на напојни степени на трансмисија.

Издавање на X-зраци

За уреди со еден прекин, издавањето на X-зраци од HV VCBs со напојни степени до и вклучувајќи 145 kV останува далеч под стандардизираната граница од 5 µSv/h под нормални услови на работа. Уредите со повеќе прекини покажуваат уште помало ниво на издавање на X-зраци. Ова е важен фактор за регулаторска компатибилност и безопасност, бидејќи гарантира дека HV VCBs можат да се деплоираат без да создадат значајни радиациони ризици за личниот состав или околината.

Пилотни проекти

Голема_majority на одговорите изразија силно интерес за иницирање на пилотни проекти за да добијат практичен искуство со HV VCB технологија. Такви проекти би овозможиле на утилитарни компании и оператори на системи да евалуираат перформансите, надежноста и оперативните карактеристики на HV VCBs во реални услови. Се препорачуваат землишни мрежи за овие пилотни проекти, бидејќи условите на мрежата во системите со средно напојни степени не се секогаш слични на условите во мрежите со напојни степени на трансмисија, особено во однос на землишни услови. Овој пристап ќе помогне да се осигура дека добиените искуства се релевантни и применими во примените на ниво на трансмисија.

Стандардизација

Тековниот IEC стандарт за прекинувачи, IEC 62271-100, има силно фокус на SF6 прекинувачка технологија, која можеби не ги покрива целосно уникалните карактеристики и предизвици на вакуумската прекинувачка технологија. На пример, испитни задолжби кои се предизвик за SF6, како што се испити на кратки линии, може да не бидат толку критични за вакуумската технологија. Конверсно, примената на непрекинато вратничен напон во синтетички испити, која е помалку релевантна за SF6, може да биде поважна за демонстрација на отсутството на касно прекинување во вакуумски прекинувачи. Како што HV VCBs добиваат повеќе пристап, може да биде потребно да се преработат или дополнат постојните стандарди за подобро прифатување на вакуумската технологија.

Технички импликации на дизајн без SF6

Кога SF6 е отсутствуван како екстерна изолација, други технички импликации мора да се разгледаат. На пример, алтернативни методи на изолација може да бараат повисок притисок, повеќе тежина, поголема површина или различни дизајн соображения за осигурување на адекватна изолација. Производителите активно истражуваат овие алтернативи за да развијат вијабилни замени за SF6, но додека не се најде нова технологија која може да покрие сите напојни степени, SF6 ќе остане неопходен за одредени примените во мрежите за трансмисија.

Заврзаност на производителите

Производителите се заврзани за развој и достапност на индустријално вијабилни алтернативи на SF6 технологијата. Иако SF6 бил доминантен изолативен гас за високонапојни примените поради неговите извонредни диелектрични карактеристики, еколошките загрижености поврзани со SF6, особено неговата висока потенцијална грејање на планетата, го движат пребарувањето за по-зелени решенија. HV VCBs претставуваат едно таково решение, што нуди подоцнежна алтернатива за примените каде што се бара често сврзување и помали трошоци за одржување. Меѓутоа, преминот од SF6 ќе биде постепен, бидејќи производителите продолжуваат да иновираат и префинуваат нови технологии за да задоволат разновидните потреби на електроенергетската индустрија.