Die huidige situasie en ontwikkelingstrend van hoogspruyk SF6-sirkuitbreekers

Hoogspanningskuitskakelaars, ook bekend as hoogspanningskakelaars, het voldoende stroomonderbreek- en booguitdowingsvermoë. Hulle kan nie net die onbelaai- en belaai-stroom van hoogspanningskringloepe onderbreek en sluit nie, maar kan ook, wanneer 'n fout in die stelsel voorkom, saam met beskermings- en outomatiese toestelle die foutstroom vinnig onderbreek, die kragonderbreking se omvang verminder en die uitbreiding van die ongeluk verhoed. Dit is baie belangrik vir die veilige bedryf van die kragstelsel.

Hoogspanningskuitskakelaars het deur oliekuitskakelaars, gekompresseerde lugkuitskakelaars, vakuumkuitskakelaars en SF₆-kuitskakelaars geëvolueer. Van hierdie tipe is die eerste twee tipes geleidelik uitgefaseer, en SF₆-kuitskakelaars word meer algemeen toegepas as die laaste twee. SF₆-kuitskakelaars is in die vroeë 1970's wyd aangehou. Hulle gebruik seshexafluoride as die booguitdowingsmedium. Hierdie tipe kuitskakelaar het 'n groot stroomonderbreekvermoë. Onder vrye onderbreekomstandighede is sy stroomonderbreekvermoë ongeveer 10 keer hoër as dié van ander kuitskakelaars. Dit speel 'n kritieke rol in die stabiele en veilige bedryf van die kragstelsel en het ook groot ekonomiese en sosiale voordele.

1. Prestasie van SF₆-kuitskakelaars

SF₆-kuitskakelaars is olievrye skakeltoerusting wat SF₆-gas gebruik as beide insulerings- en booguitdowingsmedium. Hul insulasievermoë en booguitdowingskenmerke is beduidend hoër as dié van oliekuitskakelaars. Seshexafluoride-kuitskakelaars het die volgende kenmerke:

• Sterk booguitdowingsvermoë, hoë dielektriese sterkte en hoë standvastigheidswaarde van die eenheidsfraksie. As gevolg hiervan word die aantal reeksfraksies wat by dieselfde bepaalde spangingsvlak vereis word, verminder, en dit verbeter die ekonomiese prestasie van die produk.

• Lang elektriese lewen. Dit kan kontinu teen 'n volle kapasiteit van 50kA 19 keer onderbreek, en die akkumuleerde onderbreekstroom kan 4200kA bereik. Die instandhoudingsiklus is lank, en dit is geskik vir frekwente operasie.

• Goed onderbreekprestasie. As gevolg van die elektro-negatiewe eienskap van SF₆-gas, het dit 'n sterk vermoë om vry elektrone te absorbeer. Die boog wat in SF₆ gevorm word, is gunstig vir die vorming van die "boogkolomstruktuur" (boogkern en boogomhulling). Die verspreiding van ioniseerde plasma word beperk, wat doeltreffende ionhergroepering moontlik maak. Die onderbreekstroom is groot, bereik 80-100kA, en selfs 200kA. Die booguitdowings tyd is kort, gewoonlik 5-15ms. Tegelykertyd is die onderbreekprestasie vir omgekeerde fase-onderbreking, nabygebiedse foute, onbelaai lange lynne, en transformator onbelaaisituasies ook goed.

• Hoë insulasievermoë. Die insulasie-sterkte van SF₆ is ongeveer 5-10 keer dié van lug.

• SF₆-gas is kleurloos, geurloos, giftig-vry, brandvry, en 'n baie stabiele gas wat nie maklik met ander stowwe reageer nie. Bovendien, wanneer die kuitskakelaar oopgemaak word, is die druktoename veroorsaak deur die boog-verhitting baie klein, wat betroubare bedryf verseker en ontploffingsongelukke verhoed.

2. Ontwikkeling van hoogspanning SF₆-kuitskakelaars
2.1 Dubbele-druk SF₆-kuitskakelaars

Daar is twee SF₆-gassisteme (hoogdrukstelsel en laagdrukstelsel) binne die kuitskakelaar ingestel. Slegs tydens die oopma-proses vloei die hoogdrukkamer na die laagdrukkamer deur die bestuur van die blaaiventingval om 'n hoogdrukgasstroom te vorm. Na voltooiing van die onderbreek, word die blaaiventingval gesluit. Die beginsel van die booguitdowingskamer is dat 'n gaskompressor en pype tussen die hoogdrukkamer en laagdrukkamer verbind is. Wanneer die gasdruk in die hoogdrukkamer afneem of die gasdruk in die laagdrukkamer tot 'n sekere limiet styg, begin die gaskompressor om die SF₆-gas in die laagdrukkamer na die hoogdrukkamer te pomp, 'n outomatiese gesloten-lus gasstelsel vormend.

2.2 Enkele-druk SF₆-kuitskakelaars

Die enkele-drukstruktuur is eenvoudig en kan aan 'n wyde verspreide omgewingstemperature pas. Die gaskomprimeringstipe het ook 'n ontwikkelingsproses deurgemaak: in terme van boogblaaiving, het die eerste generasie enkele-drukstipe 'n enkele-blaaivingstruktuur gehad, met 'n klein onderbreekstroom (gewoonlik 31.5kA) en 'n lae fraksiespanning (gewoonlik 170kV). Die tweede generasie enkele-drukstipe het 'n dubbele-blaaivingstruktuur, met die onderbreekstroom verhoog tot (40-50kA), en die fraksiespanning bly lae. Gewoonlik het 252kV-produkte dubbele fraksies. Die derde generasie enkele-drukstipe het 'n dubbele-blaaivingstruktuur aangevul met 'n termiese uitleiersinvloed (gemengde booguitdowing). Die onderbreekstroom is groot, verhoog tot 63kA, en die fraksiespanning is hoog. 'n Eenheidsfraksie kan 252kV, 363kV, 420kV, en selfs 550kV bereik.

Die ontwikkeling van die enkele-drukstipe, vanuit die perspektief van die booguitdowingskamer, het 'n kleiner gaskomprimeringspiston aangewend. Die voordele gebring deur die vermindering van die piston in die booguitdowingskamer is as volg:

• Die massa van die hele bewegingstelsel tydens die onderbreekproses van die produk is verminder.

• Die bedryfsvermogen van die produk is verminder.

• Die demping van die produk word makliker, en die meganiese lewen is lank.

2.3 Self-energie SF₆-kuitskakelaars

Self-energie SF₆-kuitskakelaars het twee booguitdowingsbeginsels: die termiese uitleiersbeginsel en die boogrotasiebeginsel. Tans gebruik die oorweldigende meerderheid van self-energie kuitskakelaars die termiese uitleiersbeginsel. Die self-energiebeginsel is om die boogenergie te gebruik om die SF₆-gas in die uitleierskamer te verhit, druk op te bou, 'n gasstroom te vorm, en die boog uit te dow. Wanneer egter klein strome onderbreek, as gevolg van die klein boogenergie, word 'n klein piston benodig om die gas te komprimeer om 'n hulpblaas te vorm. As gevolg van die beduidende vermindering in bedryfsvermogen, kan 'n veerverwerkingsmekanisme met 'n eenvoudige struktuur gebruik word. Die termiese uitleierstipe het nou tot die tweede generasie ontwikkel. Die eerste generasie produkte bereik die effek van die vermindering van die bedryfsvermogen deur die vermindering van die gaskomprimeringsenergie wat vir booguitdowing nodig is. Die diameter van die gaskomprimeringspiston is ontwerp volgens die onderbreek van 30% van die maksimum foutstroom, en die bewegingsmassa is ook klein, wat die bedryfsvermogen verminder. Die tweede generasie produkte verbeter die termiese uitleiersinvloed en die onderbreekprestasie verder, nie net die onderbreek van kapasitiewe stroom nie, maar ook die verdere vermindering van die bedryfsvermogen.

2.4 Intelligente SF₆-kuitskakelaars

'n Ander kenmerk van moderne hoogspanningskuitskakelaars is hul intelligensie, wat van tradisionele elektromeganiese stelsels na moderne intelligente stelsels geseentreerd rondom rekenaars evolueer. Tans is die online-deteksie-inhoud van hoogspanningskuitskakelaars as volg:

• SF6-gas;

• Bedryfsmechanismestelsel;

• Vrylating;

• Beheer- en hulpstroomsirkels;

• Kragoordragsketting.

Deur middel van hierdie deteksies kan meer as 90% van die foute ontdek word. Online-deteksie kan die gereeld instandhouding van kuitskakelaars verander na werklike toestand gebaseerde instandhouding.

3. Porseleinpost- en tanktipe SF₆-kuitskakelaars en hul toepassings

China het in 1970 eers SF₆-kuitskakelaars aangewend toe die Noordoostelike Elektrisiteitsbestuur drie H-912-tipe 220KV dubbele-druk porseleinpost SF₆-kuitskakelaars geproduseer deur Siemens buite land ingevoer het en dit in die HuShitai primêre onderstasjon in Shenyang geïnstalleer het. Hulle funksioneer nog steeds goed vandag.

Hoogspannings seshexafluoride-kuitskakelaars word volgens hul struktuur verdeel in porseleinpost- en tanktippe. Wanneer die twee vergelyk word, het elkeen hul eie kenmerke:

• Sowel porseleinpost- as tanktipe hoogspannings SF₆-kuitskakelaars kan die vereistes van hoë spanning en groot kapasiteit vervul. Die booguitdowingskamer van die porseleinposttipe is op die isolerende ondersteuning geïnstalleer. Deur die booguitdowingskamers in reeks te verbind en op die isolerende ondersteuning op 'n passende hoogte te installeer, kan enige bepaalde spangingswaarde verkry word. Die isolerende ondersteuning is meestal 'n porseleinpost, en organiese samengestelde ondersteunings het ook verskyn. Die booguitdowingskamer van die tanktipe is in 'n metalliese tank geïnstalleer wat met die grondpotensiaal verbind is. Onder hoë spanning, moet meerdere booguitdowingskamers in reeks verbonden en in dieselfde tank vir elke fase geïnstalleer word.

• Installasie van stroomtransformateurs. In terme van die installasie van stroomtransformateurs, is porseleinpost-kuitskakelaars in die nadeel. Omdat die booguitdowingskamer van die porseleinposttipe binne die isolator en op die isolerende ondersteuning geïnstalleer is, moet die stroomtransformator apart op sy eie isolerende ondersteuning geïnstalleer word. Die bushingtipe stroomtransformator kan egter op die bushing van die tanktipe kuitskakelaar geïnstalleer word. In sommige toepassingskontekste hoef die kuitskakelaar nie met 'n stroomtransformator toegerus te word nie, veral wanneer dit as 'n skakelaar vir die skakeling van kondensatorbanke en parallelreaktors gebruik word. Hier is die prys van die porseleinposttipe slegs 60% van dié van die tanktipe kuitskakelaar, en as gevolg van die gebruik van meerdere fraksies, kan dit herstokslae beter weerstaan.

• Eksterne standvastigheid. Vanuit die perspektief van eksterne standvastigheid, kan meerdere reeks booguitdowingskamers van die porseleinpost-kuitskakelaar enige bepaalde spangingswaarde bevredig, maar sy eksterne insulasie standvastigheid word beperk deur die lengte van die booguitdowingskamer self. Vir die tanktipe kuitskakelaar, as die nodige standvastigheid om die aantal fraksies te verminder ontwikkel kan word, kan 'n insulerende bushing vervaardig word. Daarom kan die tanktipe kuitskakelaar 'n enkele fraksie van 550kV/63kA en 'n dubbele fraksie van 1100kV/50kA bereik.

• Verbruik van SF₆-gas. In terme van die verbruik van SP6-gas, is die porseleinposttipe beter as die tanktipe. Die gasverbruik van die tanktipe kuitskakelaar is baie hoër as dié van die porseleinposttipe.

• Omgewingsaanpasbaarheid. Vanuit die perspektief van omgewingsaanpasbaarheid, wys die groot volume tanktipe kuitskakelaar sy voordele. 'n Verwarmer kan in die tanktipe kuitskakelaar geïnstalleer word, terwyl dit nie in die porseleinposttipe geïnstalleer kan word nie.

• Aardbewingstandvastigheid. Vanuit die perspektief van aardbewingstandvastigheid, is die tanktipe kuitskakelaar verreweg beter as die porseleinposttipe. Omdat die porseleinpost-kuitskakelaar 'n hoë sentrum van swaart het, is sy aardbewingstandvastigheid swak.

• Pryskomparisie. In terme van prys, is die porseleinpost-kuitskakelaar beter as die tanktipe vir dieselfde kapasiteit. Gewoonlik is die prys van die tanktipe kuitskakelaar ongeveer 20% hoër as dié van die porseleinpost-kuitskakelaar met 'n eksterne stroomtransformator (soos 'n SF₆-transformator).

4. Kwessies wat gedurende die bedryf en instandhouding van SF₆-kuitskakelaars opgemerk moet word

Om die gaslekkas streng te beheer en vochtaanval en -damp in die kas te verhoed, is die verwerkings tegnieke en materiaalvereistes baie hoër as dié van algemene hoogspannings-elektriese toerusting. Tegelykertyd is 'n spesifieke SF₆-gasstelsel nodig, insluitend 'n ventiel met goeie sluitingseienskappe, lekkasdeteksie-toerusting, 'n gas-opwekkingstoestel, en drukmonitoring. Buite dié, as gevolg van die groot metalverbruik, neem die vervaardigingskomplikasie toe.

Reine SF₆-gas is kleurloos, geurloos, giftig-vry, en brandvry. Echter, tydens die sintese van seshexafluoride, word ook lae-fluoride verbindinge van swael geproduseer, wat giftig is. In die kuitskakelaar sal die gas onder die hoë temperatuur van die boog deur dissociasie en ionisering opgedeel word, en hooggiftige gase vorm. Daarom word 'n adsorber in die kuitskakelaar geïnstalleer, en aktive aluminiumpoeder daarin geplaas om hierdie giftige gase op te neem.

Trotse hiervan, moet spesiale aandag gegee word om vergiftiging tydens instandhouding te verhoed. Daarom moet die gas voor werk begin skoon geloseer en afgevoer word. As 'n onaangename geur steeds gerook word, moet 'n gasmasker en rubberhandskoene gedra word. Buite dié, bevat die boog-dekomposisieprodukte ook 'n paar metaalfluoride, wat in poedervorm in die kuitskakelaar versprei is. Alhoewel hierdie poeders nie hooggiftige stowwe is nie, moet voorbereidings getref word om dit tydens skoonmaak te verhoed dat dit ingeadem word.

5. Gevolgtrekking

Met die voortdurende toename in die spanning van die kragstelsel, of dit nou die porseleinpost- of tanktipe SF₆-kuitskakelaars is, evolueer hulle voortdurend met tegnologiese vooruitgang. Spesifiek in die afgelope jare, is die self-energie booguitdowingsbeginsel ontwikkel en toegepas, dit wil sê, hoë druk word gebruik om 'n gasblaas te vorm om die boog uit te dow. Die aantal fraksies is verminder, en die materialieverbruik is verminder.

As gevolg van sy relatief hoë prys en hoë vereistes vir die toepassing, bestuur, en bedryf van SF₆-gas, word dit nie wyd aangewend in middelspanning (35kV, 10kV) nie. In die algemeen het hoogspannings SF₆-kuitskakelaars 'n breed toepassingsperspektief, en die tegnologiese navorsing, ontwikkeling, en opgradering van produkte sal beduidende ekonomiese en sosiale voordele bring.