Pašreizējā situācija un attīstības tendences augsprieguma SF6 pārslēdzējos

Augstsprieguma šķēršņi, arī pazīstami kā augstsprieguma spēkavāri, ir aprīkoti pietiekamu šķēršņa un loksnes iznīcināšanas spēju. Tie var ne tikai pārtraukt un savienot augstsprieguma tīklu bezslodzes un slodzes strāvas, bet arī, ja sistēmā notiek kļūda, sadarbojas ar aizsardzības ierīcēm un automātiskām ierīcēm, lai ātri pārtrauktu kļūdas strāvu, samazinot elektroenerģijas pārtraukumu apmēru un novēršot nelaimes paplašināšanos. Tas ir lielisks nozīmes, lai nodrošinātu elektrotīkla drošu darbību.

Augstsprieguma šķēršņi ir attīstīti caur naftas šķēršņiem, sprādziena gaisa šķēršņiem, vakuumu šķēršņiem un SF₆ šķēršņiem. No šiem pirmie divi veidi ir gandrīz pilnībā izbeigti, un salīdzinājumā ar vāko diviem, SF₆ šķēršņi tiek plašāk pielietoti. SF₆ šķēršņi tika plaši pieņemti sākotnēji 1970. gadu desmitajos gados. Tie izmanto šešfluorānu kā loksnes iznīcināšanas vidu. Šāda veida šķēršņu šķēršņa spēja ir aptuveni 10 reizes lielāka nekā citiem šķēršņiem brīvā šķēršņa apstākļos. Tie spēlē būtisku lomu stabila un droša elektrotīkla darbībā, un tas ir arī liela nozīme ekonomiskajā un sociālajā ziņā.

1. SF₆ Šķēršņu Izmantotā Spēja

SF₆ šķēršņi ir beznaftas pārslēguma aprīkojums, kas izmanto SF₆ gāzi gan kā izolācijas, gan loksnes iznīcināšanas vidu. To izolācijas un loksnes iznīcināšanas raksturojumi ir būtiski augstāki nekā naftas šķēršņu. Sulfūra heksafluorīda šķēršņi ir ar šādiem raksturojumiem:

• Spēcīga loksnes iznīcināšanas spēja, augsta dielektriska stipruma un augsts izolācijas noslogojuma vērtība vienā šķēršņa lokā. Tādējādi, vienā un tajā pašā nominaļajā uzspiestā sprieguma līmenī, nepieciešamais šķēršņu skaitu var samazināt, uzlabojot produktu ekonomisko efektivitāti.

• Ilgas elektriskās dzīves ilgums. Tas var nepārtraukti šķērst pilnā jaudā 50kA 19 reizes, un kumulatīvā šķēršņa strāva var sasniedzt 4200kA. Uzturēšanas cikls ir ilgs, un tas ir piemērots biežam izmantošanai.

• Labas šķēršņa spējas. Tā kā SF₆ gāze ir elektropozitīva, tā spēcīgi piesaista brīvas elektronas. Loksne, kas rodas SF₆, palīdz veidot "loksnes kolonnas struktūru" (loksnes ass un loksnes mantu). Ionizētā plazmas izplatīšanās tiek ierobežota, ļaujot efektīvai ionu rekombinācijai. Šķēršņa strāva ir liela, sasniedzot 80-100kA, pat 200kA. Loksnes iznīcināšanas laiks ir īss, parasti 5-15ms. Lieliska šķēršņa spēja ir arī pretfāzes šķēršņiem, tuvējo kļūdu, neieslodzēto garo līniju un transformatora bezslodzes stāvokļiem.

• Augsts izolācijas raksturs. SF₆ izolācijas stipruma ir aptuveni 5-10 reizes lielāks nekā gaiss.

• SF₆ gāze ir bezkrāsas, bezsmirdes, netoksiska, neatdegama un ļoti stabila gāze, kas viegli nereaģē ar citiem vielām. Turklāt, kad šķēršnis tiek atvērts, loksnes sildīšana rada ļoti mazu spiediena pieaugumu, nodrošinot uzticīgu darbību un novēršot eksplodēšanas nelaimes.

2. Augstsprieguma SF₆ Šķēršņu Attīstība
2.1 Divspiediena SF₆ Šķēršņi

Šķēršņa iekšpusē ir iestatītas divas SF₆ gāzes sistēmas (augstspiediens un zemspiediens). Tikai atvēršanas procesā, pārblāzma klepa kontroles dēļ, augstspiediena kameras gāze plūst uz zemspiediena kameras, veidojot augstspiediena gāzes plūsmu. Pēc šķēršņa pabeigšanas, pārblāzma kleps tiek aizvērts. Loksnes iznīcināšanas kameras princips ir tāds, ka starp augstspiediena un zemspiediena kamerām ir savienots gāzes kompresors un cauruļi. Ja augstspiediena kameras gāzes spiediens samazinās vai zemspiediena kameras gāzes spiediens paaugstinās līdz noteiktam robežvērtībai, gāzes kompressors sāk pumpēt SF₆ gāzi no zemspiediena kameras uz augstspiediena kameru, veidojot automātisku slēgtu gāzes sistēmu.

2.2 Vienaspiediena SF₆ Šķēršņi

Vienaspiediena struktūra ir vienkārša un var adaptēties plašam temperatūras diapazonam. Gāzes kompresijas tips arī ir izmantots attīstības procesā: loksnes pārblāzmas ziņā, pirmās paaudzes vienaspiediena tips ir ar vienkāršu pārblāzmas struktūru, ar mazu šķēršņa strāvu (parasti 31.5kA) un zemu šķēršņa lokā spriegumu (parasti 170kV). Otrās paaudzes vienaspiediena tips ir ar divu pārblāzmas struktūru, ar šķēršņa strāvu palielinātu līdz (40-50kA), bet šķēršņa lokā spriegums joprojām ir zems. Parasti 252kV produkti ir ar diviem šķēršņa lokiem. Trešās paaudzes vienaspiediena tips ir ar divu pārblāzmas struktūru, papildinātu termiskās izplešanās efektu (hibrida loksnes iznīcināšana). Šķēršņa strāva ir liela, palielināta līdz 63kA, un šķēršņa lokā spriegums ir augsts. Viens šķēršņa loks var sasniedzt 252kV, 363kV, 420kV, pat 550kV.

Vienaspiediena tipa attīstība, no loksnes iznīcināšanas kameras perspektīvas, ir izmantojusi mazāku gāzes kompresijas stieni. Maza stiena samazināšana loksnes iznīcināšanas kamerā dod šādus priekšrocības:

• Produkta šķēršņa procesā vesela kustības sistēmas masa ir samazināta.

• Produkta darbības jauda ir samazināta.

• Produkta amortizācija kļūst vieglāka, un mehāniskais dzīves ilgums ir ilgs.

2.3 Savierīgas Enerģijas SF₆ Šķēršņi

Savierīgas enerģijas SF₆ šķēršņi ir ar diviem loksnes iznīcināšanas principiem: termiskās izplešanās principu un loksnes rotācijas principu. Pašlaik lielākā daļa savierīgo enerģiju šķēršņu izmanto termiskās izplešanās principu. Savierīgas enerģijas princips ir izmantot loksnes enerģiju, lai sildītu SF₆ gāzi izplešanās kamerā, veidojot spiedienu, veidojot gāzes plūsmu un iznīcinot loksni. Tomēr, šķēršņot mazas strāvas, tā kā loksnes enerģija ir maza, nepieciešams mazs stiens, lai komprimētu gāzi, veidojot palīgpārblāzmu. Tā kā darbības jauda ir būtiski samazināta, var izmantot vienkāršu sprindzinājuma darbības mehānismu. Termiskās izplešanās tips tagad ir attīstīts līdz otrajai paaudzei. Pirmās paaudzes produkti samazina darbības jaudu, samazinot gāzes kompresijas enerģiju, kas nepieciešama loksnes iznīcināšanai. Gāzes kompresijas stiena diametrs ir dizainēts atbilstoši maksimālajai kļūdas strāvai 30%, un kustības masa ir arī maza, samazinot darbības jaudu. Otrās paaudzes produkti vēl vairāk uzlabo termiskās izplešanās efektu un šķēršņa spēju, ne tikai uzlabojot kondensatoru strāvas šķēršņošanu, bet arī vēl vairāk samazinot darbības jaudu.

2.4 Intelģentie SF₆ Šķēršņi

Cita moderna augstsprieguma šķēršņu īpašība ir to intelektualitāte, evoluējot no tradicionālām elektromehāniskām sistēmām līdz modernām intelektuālām sistēmām, kas balstītas uz datoriem. Pašlaik augstsprieguma šķēršņu tiešsaistes kontrolējamie saturā ir šādi:

• SF6 gāze;

• Darbības mehānismu sistēma;

• Atbrīvošana;

• Kontroles un palīgsistēmas;

• Enerģijas pārnese.

Ar šiem kontroles pasākumiem var atrast vairāk nekā 90% no kļūdām. Tiešsaistes kontrole var mainīt regulāro šķēršņu uzturēšanu reāllaika stāvokļa uzturēšanā.

3. Porcellānas Stabiņu Tipa un Reservoira Tipa SF₆ Šķēršņi un To Lietojums

Ķīna pirmo reizi lietoja SF₆ šķēršņus 1970. gadā, kad Austrumeiro elektrosabiedrība importēja trīs Siemens ražotus H-912 tipa 220KV divspiediena porcellānas stabiņu tipa SF₆ šķēršņus no ārzemēm un instalēja tos Šenjangas Hushitai galvenajā pārvadi. Tie joprojām labi darbojas šodien.

Augstsprieguma sulfūra heksafluorīda šķēršņi ir sadalīti par porcellānas stabiņu tipu un reservoira tipu saskaņā ar to struktūru. Salīdzinot abus, katrs no tiem ir savas īpašības:

• Gan porcellānas stabiņu tipa, gan reservoira tipa augstsprieguma SF₆ šķēršņi var apmierināt augstsprieguma un lielas jaudas prasības. Porcellānas stabiņu tipa loksnes iznīcināšanas kamera ir instalēta izolācijas atbalstā. Saistot loksnes iznīcināšanas kameras virzienā un instalējot tos izolācijas atbalstā pareizā augstumā, jebkura nominālā sprieguma vērtība var tikt iegūta. Izolācijas atbalsts ir parasti porcellānas stabiņš, un ir arī radušies organiski savienotos atbalsti. Reservoira tipa loksnes iznīcināšanas kamera ir instalēta metāla rezervuarā, kas savienots ar zemes potenciālu. Augstsprieguma apstākļos, vairākas loksnes iznīcināšanas kameras jāsavieno virzienā un jāinstalē vienā rezervuarā katram fāzei.

• Strāvas transformatoru instalēšana. Strāvas transformatoru instalēšanas ziņā, porcellānas stabiņu tipa šķēršņi ir nelabvēlīgākā pozīcijā. Tā kā porcellānas stabiņu tipa loksnes iznīcināšanas kamera ir instalēta izolātorā un izolācijas atbalsta augšpusē, strāvas transformators jāinstalē atsevišķi savā izolācijas atbalstā. Tomēr, rezervuaru tipa šķēršņu izolātorā var instalēt strāvas transformatoru. Dažos lietojuma scenārijos, šķēršņam nav nepieciešams strāvas transformators, īpaši, ja tā lietošana ir kā pārslēgums kondensatoru grupām un paralelām reaktoru grupām. Šeit porcellānas stabiņu tipa cena ir tikai 60% no rezervuaru tipa šķēršņu cenas, un, izmantojot vairākus šķēršņu lokus, tas var labāk izturēt atkārtotas šķēršņošanas situācijas.

• Ārējais izolācijas spēja. No ārējās izolācijas perspektīvas, vairāku virzienā savienoto loksnes iznīcināšanas kameru porcellānas stabiņu tipa šķēršņi var apmierināt jebkuru nominālo sprieguma vērtību, bet tā ārējā izolācijas spēja ir ierobežota loksnes iznīcināšanas kameras pašas garumu. Reservoira tipa šķēršņiem, tikai ja tiek izstrādāta nepieciešamā spēja, lai samazinātu šķēršņu lokus, var izgatavot izolācijas izolātoru. Tādējādi, reservoira tipa šķēršņi var sasniegt vienu šķēršņa loku 550kV/63kA un divus šķēršņa lokus 1100kV/50kA.

• SF₆ gāzes patēriņš. SF₆ gāzes patēriņa ziņā, porcellānas stabiņu tips ir labāks nekā reservoira tips. Reservoira tipa šķēršņu gāzes patēriņš ir daudz lielāks nekā porcellānas stabiņu tipa.

• Vides pielāgošanās. No vides pielāgošanās perspektīvas, liela tilpuma reservoira tipa šķēršņi rāda savas priekšrocības. Reservoira tipa šķēršņā var instalēt sildītāju, bet porcellānas stabiņu tipā tas nav iespējams.

• Seismiskā izturība. Seismiskās izturības ziņā, reservoira tipa šķēršņi ir daudz labāki nekā porcellānas stabiņu tipa. Tā kā porcellānas stabiņu tipa šķēršņu smaguma centrs ir augsts, tā seismiskā izturība ir sliktāka.

• Cena salīdzinājumā. Cena ziņā, vienādas jaudas apmērā, porcellānas stabiņu tipa šķēršņi ir labāki nekā reservoira tipa. Parasti, reservoira tipa šķēršņu cena ir aptuveni 20% augstāka nekā porcellānas stabiņu tipa šķēršņu cena ar ārējo strāvas transformatoru (piemēram, SF₆ transformatoru).

4. Jāievēro Aspekti SF₆ Šķēršņu Darbības un Uzturēšanas Laikā

Lai stingri kontrolētu gāzes izplūšanu un novērstu mitruma un mitruma ieplūšanu rezervuārā, apstrādes tehnoloģijas un materiālu prasības ir daudz augstākas nekā parastajiem augstsprieguma elektrotehnikas ierīču. Kā arī, ir nepieciešama speciāla SF₆ gāzes sistēma, ieskaitot klepu ar labu izolāciju, noplūdes detektora ierīci, gāzes atgūšanas ierīci un spiediena monitoringu. Papildus tam, tā kā metāla patēriņš ir liels, ražošanas sarežģītība ir palielināta.

Daba SF₆ gāze ir bezkrāsas, bezsmirdes, netoksiska un neatdegama. Tomēr, sulfūra heksafluorīda sintēzē, tiek veidoti arī zemas fluorāna sulfūra savienojumi, kas ir toksi. Šķēršņa iekšpusē, gāze tiks sadalīta augstā loksnes temperatūrā, veidojot augsti toksiskas gāzes. Tādēļ, šķēršņā ir instalēts adsorbents, kurā ir ievietots aktivizēts aluminis, lai adsorbētu šīs toksiskās gāzes.

Tomēr, uzturēšanas laikā jāpievērš īpaša uzmanība, lai novērstu notoksēšanu. Tādēļ, pirms darba, gāzi jāizved un jāizplūst. Ja joprojām jūtas nepatīkama smarža, jāizmanto gāzu maska un gumijas rokas cimdi. Papildus tam, loksnes sadalījuma produkti satur arī dažus metāla fluorānus, kas ir izplatīti šķēršņa iekšpusē pulverveida formā. Nē, šie pulveri nav augsti toksiķi, tomēr, tīrīšanas laikā jāņem vērā, lai tos nerīkojas ieliet.

5. Secinājumi

Kamēr elektrotīkla spriegums nepārtraukti palielinās, gan porcellānas stabiņu, gan reservoira tipa SF₆ šķēršņi nepārtraukti evoluē ar tehnoloģisko progresu. Šobrīd, pēdējos gados, ir attīstīts un pielietots savierīgas enerģijas loksnes iznīcināšanas princips, t.i., lielā spiediena izmantošana, lai veidotu gāzes plūsmu, lai iznīcinātu loksni. Šķēršņu lokus samazina, un materiālu patēriņu samazina.

Tā kā tā cena ir salīdzinoši augsta un tās izmantošana, pārvaldība un darbība prasa augstu SF₆ gāzes prasības, tā nav plaši pielietota vidējspriegumā (35kV, 10kV). Kopumā, augstsprieguma SF₆ šķēršņi ir plašas lietošanas perspektīvas, un to tehnoloģiskais pētījums, attīstība un produkta atjaunināšana dos nozīmīgus ekonomiskos un sociālos labumus.