Keadaan semasa dan trend pembangunan pemutus litar tegangan tinggi SF6

Pemutus litar tegangan tinggi, juga dikenali sebagai pemutus litar tegangan tinggi, mempunyai keupayaan penghentian dan pemadam api yang mencukupi. Mereka bukan sahaja boleh memutuskan dan menutup arus beban dan arus tanpa beban litar tegangan tinggi, tetapi apabila terdapat gangguan dalam sistem, mereka dapat bekerjasama dengan peranti perlindungan dan peranti automatik untuk segera memutuskan arus gangguan, mengurangkan julat gangguan elektrik dan mencegah penyebaran kemalangan. Ini sangat penting bagi memastikan operasi selamat sistem tenaga.

Pemutus litar tegangan tinggi telah berkembang melalui pemutus litar minyak, pemutus litar udara bertekanan, pemutus litar vakum, dan pemutus litar SF₆. Di antaranya, dua jenis pertama telah secara beransur-ansur dihapuskan, dan pemutus litar SF₆ lebih banyak digunakan berbanding kedua-dua jenis yang seterusnya. Pemutus litar SF₆ mula luas digunakan pada awal tahun 1970-an. Mereka menggunakan sulfur heksafluorida sebagai medium pemadam api. Jenis pemutus litar ini mempunyai keupayaan penghentian yang besar. Dalam keadaan penghentian bebas, keupayaan penghentian mereka kira-kira 10 kali lebih tinggi daripada pemutus litar lain. Ia memainkan peranan penting dalam operasi stabil dan selamat sistem tenaga, serta penting dari segi faedah ekonomi dan sosial.

1. Prestasi Pemutus Litar SF₆

Pemutus litar SF₆ adalah peralatan pemutusan tanpa minyak yang menggunakan gas SF₆ sebagai medium isolasi dan pemadam api. Prestasi isolasi dan ciri-ciri pemadam api mereka jauh lebih tinggi daripada pemutus litar minyak. Pemutus litar sulfur heksafluorida mempunyai ciri-ciri berikut:

• Kemampuan pemadam api yang kuat, kekuatan dielektrik yang tinggi, dan nilai tekanan yang dapat ditahan oleh fraktur unit yang tinggi. Oleh itu, pada tahap voltan nominal yang sama, bilangan port fraktur siri yang diperlukan dikurangkan, meningkatkan prestasi ekonomi produk.

• Umur elektrik yang panjang. Ia boleh memutuskan secara berterusan pada kapasiti penuh 50kA sebanyak 19 kali, dan arus penghentian kumulatif boleh mencapai 4200kA. Siklus penyelenggaraan adalah panjang, dan sesuai untuk operasi sering.

• Prestasi penghentian yang baik. Berkat elektro-negativiti gas SF₆, ia mempunyai keupayaan yang kuat untuk menyerap elektron bebas. Busur yang terbentuk dalam SF₆ membantu pembentukan "struktur tiang busur" (inti busur dan selubung busur). Penyebaran plasma ionized dibatasi, membolehkan rekomposisi ion yang efektif. Arus penghentian adalah besar, mencapai 80-100kA, dan bahkan 200kA. Masa pemadam api adalah singkat, biasanya 5-15ms. Pada masa yang sama, prestasi penghentian untuk penghentian fasa songsang, gangguan zon dekat, litar panjang tidak bermuat, dan keadaan tidak bermuat transformer juga baik.

• Prestasi isolasi yang tinggi. Kekuatan isolasi SF₆ kira-kira 5-10 kali lebih tinggi daripada udara.

• Gas SF₆ adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak toksik, tidak mudah terbakar, dan merupakan gas yang sangat stabil yang sukar bereaksi dengan bahan-bahan lain. Selain itu, apabila pemutus litar dibuka, peningkatan tekanan disebabkan oleh pemanasan busur adalah sangat kecil, memastikan operasi yang boleh dipercayai dan mencegah kemalangan letupan.

2. Pembangunan Pemutus Litar SF₆ Tegangan Tinggi
2.1 Pemutus Litar SF₆ Bertekanan Ganda

Dua sistem gas SF₆ (sistem bertekanan tinggi dan sistem bertekanan rendah) diletakkan di dalam pemutus litar. Hanya semasa proses pembukaan, ruang bertekanan tinggi mengalir ke ruang bertekanan rendah melalui kawalan klep tiupan untuk membentuk aliran gas bertekanan tinggi. Setelah penghentian selesai, klep tiupan ditutup. Prinsip ruang pemadam api adalah kompresor gas dan paip disambungkan antara ruang bertekanan tinggi dan ruang bertekanan rendah. Apabila tekanan gas di ruang bertekanan tinggi berkurang atau tekanan gas di ruang bertekanan rendah meningkat hingga had tertentu, kompresor gas akan mula memompa gas SF₆ di ruang bertekanan rendah ke ruang bertekanan tinggi, membentuk sistem gas tertutup otomatik.

2.2 Pemutus Litar SF₆ Bertekanan Tunggal

Struktur bertekanan tunggal adalah mudah dan boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai suhu persekitaran. Jenis kompresi gas juga telah melalui proses perkembangan: dari segi tiupan busur, jenis bertekanan tunggal generasi pertama mempunyai struktur tiupan tunggal, dengan arus penghentian yang kecil (biasanya 31.5kA) dan voltan port fraktur yang rendah (biasanya 170kV). Jenis bertekanan tunggal generasi kedua mempunyai struktur tiupan ganda, dengan arus penghentian meningkat menjadi (40-50kA), dan voltan port fraktur masih rendah. Biasanya, produk 252kV mempunyai dua port fraktur. Jenis bertekanan tunggal generasi ketiga mempunyai struktur tiupan ganda yang disokong oleh kesan pelepasan haba (pemadam api campuran). Arus penghentian adalah besar, meningkat menjadi 63kA, dan voltan port fraktur adalah tinggi. Port fraktur tunggal boleh mencapai 252kV, 363kV, 420kV, dan bahkan 550kV.

Perkembangan jenis bertekanan tunggal, dari sudut ruang pemadam api, telah mengadaptasi piston kompresi gas yang lebih kecil. Kelebihan yang dibawa oleh pengurangan piston di ruang pemadam api adalah seperti berikut:

• Jisim seluruh sistem gerakan semasa proses penghentian produk dikurangkan.

• Kuasa operasi produk dikurangkan.

• Pengecaman produk menjadi lebih mudah, dan umur mekanikal adalah panjang.

2.3 Pemutus Litar SF₆ Energi Sendiri

Pemutus litar SF₆ energi sendiri mempunyai dua prinsip pemadam api: prinsip pelepasan haba dan prinsip putaran busur. Saat ini, kebanyakan pemutus litar energi sendiri menggunakan prinsip pelepasan haba. Prinsip energi sendiri adalah menggunakan tenaga busur untuk memanaskan gas SF₆ di ruang pelepasan, membina tekanan, membentuk aliran gas, dan memadamkan busur. Walau bagaimanapun, semasa memutuskan arus kecil, kerana tenaga busur yang kecil, diperlukan piston kecil untuk mengompres gas untuk membentuk tiupan tambahan. Kerana pengurangan yang signifikan dalam kuasa operasi, mekanisme operasi spring dengan struktur yang mudah boleh digunakan. Jenis pelepasan haba kini telah berkembang kepada generasi kedua. Produk generasi pertama mencapai kesan mengurangkan kuasa operasi dengan mengurangkan tenaga kompresi gas yang diperlukan untuk pemadam api. Diameter piston kompresi gas direka mengikut penghentian 30% arus gangguan maksimum, dan jisim gerakan juga kecil, yang mengurangkan kuasa operasi. Produk generasi kedua lebih meningkatkan kesan pelepasan haba dan prestasi penghentian, bukan sahaja meningkatkan penghentian arus kapasitif tetapi juga lebih mengurangkan kuasa operasi.

2.4 Pemutus Litar SF₆ Cerdas

Ciri lain pemutus litar tegangan tinggi moden adalah cerdas, berkembang dari sistem elektromekanikal tradisional menjadi sistem cerdas moden berpusat pada komputer. Saat ini, kandungan deteksi dalam talian pemutus litar tegangan tinggi adalah seperti berikut:

• Gas SF6;

• Sistem mekanisme operasi;

• Pelepasan;

• Litar kawalan dan bantu;

• Rantai transmisi kuasa.

Melalui deteksi ini, lebih dari 90% gangguan boleh dikesan. Deteksi dalam talian boleh mengubah penyelenggaraan berkala pemutus litar kepada penyelenggaraan berdasarkan keadaan sebenar.

3. Pemutus Litar SF₆ Jenis Tiang Seramik dan Jenis Tank, dan Penggunaannya

China pertama kali menggunakan pemutus litar SF₆ pada tahun 1970 apabila Biro Tenaga Elektrik Timur Laut mengimport tiga pemutus litar SF₆ jenis tiang seramik H-912 220KV bertekanan ganda yang dihasilkan oleh Siemens dari luar negara dan memasangnya di stesen utama HuShitai di Shenyang. Mereka masih beroperasi dengan baik hingga kini.

Pemutus litar sulfur heksafluorida tegangan tinggi dibahagikan kepada jenis tiang seramik dan jenis tank mengikut strukturnya. Semasa membandingkan kedua-duanya, masing-masing mempunyai ciri-ciri tersendiri:

• Baik pemutus litar SF₆ jenis tiang seramik mahupun jenis tank boleh memenuhi keperluan tegangan tinggi dan kapasiti besar. Ruang pemadam api jenis tiang seramik dipasang pada sokongan isolasi. Dengan menyambungkan ruang pemadam api secara bersiri dan memasangnya pada sokongan isolasi pada ketinggian yang sesuai, mana-mana nilai voltan nominal boleh dicapai. Sokongan isolasi kebanyakannya adalah tiang seramik, dan sokongan komposit organik juga telah muncul. Ruang pemadam api jenis tank dipasang dalam tangki logam yang disambungkan dengan potensi tanah. Di bawah tegangan tinggi, beberapa ruang pemadam api perlu disambung secara bersiri dan dipasang dalam tangki yang sama untuk setiap fasa.

• Pemasangan transformator arus. Dari segi pemasangan transformator arus, pemutus litar jenis tiang seramik berada dalam situasi yang kurang menguntungkan. Kerana ruang pemadam api jenis tiang seramik dipasang di dalam insulator dan di atas sokongan isolasi, transformator arus harus dipasang secara berasingan pada sokongan isolasi sendiri. Walau bagaimanapun, transformator arus bushing boleh dipasang pada bushing pemutus litar jenis tank. Dalam beberapa skenario aplikasi, pemutus litar tidak perlu dilengkapi dengan transformator arus, terutama apabila digunakan sebagai sakelar untuk beralih bank kapasitor dan reaktor shunt. Di sini, harga jenis tiang seramik hanya 60% daripada pemutus litar jenis tank, dan kerana penggunaan port fraktur berbilang, ia dapat menahan lebih baik terhadap restriking.

• Kapasiti tahanan voltan luar. Dari sudut pandangan tahanan voltan luar, beberapa ruang pemadam api bersiri pemutus litar jenis tiang seramik boleh memenuhi mana-mana nilai voltan nominal, tetapi kapasiti isolasi luarannya terhad oleh panjang ruang pemadam api sendiri. Untuk pemutus litar jenis tank, asalkan kapasiti tahanan yang diperlukan untuk mengurangkan bilangan port fraktur boleh dibangunkan, bushing isolasi boleh dibuat. Oleh itu, pemutus litar jenis tank boleh mencapai port fraktur tunggal 550kV/63kA dan port fraktur ganda 1100kV/50kA.

• Penggunaan gas SF₆. Dari segi penggunaan gas SP6, jenis tiang seramik lebih unggul daripada jenis tank. Penggunaan gas pemutus litar jenis tank jauh lebih tinggi daripada jenis tiang seramik.

• Adaptabiliti persekitaran. Dari sudut pandangan adaptabiliti persekitaran, pemutus litar jenis tank volume besar menunjukkan kelebihannya. Pemanas boleh dipasang dalam pemutus litar jenis tank, manakala ia tidak boleh dipasang dalam jenis tiang seramik.

• Tahanan gempa. Dari sudut pandangan tahanan gempa, pemutus litar jenis tank jauh lebih baik daripada jenis tiang seramik. Kerana jenis tiang seramik mempunyai pusat graviti yang tinggi, tahanan gempanya lemah.

• Perbandingan harga. Dari segi harga, untuk kapasiti yang sama, pemutus litar jenis tiang seramik lebih baik daripada jenis tank. Secara umum, harga pemutus litar jenis tank kira-kira 20% lebih tinggi daripada pemutus litar jenis tiang seramik dengan transformator arus luar (seperti transformator SF₆).

4. Isu-Isu yang Perlu Diperhatikan Semasa Operasi dan Penyelenggaraan Pemutus Litar SF₆

Untuk mengawal ketat kebocoran gas dan mencegah kelembapan dan kelembapan masuk ke dalam kotak, teknologi pengolahan dan keperluan bahan jauh lebih tinggi daripada alat elektrik tegangan tinggi biasa. Pada masa yang sama, sistem gas SF₆ khusus diperlukan, termasuk klep dengan prestasi segel yang baik, peralatan deteksi kebocoran, peranti pemulihan gas, dan pemantauan tekanan. Selain itu, kerana penggunaan logam yang besar, kompleksiti pembuatan meningkat.

Gas SF₆ tulen tidak berwarna, tidak berbau, tidak toksik, dan tidak mudah terbakar. Walau bagaimanapun, dalam sintesis sulfur heksafluorida, senyawa fluorin rendah sulfur juga dihasilkan, yang toksik. Dalam pemutus litar, gas akan terurai di bawah suhu tinggi busur melalui disosiasi dan ionisasi, menghasilkan gas yang sangat toksik. Oleh itu, penyerap dipasang dalam pemutus litar, dan aluminium aktif ditempatkan di dalamnya untuk menyerap gas-gas toksik tersebut.

Walaupun begitu, perhatian khusus perlu diberikan untuk mencegah keracunan semasa penyelenggaraan. Oleh itu, gas mesti dikosongkan dan dibuang bersih sebelum bekerja. Jika masih bau tidak menyenangkan, topeng gas dan sarung tangan getah harus dipakai. Selain itu, hasil penguraian busur juga mengandungi beberapa fluoride logam, yang tersebar dalam bentuk serbuk di dalam pemutus litar. Walaupun serbuk-serbuk ini bukan bahan toksik yang sangat tinggi, langkah-langkah perlu diambil untuk mencegahnya terhirup semasa pembersihan.

5. Kesimpulan

Dengan peningkatan berterusan voltan sistem tenaga, sama ada jenis tiang seramik atau jenis tank pemutus litar SF₆, mereka terus berkembang dengan kemajuan teknologi. Terutamanya, dalam beberapa tahun ke belakang, prinsip pemadam api energi sendiri telah dibangunkan dan digunakan, iaitu tekanan tinggi digunakan untuk membentuk tiupan gas untuk memadamkan busur. Bilangan port fraktur dikurangkan, dan penggunaan bahan berkurang.

Kerana harganya yang relatif tinggi dan keperluan yang tinggi untuk penggunaan, pengurusan, dan operasi gas SF₆, ia tidak luas digunakan dalam tegangan sederhana (35kV, 10kV). Secara umum, pemutus litar SF₆ tegangan tinggi mempunyai prospek aplikasi yang luas, dan penyelidikan, pembangunan, dan peningkatan teknologi produk akan membawa faedah ekonomi dan sosial yang signifikan.