Nåværende situasjon og utviklingstrend for høyspenning SF6 brytere

Høyspenningsbrytere, også kjent som høyspenningskontaktorer, har tilstrekkelig brytningsevne og bukseutslukningskapasitet. De kan ikke bare skille og slå sammen tomstrøm- og belastningsstrømmen i høyspenningskretser, men kan også, når det oppstår en feil i systemet, samarbeide med beskyttelsesenheter og automatiske enheter for å raskt skille feilstrømmen, redusere strømningsbruddets omfang og forhindre utvidelse av ulykken. Dette er av stor betydning for å sikre trygg drift av kraftsystemet.

Høyspenningsbrytere har utviklet seg gjennom oljebrytere, komprimert luftbrytere, vakuum-brytere og SF₆-brytere. Av disse to første typene er gradvis faset ut, og SF₆-brytere er mer vanlig brukt enn de to siste. SF₆-brytere ble vidt anvendt i begynnelsen av 1970-årene. De bruker svovelhexafluorid som bukseutslukningsmedium. Denne type bryter har stor brytningskapasitet. Under fri brytningsforhold er dens brytningskapasitet omtrent 10 ganger høyere enn andre brytere. Den spiller en viktig rolle for stabil og trygg drift av kraftsystemet, og er også av stor betydning i økonomisk og sosial henseende.

1. Ytelsen til SF₆-brytere

SF₆-brytere er oljefrie kontaktenheter som bruker SF₆-gass både som isolerings- og bukseutslukningsmedium. Deres isolasjonsegenskaper og bukseutslukningskarakteristika er markant høyere enn oljebryterne. Sulfur hexafluoride brytere har følgende karakteristika:

• Sterk bukseutslukningskapasitet, høy dielektrisk styrke og høy brytningsverdi for enhetsfraktur. Som et resultat, ved samme nominalspenning, er antallet av seriefrakturer som trengs, redusert, noe som forbedrer produktets økonomiske ytelse.

• Lang elektrisk levetid. Den kan kontinuerlig bryte på full kapasitet på 50kA 19 ganger, og den akkumulerte brytningsstrømmen kan nå 4200kA. Vedlikeholdsperioden er lang, og den er egnet for hyppig drift.

• God brytningsytelse. På grunn av SF₆-gassens elektronegativitet, har den en sterk evne til å absorbere fri elektron. Buksen dannet i SF₆ er gunstig for dannelsen av "bukseskjema" (buksekjerne og bukeskall). Ionisert plasma diffuseres begrenset, noe som tillater effektiv ion rekombinasjon. Brytningsstrømmen er stor, opp til 80-100kA, og til og med 200kA. Bukseutslukningstiden er kort, generelt 5-15ms. Samtidig er brytningsytelsen for motsatt fasebryting, nærfeil, tomme lange linjer og transformator tomstrøm også god.

• Høy isolasjonsegenskap. Isolasjonstyrken til SF₆ er omtrent 5-10 ganger høyere enn luft.

• SF₆-gass er fargeless, luktesløs, ufarlig, ubrennbar og en veldig stabil gass som ikke reagerer lett med andre stoffer. I tillegg, når bryteren åpnes, er pressetilveksten forårsaket av bukesvarmen ekstremt liten, noe som sikrer pålitelig drift og forhindrer eksplosjonsulykker.

2. Utvikling av høyspennings SF₆-brytere
2.1 Dobbeltrykk SF₆-brytere

To SF₆-gassystemer (høytrykkssystem og lavtrykkssystem) er plassert inni bryteren. Bare under åpningprosessen flyter høytrykkskammeret til lavtrykkskammeret gjennom kontrollen av blåsventilen for å danne et høytrykksgassflyt. Etter at brytningen er fullført, blir blåsventilen lukket. Prinsippet for bukesutslukningskammeret er at en gasskompressor og rør er koblet mellom høytrykkskammeret og lavtrykkskammeret. Når gasspresset i høytrykkskammeret minker eller gasspresset i lavtrykkskammeret stiger til et visst grensenivå, starter gasskompressoren med å pumpe SF₆-gassen i lavtrykkskammeret til høytrykkskammeret, danner et automatisk lukket gasssystem.

2.2 Enkelttrykk SF₆-brytere

Enkelttrykkstrukturen er enkel og kan tilpasse seg et bredt spekter av miljøtemperaturer. Gasskomprimeringstype har også gått gjennom en utviklingsprosess: i forhold til bukesblåsing, har den første generasjonen av enkelttrykktype en enkle blåsstruktur, med lite brytningsstrøm (generelt 31.5kA) og lav frakturportspenning (generelt 170kV). Den andre generasjonen av enkelttrykktype har en dobbel blåsstruktur, med brytningsstrømmen økt til (40-50kA), og frakturportspenningen er fortsatt lav. Generelt har 252kV-produkter doble frakturporter. Den tredje generasjonen av enkelttrykktype har en dobbel blåsstruktur suppleret med termisk ekspansjonseffekt (hybrid bukesutslukning). Brytningsstrømmen er stor, økt til 63kA, og frakturportspenningen er høy. En enkelt frakturport kan nå 252kV, 363kV, 420kV, og til og med 550kV.

Utviklingen av enkelttrykktype, fra bukesutslukningskammerets perspektiv, har valgt en mindre gasskomprimeringspistong. Fordelerne med reduksjonen av pistongen i bukesutslukningskammeret er som følger:

• Massen av hele bevegelsessystemet under produktets brytningsprosess er redusert.

• Driftsmakten til produktet er redusert.

• Dempingen av produktet blir lettere, og mekanisk levetid er lang.

2.3 Selvforsynt SF₆-brytere

Selvforsynte SF₆-brytere har to bukesutslukningsprinsipper: termisk ekspansjon prinsipp og bukesrotasjonsprinsipp. For øyeblikket bruker de aller fleste selvenergiebrytere termisk ekspansjon prinsippet. Selvenergieprinsippet er å bruke bukesenergien til å varme SF₆-gassen i ekspansjonskammeret, bygge press, danne gassflyt, og slukke buksen. Men ved bryting av små strømmer, på grunn av liten bukesenergi, kreves en liten pistong for å komprimere gassen for å danne en hjelpende blås. På grunn av betydelig reduksjon i driftsmakt, kan en fjærdriftsmekanisme med enkel struktur brukes. Termisk ekspansjonstype har nå utviklet seg til den andre generasjonen. Første generasjon produkter oppnår effekten av å redusere driftsmakten ved å redusere gasskomprimeringsenergien som kreves for bukesutslukning. Diameteren på gasskomprimeringspistongen er designet basert på bryting av 30% av maksimal feilstrøm, og bevegelsesmassen er også liten, noe som reduserer driftsmakten. Andre generasjon produkter forbedrer ytelser for termisk ekspansjon og brytningsytelse, ikke bare forbedrer brytningsytelsen av kapasitiv strøm, men også reduserer driftsmakten enda mer.

2.4 Intelligente SF₆-brytere

Et annet karakteristisk trekk hos moderne høyspenningsbrytere er deres intelligens, utviklet fra tradisjonelle elektromekaniske systemer til moderne intelligente systemer sentrert rundt datamaskiner. For øyeblikket er online deteksjonsinnholdet for høyspenningsbrytere som følger:

• SF6-gass;

• Driftsmekanikkssystem;

• Frigjøring;

• Kontroll- og hjelpemidler;

• Energiforsyning kjede.

Gjennom disse deteksjonene kan over 90% av feilene oppdages. Online deteksjon kan endre regulær vedlikehold av brytere til sanntidsbasert tilstandsbasert vedlikehold.

3. Porcelænskolonnetype og tanketype SF₆-brytere og deres bruksområder

Kina først brukte SF₆-brytere i 1970 da Nordøst-Kraftadministration importerte tre H-912 type 220KV dobbeltrykk porcelænskolonnetype SF₆-brytere produsert av Siemens fra utlandet og installerte dem i HuShitai primære understation i Shenyang. De opererer fremdeles godt i dag.

Høyspennings sulfur hexafluoride brytere er inndelt i porcelænskolonnetype og tanketype etter strukturen. Når man sammenligner de to, har de hver sine karakteristika:

• Både porcelænskolonnetype og tanketype høyspennings SF₆-brytere kan møte kravene til høy spenning og stor kapasitet. Bukesutslukningskammeret av porcelænskolonnetype er installert på isolerende støtte. Ved å koble bukesutslukningskammerene i serie og installere dem på isolerende støtte på passende høyde, kan ethvert nominale spenningsnivå oppnås. Isolerende støtten er mestadels en porcelænskolonne, og organiske sammensatte støtter har også oppstått. Bukesutslukningskammeret av tanketype er installert i en metalltank koblet til jordpotensial. Under høy spenning, må flere bukesutslukningskammer bli koblet i serie og installert i samme tank for hver fase.

• Installasjon av strømtransformatorer. Når det gjelder installasjon av strømtransformatorer, ligger porcelænskolonnetype brytere i ulempe. Fordi bukesutslukningskammeret av porcelænskolonnetype er installert inne i isolatoren og på toppen av isolerende støtte, må strømtransformatoren installeres separat på sin egen isolerende støtte. Men busetype strømtransformator kan installeres på busen av tanketype brytere. I noen bruksområder trenger ikke bryteren å være utstyrt med strømtransformator, spesielt når den brukes som en bryter for å skifte kondensatorbanker og parallelreaktorer. Her er prisen på porcelænskolonnetype kun 60% av prisen på tanketype brytere, og på grunn av bruk av flere frakturporter, kan den bedre motstå gjenopplasting.

• Eksterne brytningskapasiteter. Fra synspunktet av eksterne brytningskapasiteter, kan flere serie bukesutslukningskammer av porcelænskolonnetype brytere møte ethvert nominale spenningsnivå, men dens eksterne isolasjonsbrytningskapasitet er begrenset av lengden på bukesutslukningskammeret selv. For tanketype brytere, så lenge nødvendig brytningskapasitet for å redusere antallet av frakturporter kan utvikles, kan en isolerende busse produseres. Derfor kan tanketype brytere oppnå en enkelt frakturport på 550kV/63kA og en dobbel frakturport på 1100kV/50kA.

• Forbruk av SF₆-gass. Når det gjelder forbruk av SP6-gass, er porcelænskolonnetype bedre enn tanketype. Gassforbruget av tanketype brytere er mye høyere enn porcelænskolonnetype.

• Miljøtilpasning. Fra synspunktet av miljøtilpasning, viser store volum tanketype brytere sine fordeler. En varmeelement kan installeres i tanketype brytere, mens det ikke kan installeres i porcelænskolonnetype.

• Jordskjelvbestandighet. Fra synspunktet av jordskjelvbestandighet, er tanketype brytere langt bedre enn porcelænskolonnetype. Fordi porcelænskolonnetype brytere har høy tyngdepunkt, er jordskjelvbestandigheten dårlig.

• Prisforhold. Når det gjelder pris, er porcelænskolonnetype brytere bedre enn tanketype for samme kapasitet. Generelt er prisen på tanketype brytere omtrent 20% høyere enn porcelænskolonnetype brytere med ekstern strømtransformator (som SF₆-transformator).

4. Problemer som skal legges til rette under drift og vedlikehold av SF₆-brytere

For å strengt kontrollere gasslekkasje og forhindre fukt og fuktighet fra å invadere kassen, er behandlingsmetoder og materialekrav mye høyere enn for generell høyspenningsinstallasjoner. Samtidig kreves et spesielt SF₆-gassystem, inkludert en ventil med god tettningsevne, lekkasjeoppdagingutstyr, gassgjenbrukingsenhet og trykkovervåking. I tillegg, på grunn av stor forbruk av metaller, øker produksjonskompleksiteten.

Ren SF₆-gass er fargeless, luktesløs, ufarlig, og ubrennbar. Imidlertid, under syntesen av sulfur hexafluoride, produseres også lavfluorider av svovel, som er giftige. I bryteren vil gassen bli dekomponert under høy temperatur av buksen gjennom dissoisasjon og ionisering, som genererer høygiftige gasser. Derfor er det installert en absorber i bryteren, og aktiveret aluminium er plassert i den for å absorbere disse giftige gassene.

Selv om så, må spesiell oppmerksomhet legges på forhindre forgiftning under vedlikehold. Derfor må gassen være evakuert og tømt rent før arbeid. Hvis en ubehagelig lukt fremdeles smelles, må en gassmaske og gummihanske brukes. I tillegg, bukesdekomponeproduktene inneholder også noen metallsulfurflyorider, som er spridd i bryteren i pulverform. Selv om disse pulverene ikke er høygiftige stoffer, må forholdsregler tas for å forhindre at de inndyses under rensing.

5. Konklusjon

Med den stadige økningen i spenningen i kraftsystemet, enten det er porcelænskolonnetype eller tanketype SF₆-brytere, utvikler de seg konstant med teknologisk fremskritt. Spesielt i løpet av de siste årene, har selvforsynt bukesutslukningsprinsipp utvikles og anvendes, det vil si, høyt trykk brukes til å danne en gassblås for å slukke buksen. Antallet av frakturporter er redusert, og forbruket av materialer er redusert.

På grunn av dens relativt høye pris og høye krav til bruk, administrasjon og drift av SF₆-gass, er det ikke vidt anvendt i medium spenning (35kV, 10kV). Generelt har høyspennings SF₆-brytere et bredt bruksområde, og teknologisk forskning, utvikling og oppgradering av produkter vil bringe betydelige økonomiske og samfunnsmessige fordeler.