สถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาของวงจรตัดไฟแรงดันสูงประเภท SF6
เบรกเกอร์แรงดันสูง หรือเรียกอีกอย่างว่า สวิตช์แรงดันสูง มีความสามารถในการตัดวงจรและทำลายอาร์คไฟฟ้าที่เพียงพอ สามารถตัดวงจรและป้อนกระแสไฟฟ้าในวงจรที่ไม่มีโหลดและมีโหลดของวงจรแรงดันสูงได้ นอกจากนี้ เมื่อมีข้อผิดพลาดในระบบยังสามารถทำงานร่วมกับอุปกรณ์ป้องกันและอุปกรณ์อัตโนมัติเพื่อตัดวงจรกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติอย่างรวดเร็ว ลดขอบเขตการขาดแคลนพลังงาน และป้องกันการขยายตัวของเหตุการณ์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากสำหรับการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของระบบพลังงาน
เบรกเกอร์แรงดันสูงได้พัฒนาผ่านมาจากการเป็นเบรกเกอร์แบบน้ำมัน เบรกเกอร์แบบอากาศอัด เบรกเกอร์แบบสุญญากาศ และเบรกเกอร์ SF₆ สองประเภทแรกได้ค่อยๆ ถูกเลิกใช้ และเบรกเกอร์ SF₆ ได้รับการนำไปใช้งานมากกว่าสองประเภทหลัง เบรกเกอร์ SF₆ ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ใช้สารหกฟลูออไรด์ซัลเฟอร์เป็นสื่อในการทำลายอาร์คไฟฟ้า เบรกเกอร์ประเภทนี้มีความสามารถในการตัดวงจรที่สูง ในเงื่อนไขของการตัดวงจรโดยไม่มีข้อจำกัด ความสามารถในการตัดวงจรจะประมาณ 10 เท่าของเบรกเกอร์ประเภทอื่น ๆ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการดำเนินงานอย่างมั่นคงและปลอดภัยของระบบพลังงาน และยังมีความสำคัญในแง่ของผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคม
1. สมรรถนะของเบรกเกอร์ SF₆
เบรกเกอร์ SF₆ เป็นอุปกรณ์สวิตช์ที่ไม่ใช้น้ำมัน ใช้ก๊าซ SF₆ ทั้งเป็นสื่อฉนวนและสื่อในการทำลายอาร์คไฟฟ้า สมรรถนะการฉนวนและการทำลายอาร์คไฟฟ้าของเบรกเกอร์ประเภทนี้สูงกว่าเบรกเกอร์แบบน้ำมัน เบรกเกอร์ SF₆ มีลักษณะดังต่อไปนี้:
2. การพัฒนาของเบรกเกอร์ SF₆ แรงดันสูง
2.1 เบรกเกอร์ SF₆ แรงดันคู่
ภายในเบรกเกอร์มีระบบก๊าซ SF₆ สองระบบ (ระบบแรงดันสูงและระบบแรงดันต่ำ) ระหว่างกระบวนการเปิด แรงดันสูงจะไหลเข้าสู่แรงดันต่ำผ่านวาล์วควบคุมเพื่อสร้างกระแสก๊าซแรงดันสูง เมื่อการตัดวงจรเสร็จสิ้น วาล์วควบคุมจะปิด หลักการของห้องทำลายอาร์คคือ มีคอมเพรสเซอร์ก๊าซและท่อเชื่อมระหว่างแรงดันสูงและแรงดันต่ำ เมื่อแรงดันในแรงดันสูงลดลงหรือแรงดันในแรงดันต่ำเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่ง คอมเพรสเซอร์ก๊าซจะเริ่มสูบก๊าซ SF₆ จากแรงดันต่ำไปยังแรงดันสูง สร้างระบบก๊าซป้อนกลับอัตโนมัติ
2.2 เบรกเกอร์ SF₆ แรงดันเดียว
โครงสร้างแรงดันเดียวมีความเรียบง่ายและสามารถปรับตัวได้ในช่วงอุณหภูมิแวดล้อมที่กว้าง ระบบการอัดก๊าซได้ผ่านกระบวนการพัฒนา: ในแง่ของการเป่าอาร์ค รุ่นแรกของแรงดันเดียวมีโครงสร้างเป่าเดียว กระแสไฟฟ้าที่ตัดได้น้อย (ทั่วไป 31.5kA) และแรงดันจุดตัดต่ำ (ทั่วไป 170kV) รุ่นที่สองของแรงดันเดียวมีโครงสร้างเป่าคู่ กระแสไฟฟ้าที่ตัดได้เพิ่มขึ้นเป็น (40-50kA) และแรงดันจุดตัดยังต่ำ ทั่วไป 252kV มีจุดตัดคู่ รุ่นที่สามของแรงดันเดียวมีโครงสร้างเป่าคู่เสริมด้วยผลกระทบจากความร้อนขยาย (การทำลายอาร์คผสม) กระแสไฟฟ้าที่ตัดได้ใหญ่ เพิ่มขึ้นเป็น 63kA และแรงดันจุดตัดสูง จุดตัดเดียวสามารถถึง 252kV, 363kV, 420kV หรือแม้กระทั่ง 550kV
การพัฒนาของแรงดันเดียว จากมุมมองของห้องทำลายอาร์ค ได้ใช้กระบอกสูบขนาดเล็กลง ข้อดีที่ได้รับจากการลดขนาดกระบอกสูบในห้องทำลายอาร์คมีดังนี้:
2.3 เบรกเกอร์ SF₆ ที่ใช้พลังงานตนเอง
เบรกเกอร์ SF₆ ที่ใช้พลังงานตนเองมีหลักการสองประการในการทำลายอาร์คไฟฟ้า: หลักการขยายความร้อนและหลักการหมุนอาร์คไฟฟ้า ปัจจุบัน เบรกเกอร์ที่ใช้พลังงานตนเองส่วนใหญ่ใช้หลักการขยายความร้อน หลักการใช้พลังงานตนเองคือใช้พลังงานจากอาร์คไฟฟ้าในการทำความร้อนก๊าซ SF₆ ในห้องขยาย สร้างแรงดัน สร้างกระแสก๊าซ และทำลายอาร์ค แต่เมื่อตัดวงจรกระแสไฟฟ้าเล็กๆ เนื่องจากพลังงานอาร์คน้อย จำเป็นต้องใช้กระบอกสูบเล็กๆ เพื่อทำการอัดก๊าซเพื่อเป็นลมเป่าเสริม เนื่องจากกำลังการใช้งานลดลงอย่างมาก จึงสามารถใช้กลไกการทำงานแบบสปริงที่มีโครงสร้างง่าย แบบขยายความร้อนได้พัฒนาไปถึงรุ่นที่สอง ผลิตภัณฑ์รุ่นแรกลดกำลังการใช้งานโดยลดพลังงานการอัดก๊าซที่จำเป็นในการทำลายอาร์ค โดยออกแบบขนาดกระบอกสูบตามการตัดวงจร 30% ของกระแสไฟฟ้าขั้นสูงสุด และมวลการเคลื่อนไหวก็ยังน้อย ทำให้กำลังการใช้งานลดลง ผลิตภัณฑ์รุ่นที่สองปรับปรุงประสิทธิภาพการขยายความร้อนและการตัดวงจร ไม่เพียงแต่ปรับปรุงการตัดวงจรกระแสไฟฟ้าแบบแคปซิเตอร์ แต่ยังลดกำลังการใช้งานลงอีกด้วย
2.4 เบรกเกอร์ SF₆ ที่มีความฉลาด
ลักษณะอีกประการหนึ่งของเบรกเกอร์แรงดันสูงสมัยใหม่คือมีความฉลาด ได้พัฒนาจากระบบที่ใช้เครื่องกลไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเป็นระบบสมัยใหม่ที่มีคอมพิวเตอร์เป็นศูนย์กลาง ปัจจุบัน การตรวจวัดออนไลน์ของเบรกเกอร์แรงดันสูงมีดังนี้:
ผ่านการตรวจวัดเหล่านี้ สามารถค้นพบข้อผิดพลาดได้มากกว่า 90% การตรวจวัดออนไลน์สามารถเปลี่ยนการบำรุงรักษาประจำของเบรกเกอร์เป็นการบำรุงรักษาตามสภาพจริง
3. เบรกเกอร์ SF₆ แบบเสาและแบบถัง และการใช้งาน
ประเทศจีนได้นำเบรกเกอร์ SF₆ มาใช้เป็นครั้งแรกในปี 1970 เมื่อสำนักงานบริหารพลังงานไฟฟ้าภาคตะวันออกเฉียงเหนือนำเข้าเบรกเกอร์ SF₆ แบบเสาคู่แรงดัน 220KV รุ่น H-912 สามตัวที่ผลิตโดย Siemens จากต่างประเทศและติดตั้งที่สถานีไฟฟ้าหลัก HuShitai ใน沈阳市的Hushitai主变电站安装了从国外进口的三台西门子生产的H-912型220KV双压柱式SF₆断路器。至今，这些断路器仍在良好运行。 高压六氟化硫断路器根据其结构可分为柱式和罐式两种。在比较这两种类型时，它们各自具有特点： - 柱式和罐式高压SF₆断路器都能满足高电压和大容量的要求。柱式断路器的灭弧室安装在绝缘支撑上，通过串联灭弧室并安装在适当高度的绝缘支撑上，可以获得任何额定电压值。绝缘支撑多为瓷柱，但也出现了有机复合支撑。罐式断路器的灭弧室安装在接地电位的金属罐中，在高电压下，每个相需要将多个灭弧室串联安装在同一罐内。 - 电流互感器的安装。在安装电流互感器方面，柱式断路器处于劣势。因为柱式断路器的灭弧室安装在绝缘子内部和绝缘支撑顶部，电流互感器必须单独安装在其自身的绝缘支撑上。然而，套管式电流互感器可以安装在罐式断路器的套管上。在某些应用场景中，断路器不需要配备电流互感器，特别是在用作切换电容器组和并联电抗器的开关时。在这种情况下，柱式的价格仅为罐式断路器的60%，并且由于使用多个断口，它可以更好地承受重击穿。 - 外部耐压能力。从外部耐压的角度来看，柱式断路器的多个串联灭弧室可以满足任何额定电压值，但其外部绝缘耐压能力受到灭弧室本身长度的限制。对于罐式断路器，只要能够开发出减少断口数量所需的必要耐压能力，就可以制造绝缘套管。因此，罐式断路器可以实现单断口550kV/63kA和双断口1100kV/50kA。 - SF₆气体消耗。在SF₆气体消耗方面，柱式优于罐式。罐式断路器的气体消耗远高于柱式。 - 环境适应性。从环境适应性的角度来看，大体积的罐式断路器显示出其优势。可以在罐式断路器中安装加热器，而柱式断路器则不能安装。 - 抗震性。从抗震性的角度来看，罐式断路器远优于柱式。因为柱式断路器重心高，抗震性能较差。 - 价格比较。在价格方面，对于相同容量，柱式断路器优于罐式。通常，罐式断路器的价格比带有外部电流互感器（如SF₆变压器）的柱式断路器高出约20%。 **4. SF₆断路器操作和维护中需要注意的问题** 为了严格控制气体泄漏并防止潮气侵入箱体，加工工艺和材料要求远高于一般的高压电器。同时，还需要一个特殊的SF₆气体系统，包括具有良好密封性能的阀门、检漏设备、气体回收装置和压力监测。此外，由于金属消耗量大，制造复杂度增加。 纯SF₆气体是无色、无味、无毒且不可燃的。然而，在合成六氟化硫的过程中，也会产生低氟硫化合物，这些化合物是有毒的。在断路器中，气体在电弧高温下通过分解和电离会产生剧毒气体。因此，断路器中装有吸附剂，并放置活性铝以吸收这些有毒气体。 即便如此，在维护过程中仍需特别注意防止中毒。因此，在工作前必须彻底抽空并排放气体。如果仍然闻到不愉快的气味，应佩戴防毒面具和橡胶手套。此外，电弧分解产物还含有一些金属氟化物，这些粉末散布在断路器中。虽然这些粉末不是剧毒物质，但在清洁过程中仍需采取预防措施，防止吸入。 **5. 结论** 随着电力系统电压的不断提高，无论是柱式还是罐式SF₆断路器都在不断随着技术进步而发展。特别是近年来，自能灭弧原理得到了发展和应用，即利用高压形成气吹来灭弧。断口数量减少，材料消耗降低。 由于SF₆气体相对较高的价格及其应用、管理和操作的高要求，它在中压（35kV, 10kV）中并未广泛应用。总的来说，高压SF₆断路器具有广阔的应用前景，产品的技术研发和升级将带来显著的经济和社会效益。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。 - 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。
