Проектиране и изпълнение на газово отоплително устройство за 110кВ порцеланова колона SF6 прекъсвач

Високонапреговите прекъсвачи са едни от най-важните контролни уреди в електроенергийната система. Работното състояние на високонапреговите прекъсвачи директно влияе върху безопасната и стабилна работа на електроенергийната система. Сред тях, извъншният фарфорен тип SF₆ прекъсвач е един от основните видове високонапрегов прекъсвач. SF₆ има висока електрическа издръжливост, отлични свойства за угасяване на дъга и изолираща способност. В практиката обачно се установява, че в страни като провинция Хебей, район Зангджиакоу Башанг, ниските температури лесно могат да предизвикат замръзването на газ SF₆, което води до намаление на налягането на газа SF₆. Това може да спровокира алармен сигнал за ниско налягане или дори блокировка (блокиране на прекъсвача означава, че прекъсвачът не може да бъде затворен или отворен), което сериозно засяга капацитета за разцепване и изолиращата способност на прекъсвача. За решаване на този проблем, настоящата работа проектира устройство за подгреване на газа за 110kV фарфорен тип SF₆ прекъсвач.

1 Алармен сигнал за ниско налягане и блокировка на фарфорения тип SF₆ прекъсвач

В района Башанг на Зангджиакоу зимните температури могат да достигнат -30 °C. Алармени сигнали за ниско налягане и дори блокировки на SF₆ прекъсвачи са се случвали многократно в подстанциите в района Башанг. Само за един месец, алармените сигнали за ниско налягане са се появявали повече от 30 пъти, а блокировките повече от 10 пъти, което представлява голяма потенциална заплаха за безопасната и стабилна работа на електроенергийната мрежа. Изследванията показват, че основната причина за алармените сигнали и блокировките в 110kV фарфорен тип SF₆ прекъсвач е липсата на устройство за подгреване на газа SF₆. Тъй като камерата с газ SF₆ е директно изложена на външната среда, когато околната температура спадне до определено ниво, газът SF₆ ще замръзне, което ще доведе до понижаване на налягането в камерата под зададените стойности за алармен сигнал и блокировка.

2 Проблеми с традиционните решения

В момента основните методи за решаване на проблемите с алармените сигнали за ниско налягане и блокировки на фарфорения тип SF₆ прекъсвач са следните:
(1) Подпомагане на прекъсвача с допълнителен газ, за да се увеличи молекулярната маса на газа в резервоара, което увеличава налягането на газа SF₆. Този метод обаче не е приложим при екстремно студени условия. Допълненият газ SF₆ бързо ще замръзне при ниски температури и високо налягане, и все още няма как да се увеличи налягането на газа. Номиналното налягане на SF₆ в прекъсвача обикновено е 0.6 МПа, а налягането на наситения пар на SF₆ е 0.6 МПа при -20 °C. Когато околната температура спадне, налягането на наситения пар на SF₆ ще се понижи. Тоест, в много студена среда, дори и прекъсвачът да бъде подпомогнат, поради налягането на наситения пар на газа SF₆, допълненият газ ще замръзне бързо, и целта да се увеличи налягането не може да бъде постигната. Следователно, когато околната температура е под -20 °C, този метод не може да възстанови номиналното налягане в прекъсвача.
(2) Ръчно отключване на цеплината за блокировка на прекъсвача, за да позволи нормално затваряне и отваряне на прекъсвача. Този метод обаче лишава прекъсвача от защитата на електрическата блокировка. Ако налягането на газа в прекъсвача не удовлетворява изискванията за угасяване на дъга или дори изолация, могат да се случат сериозни аварии, а трудовите разходи са относително високи.
(3) Използване на метода за подгряване на газа SF₆, за да се реши проблемът с замръзването на изолиращата среда на SF₆ прекъсвача в студени региони. Според конкретната конструкция на прекъсвача, се прави специализирано устройство за подгряване, и чрез подгряване се увеличава работната температура на газа SF₆, за да се избегне замръзването на газа SF₆ в студена среда. Устройството за подгряване на прекъсвача обикновено автоматично активира или деактивира функцията за подгряване в зависимост от промяната на околната температура. Операторите и техническият персонал могат да зададат автоматични температурни настройки за активиране и деактивиране, според фактическата околната температура. В сравнение с ръчното отключване на цеплината за блокировка на прекъсвача, този метод намалява трудовите разходи при експлоатацията и поддръжката. Обаче, инсталацията на устройството за подгряване изисква високи разходи за труд и материали, а ефективността на подгряването е относително ниска.

3 Устройство за подгряване на фарфорен тип SF₆ прекъсвач

Според конструктивните характеристики на фарфорения тип SF₆ прекъсвач, е проектирано устройство за подгряване, което включва три части: модул за подгряване, модул за контрол на температурата и модул за доставка на енергия.

3.1 Модул за подгряване

Местоположението на устройството за подгряване е от огромно значение,直接影响了SF₆气体的加热效率。瓷柱式断路器由多个基本单元组成，包括灭弧室、支撑瓷套管、操作机构、支撑框架等。灭弧室下方有两个相互连接的支撑瓷套管，内部充有SF₆气体。支撑瓷套管的主要功能是实现对地绝缘。因此，在设计瓷柱式断路器时，必须保持一定的绝缘距离，并确保陶瓷材料的机械强度。这意味着不能在瓷套管的外表面安装导电加热装置[5]。本文中选择传输腔作为加热部分。然而，传输腔形状不规则，传统的加热装置不易固定。此外，传输腔位于瓷柱式断路器的基座内，空间狭小。传统加热装置体积过大，可能会影响断路器传动机构的正常运行。

Местоположението на устройството за подгряване е от огромно значение,直接影响了SF₆气体的加热效率。瓷柱式断路器由多个基本单元组成，包括灭弧室、支撑瓷套管、操作机构、支撑框架等。灭弧室下方有两个相互连接的支撑瓷套管，内部充有SF₆气体。支撑瓷套管的主要功能是实现对地绝缘。因此，在设计瓷柱式断路器时，必须保持一定的绝缘距离，并确保陶瓷材料的机械强度。这意味着不能在瓷套管的外表面安装导电加热装置[5]。本文中选择传输腔作为加热部分。然而，传输腔形状不规则，传统的加热装置不易固定。此外，传输腔位于瓷柱式断路器的基座内，空间狭小。传统加热装置体积过大，可能会影响断路器传动机构的正常运行。

Местоположението на устройството за подгряване е от огромно значение, което直接影响了SF₆气体的加热效率。瓷柱式断路器由多个基本单元组成，包括灭弧室、支撑瓷套管、操作机构、支撑框架等。灭弧室下方有两个相互连接的支撑瓷套管，内部充有SF₆气体。支撑瓷套管的主要功能是实现对地绝缘。因此，在设计瓷柱式断路器时，必须保持一定的绝缘距离，并确保陶瓷材料的机械强度。这意味着不能在瓷套管的外表面安装导电加热装置[5]。本文中选择传输腔作为加热部分。然而，传输腔形状不规则，传统的加热装置不易固定。此外，传输腔位于瓷柱式断路器的基座内，空间狭小。传统加热装置体积过大，可能会影响断路器传动机构的正常运行。

За нуждите на фарфорения тип SF₆ прекъсвач в района Башанг на Зангджиакоу е проектиран модул за подгряване. Модулът за подгряване се състои от нагревателна лента и резистивна жица. Нагревателната лента е направена от изолираща силиконова гума, а обратната страна е покрита с 3M термостойка хартия, с изход на предната страна, както е показано на Фигура 1. Резистивната жица е обвита в нагревателната лента. Нагревателната лента, направена от изолираща силиконова гума и 3M термостойка хартия, може да издържа високи температури (напрежението е AC220V), а формата и дължината на нагревателната лента могат да бъдат гъвкаво избрани в зависимост от формата на трансмисионната камера на прекъсвача на място.

Фигура 1 показва предната и задната страна на модула за подгряване

3.2 Модул за контрол на температурата

Модулът за контрол на температурата се състои от сензор и контролер на температурата. Конкретно, сензорът е инсталиран на нагревателната лента на фаза B на фарфорения тип SF₆ прекъсвач. Неговата функция е да измерва температурата в трансмисионната камера на фарфорения тип SF₆ прекъсвач и да я предава на контролера на температурата, както е показано на Фигура 2. Контролерът на температурата е JY-260 микрокомпютърен контролер на температурата. Той се използва за приемане и показване на температурата в това място, и контролира стартирането и спирането на модула за подгряване в зависимост от предварително зададената температурна граница, както е показано на Фигура 3.

Фигура 2 Температурен сензор

Фигура 3 Термостат

3.3 Модул за доставка на енергия

Модулът за доставка на енергия включва температурно контролирана доставка на енергия и принудително стартираща доставка на енергия, както е показано на Фигура 4. Сред тях, температурно контролираната доставка на енергия е свързана с модула за подгряване чрез контролера на температурата. В зависимост от околната температура в района Башанг, е зададен операционен праг на температурно контролираната доставка на енергия, и тя работи нормално в рамките на този праг. Принудително стартиращата доставка на енергия е свързана пряко с модула за подгряване. Когато температурата е по-ниска от операционния праг на температурно контролираната доставка на енергия, принудително стартиращата доставка на енергия се активира.

Фигура 4 Температурно контролирана доставка на енергия

3.4 Режими на работа на устройството за подгряване

Устройството за подгряване на фарфорения тип SF₆ прекъсвач има два режима на подгряване.
(1) Режим на контрол на температурата: Устройството за подгряване използва сензора, инсталиран на нагревателната лента на фаза B на фарфорения тип SF₆ прекъсвач, за да получи температурата в трансмисионната камера на фарфорения тип SF₆ прекъсвач и да я предаде на контролера на температурата. Контролерът на температурата приема и показва температурата на нагревателната лента на фарфорения тип SF₆ прекъсвач, и след това контролира модула за подгряване в зависимост от предварително зададената температурна граница.
(2) Принудителен режим на стартиране: Чрез обикаляне на контролера на температурата, се извършва непрекъснато подгряване на трансмисионната камера и газът SF₆ вътре в фарфорения тип SF₆ прекъсвач. По този начин се избягват проблеми като алармени сигнали за ниско налягане на фарфорения тип SF₆ прекъсвач и намаление на капацитета за разцепване, причинени от замръзналият газ SF₆.

4 Заключение

С оглед на честото създаване на алармени сигнали за ниско налягане и дори блокировки на прекъсвачи при екстремно студени условия в района Башанг на Зангджиакоу, настоящата работа проектира устройство за подгряване на газа за 110kV фарфорен тип SF₆ прекъсвач. Това устройство може да гарантира безопасната и стабилна работа на прекъсвача. Освен това, то има предимства като ниски разходи за инсталация и кратко време за инсталация, и показва добра стойност за популяризиране.