Design og Implementering af en Gasopvarmningsenhed til 110kV Porcelænsstolpe SF6 Bredbryder

Højspændingsbrydere er en af de mest væsentlige styreenheder i strømsystemet. Bryderens driftstilstand har direkte indflydelse på det sikre og stabile drift af strømsystemet. Blandt dem er den udendørs porcelænspæltype SF₆-bryder en af de hovedtyper af højspændingsbrydere. SF₆ har en høj elektrisk udbedringsstyrke, fremragende bueudslukningsydeevne og isolationskapacitet. Men i praksis er det opdaget, at i alvorligt kolde områder som Zhangjiakou Bashang i Hebei-provinsen kan lave temperaturer nemt forårsage liquefaktion af SF₆-gassen, hvilket fører til en nedgang i SF₆-gasspåtrykket. Dette kan udløse et lavtryksalarm for bryderen eller endda føre til en låsning (bryderlåsning betyder, at bryderen hverken kan lukkes eller åbnes), hvilket alvorligt påvirker bryderens udbrydningskapacitet og isolationsydeevne. For at løse dette problem, designer denne artikel en gashedningsenhed til 110kV porcelænspæltype SF₆-bryder.

1 Lavtryksalarm og låsningsforhold for porcelænspæltype SF₆-bryder

I Bashang-området i Zhangjiakou kan vintertemperaturen nå -30 °C. Lavtryksalarmer og endda låsningsfejl for SF₆-brydere er sket flere gange i understationer i Bashang-området. I løbet af blot en måned opstod lavtryksalarm mere end 30 gange, og låsningsfejl opstod mere end 10 gange, hvilket udgør en stor potentiel trussel mod det sikre og stabile drift af strømnettet. Forskning har vist, at den primære årsag til alarm- og låsningsfejl for 110kV porcelænspæltype SF₆-bryder er mangel på en SF₆-gas-hedningsenhed. Da SF₆-gasrummet er direkte udsat for den eksterne miljø, vil SF₆-gassen liquefere, når ambienttemperaturen falder til et bestemt niveau, hvilket medfører, at trykket i gasrummet bliver lavere end de specificerede alarm- og låsningstrykværdier.

2 Problemer med traditionelle løsninger

I øjeblikket er de hovedmetoder til løsning af lavtryksalarm- og låsningsproblemer for porcelænspæltype SF₆-bryder som følger:
(1) Opblæsning af bryderen for at øge molekylyngden af gassen i tanken, hvilket øger trykket af SF₆-gassen. Dog er denne metode ikke anvendelig i ekstremt kold vejret. Fordi den tilføjede SF₆-gas hurtigt liqueferer under lav temperatur og højt tryk, og det er stadig umuligt at øge gassetrykket. Den nominale trykværdi for SF₆ i bryderen er generelt 0.6 MPa, og den mættede damptrykværdi for SF₆ er 0.6 MPa ved -20 °C. Når ambienttemperaturen falder, falder den mættede damptrykværdi for SF₆. Det vil sige, at i et ekstremt lavtemperaturmiljø, selvom bryderen blæses op, vil den opblæste gas hurtigt liquefere på grund af den mættede damptrykværdi for SF₆-gas, og formålet med at øge trykket kan ikke opnås. Derfor, når ambienttemperaturen er lavere end -20 °C, kan denne metode ikke genskabe den nominale trykværdi indeni bryderen.
(2) Manuelt afbrydning af bryderens låsningskredsløb for at muliggøre, at bryderen kan lukkes og åbnes normalt. Dog forårsager denne metode, at bryderen mister beskyttelsen af den elektriske låsning. Hvis gassetrykket indeni bryderen ikke opfylder kravene til buedyrkning eller endda isolation, kan alvorlige ulykker opstå, og arbejdskraftomkostningerne er relativt høje.
(3) Brug af metoden med at hede SF₆-gas for at løse problemet med liquefaktion af buedyrkningen for SF₆-bryderen i kolde regioner. Efter den specifikke struktur af bryderen, tilpasses en passende hedningsenhed, og operativtemperaturen for SF₆-gas øges gennem heding for at undgå liquefaktion af SF₆-gas i et lavtemperaturmiljø. Bryderens gas-hedningsenhed kan generelt automatisk aktiveres eller deaktiveres henholdsvis ifølge ændringen i ambienttemperaturen. Drifts- og vedligeholdelsespersonale kan sætte automatiske aktivering- og deaktiveringstemperatureindstillinger ifølge den faktiske ambienttemperatur. I sammenligning med manuel afbrydning af bryderens låsningskredsløb, reducerer denne metode arbejdskraftomkostningerne i drift og vedligeholdelse. Dog kræver installationen af hedningsenheden høje menneskelige og materielle omkostninger, og varmeudnyttelsen er relativt lav.

3 Hedningsenhed for porcelænspæltype SF₆-bryder

Efter strukturkarakteristikkerne for porcelænspæltype SF₆-bryder, er en hedningsenhed for porcelænspæltype SF₆-bryder designet, der inkluderer tre dele: hedingmodulet, temperaturkontrolmodulet og strømforsyningsmodulet.

3.1 Hedingmodulet

Installationen af hedingen har stor betydning, hvilket direkte påvirker hedingseffektiviteten af SF₆-gas. Porcelænspæltype bryder består af flere grundlæggende enheder, herunder buedyrkammeret, støttoputten, driftsmekanismen, støtterammen osv. Der er to forbundne støttoputter under buedyrkammeret, der er fyldt med SF₆-gas. Den primære funktion for støttopputten er at opnå isolation mod jorden. Derfor, da porcelænspæltype bryder er designet, skal en vis isolationsafstand fastholdes, og mekanisk styrke af keramikmaterialen skal sikres. Dette betyder, at det ikke er muligt at installere en ledirhedningsenhed på den ydre overflade af opputten [5]. I denne artikel er hedingdel valgt som transmissionskammeret. Men transmissionskammeret har en uregelmæssig form, og traditionelle hedningsenheder er ikke lette at feste. Desuden er transmissionskammeret placeret i basen af porcelænspæltype bryder, og rummet er snævert. Traditionelle hedningsenheder er for store, hvilket kan påvirke den normale drift af transmissionsmekanismen for bryderen.

Et hedingmodulet er designet efter karakteristikkerne for porcelænspæltype bryder i Zhangjiakou Bashang-området. Hedingmodulet består af en hedingstribe og en resistansledning. Hedingstriben er lavet af isolerende silikonkautschuk, og baglæns klæbematerial er 3M hedebestandigt klæbematerial, med udgangen på forsiden, som vist i figur 1. Resistansledningen er omsluttet indeni hedingstriben. Hedingstriben lavet af isolerende silikonkautschuk og 3M hedebestandigt klæbematerial kan tåle høje temperaturer (spændingen er AC220V), og formen og længden af hedingstriben kan fleksibelt vælges ifølge formen af transmissionskammeret for den lokale bryder.

Figur 1 viser forside og bagside af hedingmodulet

3.2 Temperaturkontrolmodulet

Temperaturkontrolmodulet består af en sensor og en temperaturregulator. Specifikt, er sensoren installeret på hedingstriben for fase B af porcelænspæltype bryder. Dens funktion er at måle temperaturen i transmissionskammeret for porcelænspæltype bryder og sende temperaturdata til temperaturregulatoren, som vist i figur 2. Temperaturregulatoren er en JY-260 mikrobaseret temperaturregulator. Den bruges til at modtage og vise temperaturen på dette sted, og kontrollere start og stop for hedingmodulet ifølge de forudindstillede temperaturgrænser, som vist i figur 3.

Figur 2 Temperatursensor

Figur 3 Termostat

3.3 Strømforsyningsmodulet

Strømforsyningsmodulet inkluderer en temperaturstyret strømforsyning og en tvungen start-strømforsyning, som vist i figur 4. Af dem er temperaturstyret strømforsyning forbundet til hedingmodulet gennem temperaturregulatoren. Ifølge ambienttemperaturen i Bashang-området, er driftsgrensen for temperaturstyret strømforsyning sat, og temperaturstyret strømforsyning fungerer normalt indeni denne grænse. Tvungen start-strømforsyning er direkte forbundet til hedingmodulet. Når temperaturen er lavere end driftsgrensen for temperaturstyret strømforsyning, aktiveres tvungen start-strømforsyning.

Figur 4 Temperaturstyret strømforsyning

3.4 Arbejdsmåder for hedingen

Hedingen for porcelænspæltype SF₆-bryder har to hedingstilstande.
(1) Temperaturkontrotilstand: Hedingen bruger sensoren installeret på hedingstriben for fase B af porcelænspæltype bryder for at få temperaturen i transmissionskammeret for porcelænspæltype bryder og sende den til temperaturregulatoren. Temperaturregulatoren modtager og viser temperaturen for hedingstriben for porcelænspæltype bryder, og derefter kontrollerer hedingmodulet ifølge de forudindstillede temperaturgrænser.
(2) Tvinget starttilstand: Ved at omgå temperaturregulatoren, udføres kontinuerlig heding af transmissionskammeret, og SF₆-gas indeni porcelænspæltype bryder hedes. På denne måde kan problemer som lavtryksalarm for porcelænspæltype bryder og en nedgang i udbrydningskapaciteten forårsaget af liquefation af SF₆-gas undgås.

4 Konklusion

Med henblik på ofte forekomsten af lavtryksalarm og endda låsning af brydere i ekstremt kolde vejrforhold i Bashang-området i Zhangjiakou, designer denne artikel en gashedningsenhed for 110kV porcelænspæltype SF₆-bryder. Denne enhed kan sikre den sikre og stabile drift af bryderen. Desuden har den fordele som lav installationsomkostning og kort installationsperiode, og viser god promotionsværdi.