Σχεδιασμός και Εφαρμογή Θερμαντικής Συσκευής Φλέγματος για 110kV Πύργος Στηλίτη SF6

Οι υψηλής τάσης παρακόπτες είναι ένα από τα πιο σημαντικά συστήματα ελέγχου στο ηλεκτρικό δίκτυο. Η λειτουργική κατάσταση των υψηλής τάσης παρακόπτες επηρεάζει άμεσα την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου. Από αυτούς, ο εξωτερικός πορσελανός πυλώνας SF₆ παρακόπτης είναι ένας από τους κύριους τύπους υψηλής τάσης παρακόπτες. Το SF₆ έχει υψηλή ηλεκτρική αντοχή, εξαιρετική ικανότητα εξάλειψης της φωτονίας και δυνατότητα μόνωσης. Ωστόσο, στην πρακτική εφαρμογή, έχει αναδειχθεί ότι σε περιοχές με εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπως η περιοχή Μπασάνγκ στην περιοχή Ζανγκιάκου της Προβίνσειας Χέιβεϊ, οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορούν εύκολα να προκαλέσουν τη λικβίδα του αερίου SF₆, οδηγώντας σε μείωση της πίεσης του αερίου SF₆. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ένα σήμανση χαμηλής πίεσης για τον παρακόπτη ή ακόμη και να οδηγήσει σε κλείδωμα (κλείδωμα παρακόπτη σημαίνει ότι ο παρακόπτης δεν μπορεί ούτε να κλείσει ούτε να ανοίξει), επηρεάζοντας σοβαρά την ικανότητα διάσχισης και την ικανότητα μόνωσης του παρακόπτη. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, αυτό το έγγραφο σχεδιάζει ένα σύστημα θέρμανσης αερίου για τον 110kV πορσελανό πυλώνα SF₆ παρακόπτη.

1. Σήμανση Χαμηλής Πίεσης και Κλείδωμα του Πορσελανού Πυλώνα SF₆ Παρακόπτη

Στην περιοχή Μπασάνγκ της Ζανγκιάκου, η θερμοκρασία του χειμώνα μπορεί να φτάσει τα -30 °C. Στις υποσταθμείς της περιοχής Μπασάνγκ, έχουν σημειωθεί πολλές φορές συμβάντα σήμανσης χαμηλής πίεσης και ακόμη και κλειδώματος SF₆ παρακόπτες. Σε μόνο ένα μήνα, η σήμανση χαμηλής πίεσης έχει σημειωθεί περισσότερες από 30 φορές, ενώ το κλείδωμα έχει σημειωθεί περισσότερες από 10 φορές, δημιουργώντας μεγάλη δυνητική απειλή για την ασφαλή και σταθερή λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου. Οι έρευνες έχουν δείξει ότι η βασική αιτία των συμβάντων σήμανσης και κλειδώματος του 110kV πορσελανού πυλώνα SF₆ παρακόπτη είναι η απουσία ενός συστήματος θέρμανσης αερίου SF₆. Επειδή η καμπίνα SF₆ είναι άμεσα εκτεθειμένη στο εξωτερικό περιβάλλον, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος μειώνεται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο, το αέριο SF₆ θα λικβίδωνε, προκαλώντας την πίεση στην καμπίνα να είναι χαμηλότερη από τις προδιαγραφές της σήμανσης και του κλειδώματος.

2. Προβλήματα με Παραδοσιακές Λύσεις

Τώρα, οι κύριες μέθοδοι για την επίλυση των προβλημάτων σήμανσης χαμηλής πίεσης και κλειδώματος του πορσελανού πυλώνα SF₆ παρακόπτη είναι οι εξής:
(1) Φυσαλίζοντας τον παρακόπτη για να αυξήσετε το μοριακό βάρος του αερίου στην καμπίνα, έτσι ώστε να αυξήσετε την πίεση του αερίου SF₆. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος δεν είναι εφαρμόσιμη σε εξαιρετικά κρύες συνθήκες. Διότι το επιπλεονασμένο αέριο SF₆ θα λικβίδωνε γρήγορα σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλές πίεσεις, και δεν θα ήταν δυνατό να αυξηθεί η πίεση του αερίου. Η προδιαγραφική πίεση του SF₆ στον παρακόπτη είναι συνήθως 0.6 MPa, και η ισοθερμική ατμοπίεση του SF₆ είναι 0.6 MPa στα -20 °C. Όσο μειώνεται η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, η ισοθερμική ατμοπίεση του SF₆ θα μειώνεται. Αυτό σημαίνει ότι σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ακόμη και αν φυσαλίζεται ο παρακόπτης, λόγω της ισοθερμικής ατμοπίεσης του αερίου SF₆, το επιπλεονασμένο αέριο θα λικβίδωνε γρήγορα και δεν θα επιτευχθεί η αύξηση της πίεσης. Έτσι, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι χαμηλότερη από -20 °C, αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να επαναφέρει την προδιαγραφική πίεση μέσα στον παρακόπτη.
(2) Αποσυνδέοντας χειροκίνητα το κύκλωμα κλειδώματος του παρακόπτη για να επιτρέψετε την κανονική λειτουργία του παρακόπτη. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος κάνει τον παρακόπτη να χάνει την προστασία του ηλεκτρικού κλειδώματος. Αν η πίεση του αερίου μέσα στον παρακόπτη δεν είναι αρκετή για την εξάλειψη της φωτονίας ή ακόμη και τη μόνωση, μπορεί να προκληθούν σοβαρά ατυχήματα, και ο κόστος εργασίας είναι σχετικά υψηλός.
(3) Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο θέρμανσης του αερίου SF₆ για την επίλυση του προβλήματος λικβίδωσης του μέσου εξάλειψης φωτονίας του SF₆ παρακόπτη σε περιοχές με χαμηλή θερμοκρασία. Σύμφωνα με τη συγκεκριμένη δομή του παρακόπτη, σχεδιάζεται ένα αντίστοιχο σύστημα θέρμανσης, και η θερμοκρασία λειτουργίας του αερίου SF₆ αυξάνεται μέσω της θέρμανσης για να αποφευχθεί η λικβίδωση του αερίου SF₆ σε χαμηλές θερμοκρασίες. Το σύστημα θέρμανσης του παρακόπτη μπορεί συνήθως να ενεργοποιεί ή να απενεργοποιεί αυτόματα τη λειτουργία θέρμανσης σύμφωνα με την αλλαγή της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Οι λειτουργικοί και συντηρητές μπορούν να ρυθμίσουν τις τιμές θερμοκρασίας ενεργοποίησης και απενεργοποίησης αυτόματα σύμφωνα με την πραγματική θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Σε σύγκριση με την χειροκίνητη αποσύνδεση του κύκλωμα κλειδώματος του παρακόπτη, αυτή η μέθοδος μειώνει το κόστος εργασίας στη λειτουργία και συντήρηση. Ωστόσο, η εγκατάσταση του συστήματος θέρμανσης απαιτεί υψηλό κόστος ανθρώπινου δυναμικού και υλικών, και η θερμική αποδοτικότητα είναι σχετικά χαμηλή.

3. Σύστημα Θέρμανσης για τον Πορσελανό Πυλώνα SF₆ Παρακόπτη

Σύμφωνα με τα δομικά χαρακτηριστικά του πορσελανού πυλώνα SF₆ παρακόπτη, σχεδιάζεται ένα σύστημα θέρμανσης για τον πορσελανό πυλώνα SF₆ παρακόπτη, το οποίο περιλαμβάνει τρία μέρη: το μέρος θέρμανσης, το μέρος ελέγχου θερμοκρασίας και το μέρος ενέργειας.

3.1 Μέρος Θέρμανσης

Η θέση εγκατάστασης του συστήματος θέρμανσης είναι πολύ σημαντική, επηρεάζοντας άμεσα την αποδοτικότητα θέρμανσης του αερίου SF₆. Ο πορσελανός πυλώνας παρακόπτης αποτελείται από πολλά βασικά μονάδες, συμπεριλαμβανομένης της καμπίνας εξάλειψης φωτονίας, του υποστηρικτικού πορσελανού σωλήνα, του μηχανισμού λειτουργίας, του υποστηρικτικού πλαισίου κλπ. Υπάρχουν δύο συνδεδεμένοι υποστηρικτικοί πορσελανοί σωλήνες κάτω από την καμπίνα εξάλειψης φωτονίας, οι οποίοι είναι γεμάτοι με αέριο SF₆. Η κύρια λειτουργία του υποστηρικτικού πορσελανού σωλήνα είναι να επιτευχθεί η μόνωση από το έδαφος. Συνεπώς, κατά το σχεδιασμό του πορσελανού πυλώνα παρακόπτη, πρέπει να διατηρείται μια συγκεκριμένη απόσταση μόνωσης και πρέπει να εξασφαλίζεται η μηχανική αντοχή του κεραμικού υλικού. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι δυνατό να εγκατασταθεί ένα συστήμα θέρμανσης συμπεριφοράς στην εξωτερική επιφάνεια του πορσελανού σωλήνα [5]. Σε αυτό το έγγραφο, το μέρος θέρμανσης επιλέγεται ως η καμπίνα μεταφοράς. Ωστόσο, η καμπίνα μεταφοράς έχει μη κανονική μορφή, και τα παραδοσιακά συστήματα θέρμανσης δεν είναι εύκολα να εγκατασταθούν. Επιπλέον, η καμπίνα μεταφοράς βρίσκεται στη βάση του πορσελανού πυλώνα παρακόπτη, και ο χώρος είναι στενός. Τα παραδοσιακά συστήματα θέρμανσης είναι πολύ μεγάλα, και μπορεί να επηρεάσουν την κανονική λειτουργία του μηχανισμού μεταφοράς του παρακόπτη.

Σχεδιάζεται ένα μέρος θέρμανσης σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του πορσελανού πυλώνα παρακόπτη στην περιοχή Μπασάνγκ της Ζανγκιάκου. Το μέρος θέρμανσης αποτελείται από μια ζώνη θέρμανσης και έναν αντίστοιχο αντίσταση. Η ζώνη θέρμανσης είναι κατασκευασμένη από μονωτικό silicone rubber, και η επικόλληση είναι 3M θερμοαντοχής, με την έξοδο στην εμπρός, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Η αντίσταση είναι εντυλιγμένη μέσα στη ζώνη θέρμανσης. Η ζώνη θέρμανσης από μονωτικό silicone rubber και 3M θερμοαντοχής μπορεί να αντέξει υψηλές θερμοκρασίες (η τάση είναι AC220V), και η μορφή και το μήκος της ζώνης θέρμανσης μπορεί να επιλεγεί ευέλικτα σύμφωνα με τη μορφή της καμπίνας μεταφοράς του παρακόπτη στο χώρο.

Το Σχήμα 1 δείχνει τις προ-και πίσω πλευρές του μέρους θέρμανσης

3.2 Μέρος Ελέγχου Θερμοκρασίας

Το μέρος ελέγχου θερμοκρασίας αποτελείται από έναν αισθητήρα και έναν ελεγκτή θερμοκρασίας. Συγκεκριμένα, ο αισθητήρας εγκαταστάται στη ζώνη θέρμανσης της φάσης B του πορσελανού πυλώνα παρακόπτη. Η λειτουργία του είναι να μετρά τη θερμοκρασία στην καμπίνα μεταφοράς του πορσελανού πυλώνα παρακόπτη και να μεταφέρει τα δεδομένα θερμοκρασίας στον ελεγκτή θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Ο ελεγκτής θερμοκρασίας είναι ένας JY-260 μικροϋπολογιστής ελεγκτής θερμοκρασίας. Χρησιμοποιείται για να λαμβάνει και να εμφανίζει τη θερμοκρασία σε αυτή τη θέση, και να ελέγχει την ενεργοποίηση και την απενεργοποίηση του μέρους θέρμανσης σύμφωνα με την προκαθορισμένη θερμοκρασιακή οροθεσία, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.

Σχήμα 2 Αισθητήρας θερμοκρασίας

Σχήμα 3 Θερμοστάτης

3.3 Μέρος Ενέργειας

Το μέρος ενέργειας περιλαμβάνει έναν θερμοκρασιακό πηγαίο και έναν πηγαίο αναγκαστικής ενεργοποίησης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Από αυτά, ο θερμοκρασιακός πηγαίος είναι συνδεδεμένος με το μέρος θέρμανσης μέσω του ελεγκτή θερμοκρασία