Pagsangay ng disenyo at pagpapatupad ng Gas Heating Device para sa 110kV Porcelain Column SF6 Circuit Breaker

Ang mga high-voltage circuit breaker ay isa sa mga pinakamahalagang kontrol na aparato sa sistema ng kuryente. Ang estado ng operasyon ng high-voltage circuit breaker ay direktang nakakaapekto sa ligtas at matatag na operasyon ng sistema ng kuryente. Sa kanilang pagitan, ang outdoor porcelain post type SF₆ circuit breaker ay isa sa pangunahing uri ng high-voltage circuit breaker. Ang SF₆ ay may mataas na electrical withstand strength, kamangha-manghang performance sa pag-eliminate ng apoy, at kakayahan sa insulation. Gayunpaman, sa aktwal na aplikasyon, natuklasan na sa mga lugar na sobrang malamig tulad ng Zhangjiakou Bashang sa Hebei Province, ang mababang temperatura ay madaling nagdudulot ng pag-liquefy ng gas na SF₆, na siya namang nagsisimula ng pagbaba ng presyon ng gas na SF₆. Ito ay maaaring mag-trigger ng low-pressure alarm para sa circuit breaker o kahit na mag-lead sa lockout (ang lockout ng circuit breaker ibig sabihin ang circuit breaker ay hindi makakapagsara o buksan), na malubhang nakakaapekto sa breaking capacity at insulation performance ng circuit breaker. Upang tugunan ang isyung ito, ang paper na ito ay disenyo ng isang gas heating device para sa 110kV porcelain post type SF₆ circuit breaker.

1 Mga Sitwasyon ng Low-pressure Alarm at Lockout ng Porcelain Post Type SF₆ Circuit Breaker

Sa rehiyon ng Bashang ng Zhangjiakou, ang temperatura sa taglamig ay maaaring umabot sa -30 °C. Ang mga low-pressure alarm at kahit na mga lockout fault ng mga SF₆ circuit breaker ay nangyari maraming beses sa mga substation sa rehiyon ng Bashang. Sa loob lamang ng isang buwan, ang low-pressure alarm ay nangyari higit sa 30 beses, at ang lockout fault ay nangyari higit sa 10 beses, na nagbabanta ng malaking potensyal na banta sa ligtas at matatag na operasyon ng grid ng kuryente. Ang pagsusuri ay nagpapakita na ang pangunahing sanhi ng mga alarm at lockout fault sa 110kV porcelain post type SF₆ circuit breaker ay ang kakulangan ng isang SF₆ gas heating device. Dahil ang chamber ng gas na SF₆ ay direkta na nakaharap sa panlabas na kapaligiran, kapag ang temperatura ng kapaligiran ay bumaba sa tiyak na antas, ang gas na SF₆ ay magliliquefy, na nagdudulot ng pagbaba ng presyon sa chamber ng gas hanggang sa mas mababa pa kaysa sa inilaan na presyon ng alarm at lockout.

2 Mga Problema sa Tradisyunal na Solusyon

Kasalukuyan, ang mga pangunahing pamamaraan para tugunan ang mga low-pressure alarm at lockout problems ng porcelain post type SF₆ circuit breaker ay kasunod:
(1) Pag-inflate ng circuit breaker upang mapataas ang molecular weight ng gas sa tangki, na siya namang nagpapataas ng presyon ng gas na SF₆. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay hindi applicable sa sobrang malamig na panahon. Dahil ang idinagdag na gas na SF₆ ay mabilis na magliliquefy sa mababang temperatura at mataas na presyon, at imposible pa rin na mapataas ang presyon ng gas. Ang rated pressure ng SF₆ sa circuit breaker ay karaniwang 0.6 MPa, at ang saturated vapor pressure ng SF₆ ay 0.6 MPa sa -20 °C. Habang bumababa ang temperatura ng kapaligiran, ang saturated vapor pressure ng SF₆ ay bumababa. Ibig sabihin, sa isang sobrang mababang temperatura, kahit na inflate ang circuit breaker, dahil sa saturated vapor pressure ng gas na SF₆, ang inflated na gas ay mabilis na magliliquefy, at hindi maabot ang layunin ng pagpapataas ng presyon. Kaya, kapag ang temperatura ng kapaligiran ay mas mababa kaysa -20 °C, hindi ito maaaring ibalik ang rated pressure sa loob ng circuit breaker.
(2) Manu-manong pag-disconnect ng lockout circuit ng circuit breaker upang payagan ang circuit breaker na normal na magsara at buksan. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan para mawala ang protection ng electrical lockout ng circuit breaker. Kapag ang presyon ng gas sa loob ng circuit breaker ay hindi na sumasapat sa mga requirement para sa pag-eliminate ng apoy o kahit na insulation, maaaring mangyari ang mga seryosong aksidente, at ang cost ng labor ay mas mataas.
(3) Gamit ng pamamaraan ng pag-init ng gas na SF₆ upang tugunan ang problema ng pag-liquefy ng medium ng pag-eliminate ng apoy ng SF₆ circuit breaker sa mga malamig na rehiyon. Ayon sa tiyak na estruktura ng circuit breaker, isang customized na heating device ay ginawa, at ang operating temperature ng gas na SF₆ ay itinataas sa pamamagitan ng pag-init upang maiwasan ang pag-liquefy ng gas na SF₆ sa isang mababang temperatura. Ang gas heating device ng circuit breaker ay karaniwang awtomatikong nagsisimula o nagtatapos ng pag-init batay sa pagbabago ng temperatura ng kapaligiran. Ang mga taong nasa operasyon at maintenance ay maaaring i-set ang automatic activation at deactivation temperature setting values batay sa aktwal na temperatura ng kapaligiran. Kumpara sa manu-manong pag-disconnect ng lockout circuit ng circuit breaker, ang pamamaraang ito ay binabawasan ang cost ng labor sa operasyon at maintenance. Gayunpaman, ang installation ng heating device ay nangangailangan ng mataas na tao at materyales, at ang thermal utilization rate ay mas mababa.

3 Heating Device para sa Porcelain Post Type SF₆ Circuit Breaker

Ayon sa mga katangian ng estruktura ng porcelain post type SF₆ circuit breaker, isang heating device para sa porcelain post type SF₆ circuit breaker ay disenyo, na kasama ang tatlong bahagi: ang heating module, ang temperature control module, at ang power supply module.

3.1 Heating Module

Ang lokasyon ng pag-install ng heating device ay napakahalaga, na direktang nakakaapekto sa efficiency ng pag-init ng gas na SF₆. Ang porcelain post type circuit breaker ay binubuo ng maraming basic units, kasama ang arc-extinguishing chamber, ang support porcelain bushing, ang operating mechanism, ang support frame, atbp. Mayroong dalawang interconnected na support porcelain bushings sa ilalim ng arc-extinguishing chamber, na puno ng gas na SF₆. Ang pangunahing tungkulin ng support porcelain bushing ay upang maisulong ang insulation laban sa lupa. Kaya, sa pagdisenyo ng porcelain post type circuit breaker, dapat na may tiyak na insulation distance, at siguraduhin ang mechanical strength ng ceramic material. Ito ay nangangahulugan na hindi posible na i-install ang isang conductive heating device sa outer surface ng porcelain bushing [5]. Sa paper na ito, ang heating part ay pinili bilang ang transmission chamber. Gayunpaman, ang transmission chamber ay may irregular na hugis, at ang mga tradisyunal na heating devices ay mahirap na i-fix. Bukod dito, ang transmission chamber ay nasa base ng porcelain post type circuit breaker, at ang espasyo ay maliit. Ang mga tradisyunal na heating devices ay sobrang malaki, na maaaring makaapekto sa normal na operasyon ng transmission mechanism ng circuit breaker.

Isang heating module ay disenyo ayon sa mga katangian ng porcelain post type circuit breaker sa rehiyon ng Zhangjiakou Bashang. Ang heating module ay binubuo ng heating tape at resistance wire. Ang heating tape ay gawa ng insulating silicone rubber, at ang back adhesive ay 3M heat-resistant adhesive, na may outlet sa harapan, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Ang resistance wire ay inilibot sa loob ng heating tape. Ang heating tape na gawa ng insulating silicone rubber at ang 3M heat-resistant adhesive ay maaaring tahan ang mataas na temperatura (ang voltage ay AC220V), at ang hugis at haba ng heating tape ay maaaring pumili nang flexible ayon sa hugis ng transmission chamber ng on-site circuit breaker.

Figure 1 ipinapakita ang front at back sides ng heating module

3.2 Temperature Control Module

Ang temperature control module ay binubuo ng sensor at temperature controller. Partikular, ang sensor ay i-install sa heating tape ng phase B ng porcelain post type circuit breaker. Ang kanyang tungkulin ay upang sukatin ang temperatura sa transmission chamber ng porcelain post type circuit breaker at ilipat ang data ng temperatura sa temperature controller, tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang temperature controller ay isang JY-260 microcomputer temperature controller. Ito ay ginagamit upang tumanggap at ipakita ang temperatura sa posisyong ito, at kontrolin ang start at stop ng heating module ayon sa preset na threshold ng temperatura, tulad ng ipinapakita sa Figure 3.

Figure 2 Temperature sensor

Figure 3 Thermostat

3.3 Power Module

Ang power module ay kasama ang temperature-controlled power supply at forced-start power supply, tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Sa kanilang pagitan, ang temperature-controlled power supply ay konektado sa heating module sa pamamagitan ng temperature controller. Ayon sa temperatura ng kapaligiran sa rehiyon ng Bashang, ang operating threshold ng temperature-controlled power supply ay itinakda, at ang temperature-controlled power supply ay normal na nag-ooperate sa loob ng threshold na ito. Ang forced-start power supply ay direkta na konektado sa heating module. Kapag ang temperatura ay mas mababa kaysa sa operating threshold ng temperature-controlled power supply, ang forced-start power supply ay i-activate.

Figure 4 Temperature-controlled power supply

3.4 Mga Mode ng Paggana ng Heating Device

Ang heating device ng porcelain post type SF₆ circuit breaker ay may dalawang mode ng paggana.
(1) Temperature control mode: Ang heating device ay gumagamit ng sensor na i-install sa heating tape ng phase B ng porcelain post type circuit breaker upang makuha ang temperatura sa transmission chamber ng porcelain post type circuit breaker at ilipat ito sa temperature controller. Ang temperature controller ay tumatanggap at ipinapakita ang temperatura ng heating tape ng porcelain post type circuit breaker, at pagkatapos ay kontrolin ang heating module ayon sa preset na threshold ng temperatura.
(2) Forced start mode: Sa pamamagitan ng pag-bypass ng temperature controller, ang continuous na pag-init ng transmission chamber ay isinasagawa, at ang gas na SF₆ sa loob ng porcelain post type circuit breaker ay iniinit. Sa ganitong paraan, maaaring iwasan ang mga problema tulad ng low-pressure alarms ng porcelain post type circuit breaker at ang pagbaba ng breaking capacity dahil sa liquefied na gas na SF₆.

4 Conclusion

Tinutugunan ng paper na ito ang malaking pag-ulan ng mga low-pressure alarms at kahit na mga lockout ng mga circuit breaker sa sobrang malamig na panahon sa rehiyon ng Bashang ng Zhangjiakou, ang disenyo ng isang gas heating device para sa 110kV porcelain post type SF₆ circuit breaker. Ang device na ito ay maaaring tiyakin ang ligtas at matatag na operasyon ng circuit breaker. Bukod dito, ito ay may mga abilidad na mababang installation cost at maikling oras ng installation, at nagpapakita ng magandang halaga ng promotion.