עיצוב והישג של מתקן חימום גז עבור מפסק מעגל SF6 בעמוד פורצלן 110kV

מחסומים בלחץ גבוה הם אחד מהמכשירים המבקרים החשובים ביותר במערכת החשמל. מצב הפעולה של מחסומי לחץ גבוה משפיע ישירות על הפעולה הבטוחה והיציבה של מערכת החשמל. בין היתר, מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן הוא אחד מסוגי מחסומי הלחץ הגבוה העיקריים. SF₆ בעל חוזק חשמלי גבוה, יכולת כיבוי מצוינת ויכולת מבודדת. עם זאת, בישימות מעשיות נמצא כי באזורים קרים מאוד כמו באשנג'יאקו במחוז חבי, טמפרטורות נמוכות יכולות בקלות לגרום לגז ה-SF₆ להפוך ללiquid, מה שגורם לירידה בלחץ הגז. זה עשוי לעורר אזעקה בעלת לחץ נמוך עבור המחסום או אפילו להוביל לסגירה (סגירת המחסום פירושה שהמחסום לא יכול להתאים ולא יכול לפתוח), מה שמפריע בצורה חמורה ליכולת הפיצול והיכולת המבודדת של המחסום. כדי להתמודד עם הבעיה הזו, מאמר זה מתכנן מכשיר חימום לגז עבור מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן של 110kV.

1 מצב אזעקה בעלת לחץ נמוך וסגירה של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן

באשנג'יאקו בטמפרטורה בחורף יכולה להגיע עד -30 °C. אזעקות בעלות לחץ נמוך ואף סגירות של מחסומי SF₆ התרחשו מספר פעמים בתחנות הסוגרים באזור/bashang. תוך חודש אחד בלבד, האזעקה בעלת לחץ נמוך התרחשה יותר מ-30 פעמים, והתקלה בסגירה התרחשה יותר מ-10 פעמים, מה שמאיים באופן עצום על הפעולה הבטוחה והיציבה של רשת החשמל. מחקר הראה כי הגורם העיקרי לאזעקות ולתקלות בסגירה במחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן של 110kV הוא העדר מכשיר חימום גז SF₆. מכיוון שהקופסה של גז ה-SF₆ חשופה ישירות לסביבה החיצונית, כאשר הטמפרטורה הסביבתית יורדת לרמה מסוימת, גז ה-SF₆ יתאדה, מה שגורם ללחץ בכופתת הגז להיות נמוך מהערך המעודכן של אזעקה וסגירה.

2 בעיות עם פתרונות מסורתיים

כעת, השיטות העיקריות לפתרון בעיות האזעקה בעלת לחץ נמוך והסגירה של מחסומי הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן הן כדלקמן:
(1) הניפוח של המחסום כדי להגדיל את המשקל המולקולרי של הגז בתוף, ובכך להעלות את לחץ גז ה-SF₆. עם זאת, שיטה זו אינה מתאימה לתנאי מזג אוויר קרים מאוד. מכיוון שהגז ה-SF₆ המשלים יתאדה במהירות בתנאי טמפרטורה נמוכה ולחץ גבוה, ועדיין לא ניתן להעלות את לחץ הגז. הלחץ המונפק של SF₆ במחסום הוא בדרך כלל 0.6 MPa, והלחץ התזונתי של SF₆ הוא 0.6 MPa ב-20 °C-. ככל שהטמפרטורה הסביבתית יורדת, הלחץ התזונתי של SF₆ יורד. כלומר, בתנאי טמפרטורה נמוכים מאוד, גם אם המחסום מנופח, בשל הלחץ התזונתי של גז ה-SF₆, הגז המנופח יתאדה במהירות, והמטרה של הגברת הלחץ לא תושג. לכן, כאשר הטמפרטורה הסביבתית היא נמוכה מ-20 °C-, שיטה זו אינה יכולה לשחזר את הלחץ המונפק בתוך המחסום.
(2) ניתוק ידני של המעגל הסגור של המחסום כדי לאפשר למחסום להתאים ולפתוח באופן נורמלי. עם זאת, שיטה זו גורמת למחסום לאבד את ההגנה של הסגר החשמלי. במקרה שבו הלחץ הגז בתוך המחסום אינו עומד בדרישות לכיבוי או אפילו למבודד, יכולים לקרות תאונות חמורות, והויות העבודה גבוהות יחסית.
(3) שימוש בשיטה של חימום גז ה-SF₆ כדי לפתור את הבעיה של התאדות של חומר הכיבוי של מחסומי ה-SF₆ באזורים קרים. בהתאם למבנה הספציפי של המחסום, מכשיר חימום מתוכנן בהתאם, וטמפרטורת הפעולה של גז ה-SF₆ מגבירה באמצעות חימום כדי למנוע את התאדות של גז ה-SF₆ בתנאי טמפרטורה נמוכים. מכשיר החימום של המחסום יכול בדרך כלל להפעיל או להפסיק את פונקציית החימום באופן אוטומטי בהתאם לשינוי הטמפרטורה הסביבתית. אנשי התפעול והתחזוקה יכולים לקבוע את ערכי הטמפרטורה המתוכנתים להפעלה ולהפסקה אוטומטית בהתאם לטמפרטורה הסביבתית האמיתית. בהשוואה לנתק ידני של המעגל הסגור של המחסום, שיטה זו מקטינה את הויות העבודה בתפעול והתחזוקה. עם זאת, התקנת מכשיר החימום דורשת עלויות אדם וחומר גבוהות, והיעילות התרמית היא נמוכה יחסית.

3 מכשיר חימום עבור מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן

על פי מאפייני המבנה של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן, מכשיר חימום עבור מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן מתוכנן, והוא כולל שלושה חלקים: מודול החימום, מודול בקרת הטמפרטורה ומודול האספקה החשמלית.

3.1 מודול החימום

מיקום ההתקנה של מכשיר החימום חשוב מאוד,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、支架等。灭弧室下方有两个相互连接的支撑瓷套管，其中充满了SF₆气体。支撑瓷套管的主要作用是对地绝缘。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。这意味着无法在瓷套管的外表面安装导电加热装置[5]。本文选择的加热部分是传动室。然而，传动室形状不规则，传统加热装置不易固定。此外，传动室位于瓷柱式断路器的底部，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。 根据张家口坝上地区的瓷柱式断路器的特点，设计了一种加热模块。该加热模块由加热带和电阻丝组成。加热带采用绝缘硅橡胶制成，背面粘贴3M耐热胶，前端有出线口，如图1所示。电阻丝包裹在加热带内。由绝缘硅橡胶制成的加热带和3M耐热胶可以承受高温（电压为AC220V），并且可以根据现场断路器传动室的形状灵活选择加热带的形状和长度。

תמונה 1 מציגה את הצדדים הקדמי והאחורי של מודול החימום

3.2 מודול בקרת הטמפרטורה

מודול בקרת הטמפרטורה מורכב מסנסור ובקר טמפרטורה. ספציפית, הסנסור מותקן על סרט החימום של פאזה B של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן. תפקידו הוא למדוד את הטמפרטורה בחדר ההעברה של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן ולהעביר את נתוני הטמפרטורה לבקר הטמפרטורה, כפי שמוצג בתמונה 2. בקר הטמפרטורה הוא בקר טמפרטורה ממוחשב JY-260. הוא משמש לקבל ולראות את הטמפרטורה במקום הזה, ולהפעיל ולעצור את מודול החימום בהתאם לערך הסף המוגדר מראש של הטמפרטורה, כפי שמוצג בתמונה 3.

תמונה 2 סנסור טמפרטורה

תמונה 3 תרmostat

3.3 מודול האספקה החשמלית

מודול האספקה החשמלית כולל אספקת חשמל מבוקרת טמפרטורה ואספקת חשמל מופעלת בכוח, כפי שמוצג בתמונה 4. ביניהם, אספקת החשמל המבוקרת טמפרטורה מחוברת למודול החימום דרך בקר הטמפרטורה. בהתאם לטמפרטורה הסביבתית באזור/bashang, מוגדר סף פעולה עבור אספקת החשמל המבוקרת טמפרטורה, ואספקת החשמל המבוקרת טמפרטורה פועלת באופן נורמלי בתוך הסף הזה. אספקת החשמל המופעלת בכוח מחוברת ישירות למודול החימום. כאשר הטמפרטורה נמוכה מהסף הפעולה של אספקת החשמל המבוקרת טמפרטורה, אספקת החשמל המופעלת בכוח מופעלת.

תמונה 4 אספקת חשמל מבוקרת טמפרטורה

3.4 דרכי פעולה של מכשיר החימום

מכשיר החימום של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן יש לו שתי דרכים של חימום.
(1) דרכי פעולה מבוקרת טמפרטורה: מכשיר החימום משתמש בסנסור המותקן על סרט החימום של פאזה B של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן כדי לקבל את הטמפרטורה בחדר ההעברה של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן ולהעביר אותה לבקר הטמפרטורה. בקר הטמפרטורה מקבל ומציג את הטמפרטורה של סרט החימום של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן, ואז בקר את מודול החימום בהתאם לערך הסף המוגדר מראש של הטמפרטורה.
(2) דרכי פעולה מופעלת בכוח: על ידי הקפת בקר הטמפרטורה, מתבצע חימום מתמשך של חדר ההעברה, וגז ה-SF₆ בתוך מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן מחומם. כך ניתן למנוע בעיות כגון אזעקות בעלות לחץ נמוך של מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן והפחתה ביכולת הפיצול שנובעות מגז ה-SF₆ המתאדה.

4 מסקנה

בהתאם לתדירות גבוהה של אזעקות בעלות לחץ נמוך ואף סגירות של מחסומים בתנאי מזג אוויר קרים מאוד באזור/bashang של אשנג'יאקו, מאמר זה מתכנן מכשיר חימום גז עבור מחסום הטורנדו בסגנון עמוד פורצלן של 110kV. מכשיר זה יכול להבטיח את הפעולה הבטוחה והיציבה של המחסום. בנוסף, הוא זוכה בпреимущества низкой стоимости установки и короткого времени установки, а также показывает хорошую перспективу для распространения.