110kV पोर्सलेन कॉलम SF6 सर्किट ब्रेकर के लिए गैस हीटिंग डिवाइस का डिजाइन और लागू करना

उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर पावर सिस्टम में सबसे महत्वपूर्ण नियंत्रण उपकरणों में से एक है। उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर की संचालन स्थिति पावर सिस्टम के सुरक्षित और स्थिर संचालन पर बीच-बीच में प्रभाव डालती है। इनमें से, आउटडोर पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार का SF₆ सर्किट ब्रेकर उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर का एक प्रमुख प्रकार है। SF₆ में उच्च विद्युत धारण क्षमता, अद्वितीय आर्क-शमन प्रदर्शन और इन्सुलेशन क्षमता होती है। हालाँकि, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, यह पाया गया है कि हेबेई प्रांत के झांगजियाकौ बाशांग जैसे गंभीर ठंडे क्षेत्रों में, निम्न तापमान सरलता से लिक्वीफाइड SF₆ गैस का कारण बनता है, जिससे SF₆ गैस का दबाव कम हो जाता है। यह सर्किट ब्रेकर के लिए एक निम्न-दबाव चेतावनी या तो ट्रिगर कर सकता है या तो लॉकआउट (सर्किट ब्रेकर लॉकआउट का अर्थ है कि सर्किट ब्रेकर न तो बंद हो सकता है और न ही खुल सकता है), जो सर्किट ब्रेकर की ब्रेकिंग क्षमता और इन्सुलेशन प्रदर्शन पर गंभीर रूप से प्रभाव डालता है। इस समस्या को संबोधित करने के लिए, यह पेपर 110kV पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर के लिए एक गैस हीटिंग डिवाइस डिजाइन करता है।

1 पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर की निम्न-दबाव चेतावनी और लॉकआउट स्थिति

झांगजियाकौ के बाशांग क्षेत्र में, शीतकालीन तापमान -30 °C तक पहुंच सकता है। बाशांग क्षेत्र के सबस्टेशनों में SF₆ सर्किट ब्रेकर की निम्न-दबाव चेतावनी और यहां तक कि लॉकआउट फ़ॉल्ट बार-बार होती रही हैं। केवल एक महीने में, निम्न-दबाव चेतावनी 30 से अधिक बार और लॉकआउट फ़ॉल्ट 10 से अधिक बार हुई, जो पावर ग्रिड के सुरक्षित और स्थिर संचालन के लिए एक बड़ा संभावित खतरा बन गया। शोध दिखाता है कि 110kV पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर की चेतावनी और लॉकआउट फ़ॉल्ट का प्राथमिक कारण SF₆ गैस हीटिंग डिवाइस की अनुपस्थिति है। क्योंकि SF₆ गैस चैम्बर सीधे बाहरी वातावरण से खुला होता है, जब वातावरण का तापमान एक निश्चित स्तर तक गिर जाता है, तो SF₆ गैस लिक्वीफाइड हो जाती है, जिससे गैस चैम्बर में दबाव निर्धारित चेतावनी और लॉकआउट दबाव मान से कम हो जाता है।

2 पारंपरिक समाधानों की समस्याएं

वर्तमान में, पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर की निम्न-दबाव चेतावनी और लॉकआउट समस्याओं को हल करने के लिए मुख्य तरीके निम्नलिखित हैं:
(1) सर्किट ब्रेकर को इन्फ्लेट करके टैंक में गैस के अणुओं का भार बढ़ाना, जिससे SF₆ गैस का दबाव बढ़े। हालाँकि, यह विधि गंभीर ठंडे मौसम में लागू नहीं होती। क्योंकि तापमान और उच्च-दबाव वातावरण में तत्काल लिक्वीफाइड हो जाती है, और गैस दबाव बढ़ाने का उद्देश्य नहीं पूरा होता। SF₆ सर्किट ब्रेकर में SF₆ का निर्धारित दबाव सामान्यतः 0.6 MPa होता है, और -20 °C पर SF₆ का संतृप्त वाष्प दबाव 0.6 MPa होता है। जैसे-जैसे वातावरण का तापमान घटता है, SF₆ का संतृप्त वाष्प दबाव भी घटता है। अर्थात, एक गंभीर निम्न-तापमान वातावरण में, भले ही सर्किट ब्रेकर को इन्फ्लेट किया जाए, SF₆ गैस के संतृप्त वाष्प दबाव के कारण इन्फ्लेट किया गया गैस तत्काल लिक्वीफाइड हो जाता है, और दबाव बढ़ाने का उद्देश्य नहीं पूरा होता। इसलिए, जब वातावरण का तापमान -20 °C से कम हो, तो यह विधि सर्किट ब्रेकर के अंदर निर्धारित दबाव को वापस नहीं ला सकती।
(2) सर्किट ब्रेकर के लॉकआउट सर्किट को मैन्युअल रूप से डिसकनेक्ट करके सर्किट ब्रेकर को सामान्य रूप से बंद और खुलने की अनुमति देना। हालाँकि, यह विधि सर्किट ब्रेकर को विद्युत लॉकआउट की सुरक्षा से वंचित कर देती है। जब सर्किट ब्रेकर के अंदर का गैस दबाव आर्क-शमन या यहां तक कि इन्सुलेशन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाता, तो गंभीर दुर्घटनाएं हो सकती हैं, और श्रम लागत अपेक्षाकृत ऊंची होती है।
(3) ठंडे क्षेत्रों में SF₆ सर्किट ब्रेकर के आर्क-शमन माध्यम के लिक्वीफाइकेशन की समस्या को हल करने के लिए SF₆ गैस को हीट करने की विधि का उपयोग करना। सर्किट ब्रेकर की विशिष्ट संरचना के आधार पर, एक संबद्ध हीटिंग डिवाइस कस्टमाइज़ किया जाता है, और SF₆ गैस का संचालन तापमान हीटिंग के माध्यम से बढ़ाया जाता है, ताकि निम्न-तापमान वातावरण में SF₆ गैस का लिक्वीफाइकेशन से बचा जा सके। सर्किट ब्रेकर का गैस हीटिंग डिवाइस आमतौर पर वातावरण के तापमान के परिवर्तन के आधार पर हीटिंग कार्य को स्वचालित रूप से शुरू या बंद कर सकता है। संचालन और रखरखाव कर्मचारी वास्तविक वातावरण के तापमान के आधार पर स्वचालित शुरू और बंद तापमान सेटिंग मानों को सेट कर सकते हैं। मैन्युअल रूप से सर्किट ब्रेकर के लॉकआउट सर्किट को डिसकनेक्ट करने की तुलना में, यह विधि संचालन और रखरखाव में श्रम लागत को कम करती है। हालाँकि, हीटिंग डिवाइस की स्थापना में उच्च मानवीय और सामग्री लागत की आवश्यकता होती है, और तापीय उपयोग की दर अपेक्षाकृत कम होती है।

3 पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर के लिए हीटिंग डिवाइस

पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर की संरचनात्मक विशेषताओं के आधार पर, एक पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के SF₆ सर्किट ब्रेकर के लिए हीटिंग डिवाइस डिजाइन किया गया है, जिसमें तीन भाग शामिल हैं: हीटिंग मॉड्यूल, तापमान नियंत्रण मॉड्यूल, और पावर सप्लाई मॉड्यूल।

3.1 हीटिंग मॉड्यूल

हीटिंग डिवाइस की स्थापना स्थान बहुत महत्वपूर्ण है, जो सीधे SF₆ गैस की हीटिंग की कार्यक्षमता पर प्रभाव डालता है। पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार का सर्किट ब्रेकर एकाधिक बुनियादी इकाइयों से बना होता है, जिनमें आर्क-शमन चैम्बर, सपोर्ट पोर्सेलिन बुशिंग, संचालन यंत्र, सपोर्ट फ्रेम आदि शामिल हैं। आर्क-शमन चैम्बर के नीचे दो जुड़े हुए सपोर्ट पोर्सेलिन बुशिंग होते हैं, जो SF₆ गैस से भरे होते हैं। सपोर्ट पोर्सेलिन बुशिंग का मुख्य कार्य जमीन से इन्सुलेशन प्राप्त करना है। इसलिए, पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के सर्किट ब्रेकर को डिजाइन करते समय, एक निश्चित इन्सुलेशन दूरी बनाई जानी चाहिए, और केरामिक सामग्री की यांत्रिक ताकत की गारंटी दी जानी चाहिए। यह अर्थात, पोर्सेलिन बुशिंग के बाहरी सतह पर एक चालक हीटिंग डिवाइस स्थापित नहीं किया जा सकता [5]। इस पेपर में, हीटिंग भाग को ट्रांसमिशन चैम्बर के रूप में चुना गया है। हालाँकि, ट्रांसमिशन चैम्बर का आकार अनियमित होता है, और पारंपरिक हीटिंग डिवाइसों को फिक्स करना आसान नहीं होता। इसके अलावा, ट्रांसमिशन चैम्बर पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के सर्किट ब्रेकर के आधार में स्थित होता है, और स्थान संकीर्ण होता है। पारंपरिक हीटिंग डिवाइस बड़े आकार के होते हैं, जो सर्किट ब्रेकर के ट्रांसमिशन मैकेनिज्म के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकते हैं।

झांगजियाकौ बाशांग क्षेत्र के पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के सर्किट ब्रेकर की विशेषताओं के आधार पर एक हीटिंग मॉड्यूल डिजाइन किया गया है। हीटिंग मॉड्यूल एक हीटिंग टेप और एक प्रतिरोध तार से बना होता है। हीटिंग टेप इन्सुलेटिंग सिलिकॉन रबर से बना होता है, और पीछे 3M ताप-सहनशील एडहेसिव होता है, जिसका आउटलेट सामने होता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। प्रतिरोध तार हीटिंग टेप के अंदर लपेटा जाता है। इन्सुलेटिंग सिलिकॉन रबर और 3M ताप-सहनशील एडहेसिव से बना हीटिंग टेप उच्च तापमान (वोल्टेज AC220V) का सामना कर सकता है, और हीटिंग टेप का आकार और लंबाई ऑन-साइट सर्किट ब्रेकर के ट्रांसमिशन चैम्बर के आकार के आधार पर लचीले रूप से चुनी जा सकती है।

चित्र 1 हीटिंग मॉड्यूल के सामने और पीछे की ओर का दृश्य

3.2 तापमान नियंत्रण मॉड्यूल

तापमान नियंत्रण मॉड्यूल एक सेंसर और एक तापमान नियंत्रक से बना होता है। विशेष रूप से, सेंसर पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के सर्किट ब्रेकर के फेज B के हीटिंग टेप पर स्थापित होता है। इसका कार्य पोर्सेलिन पोस्ट प्रकार के सर्किट ब्रेकर के ट्रांसमिशन चैम्बर पर तापमान मापना और तापमान डेटा को तापमान नियंत्रक को प्रसारित करना होता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। तापमान नियंत्रक JY-260 माइक्रोकंप्यूटर तापमान नियंत्रक है। यह इस स्थान पर तापमान प्राप्त और प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किया जाता है, और पूर्वनिर्धारित तापमान थ्रेशहोल्ड के आधार पर हीटिंग मॉड्यूल को शुरू और बंद करने का नियंत्रण करता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है।

चित्र 2 तापमान सेंसर

चित्र 3 थर्मोस्टैट

3.3 पावर मॉड्यूल

पावर मॉड्यूल में तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई और फोर्स्ड-स्टार्ट पावर सप्लाई शामिल हैं, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। इनमें से, तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई तापमान नियंत्रक के माध्यम से हीटिंग मॉड्यूल से जुड़ा होता है। बाशांग क्षेत्र में वातावरण के तापमान के आधार पर, तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई का संचालन थ्रेशहोल्ड सेट किया जाता है, और तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई इस थ्रेशहोल्ड के भीतर सामान्य रूप से संचालित होता है। फोर्स्ड-स्टार्ट पावर सप्लाई सीधे हीटिंग मॉड्यूल से जुड़ा होता है। जब तापमान तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई के संचालन थ्रेशहोल्ड से कम हो, तो फोर्स्ड-स्टार्ट पावर सप्लाई सक्रिय हो जाता है।

चित्र 4 तापमान-नियंत्रित पावर सप्लाई

3.4 हीटिंग डिवाइस के सं