Dizajn i implementacija uređaja za plinsko grijanje za prekidač SF6 s farforastim stupom od 110kV

Visokonaponski prekidaci su jedna od najvažnijih kontrolnih uređaja u sustavu snage. Radni status visokonaponskih prekidaca izravno utječe na sigurno i stabilno funkcioniranje sustava snage. Među njima, vanjski porcelanski stupničasti SF₆ prekidac je jedan od glavnih tipova visokonaponskog prekidaca. SF₆ ima visoku električnu otpornost, odlične svojstva za gasenje lukove i izolacijske sposobnosti. Međutim, u praktičnoj primjeni otkriveno je da u područjima s jako niskim temperaturama, poput Zhangjiakou Bashang u provinciji Hebei, niske temperature lako mogu dovesti do tekućenja SF₆ plina, što rezultira smanjenjem tlaka SF₆ plina. To može pokrenuti alarm o niskom tlaku za prekidac ili čak dovesti do zaključavanja (zaključavanje prekidaca znači da prekidac ne može ni zatvoriti ni otvoriti), što ozbiljno utječe na prekidnu sposobnost i izolacijska svojstva prekidaca. Za rješavanje ovog problema, ovaj rad dizajnira uređaj za zagrijavanje plina za 110kV porcelanski stupničasti SF₆ prekidac.

1 Alarm o niskom tlaku i situacija sa zaključavanjem porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca

U području Bashang u Zhangjiakou, zimska temperatura može doseći -30 °C. Alarmi o niskom tlaku i čak i greške u zaključavanju SF₆ prekidaca više puta su se dogodile u pretvorbenicama u području Bashang. U samo jednom mjesecu, alarm o niskom tlaku se pojavio više od 30 puta, a greška u zaključavanju više od 10 puta, što predstavlja veliku potencijalnu prijetnju sigurnom i stabilnom radu mreže. Istraživanja su pokazala da je glavni uzrok alarma i grešaka u zaključavanju 110kV porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca odsustvo uređaja za zagrijavanje SF₆ plina. Budući da je komora SF₆ plina direktno izložena vanjskoj okolini, kada se okružna temperatura snizi do određene razine, SF₆ plin će teći, što će dovesti do smanjenja tlaka u plinskoj komori ispod određenih vrijednosti alarma i zaključavanja.

2 Problemi s tradicionalnim rješenjima

Trenutno, glavni načini rješavanja problema s niskim tlakom i zaključavanjem porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca su sljedeći:
(1) Punjenje prekidaca kako bi se povećao molekularni težina plina u spremniku, time povećavajući tlak SF₆ plina. Međutim, ovaj metod nije primjenjiv u ekstremno hladnim vremenskim prilikama. Budući da dopunski SF₆ plin brzo teći pod niskim temperaturama i visokim tlakovima, i dalje nije moguće povećati tlak plina. Nominirani tlak SF₆ u prekidacu obično iznosi 0,6 MPa, a nasyceni parni tlak SF₆ iznosi 0,6 MPa na -20 °C. Kako se smanji okružna temperatura, nasyceni parni tlak SF₆ će pasti. To znači da u ekstremno niskoj temperaturi, čak i ako se prekidac napuni, zbog nasycenog parnog tlaka SF₆ plina, dodani plin će brzo teći, a cilj povećanja tlaka neće biti postignut. Stoga, kada je okružna temperatura niža od -20 °C, ovaj metod ne može vratiti nominirani tlak unutar prekidaca.
(2) Ručno odspajanje kruga zaključavanja prekidaca kako bi se omogućilo normalno zatvaranje i otvaranje prekidaca. Međutim, ovaj metod dovodi do gubitka zaštite električnog zaključavanja. Ako unutarnji tlak plina u prekidacu ne zadovoljava zahtjeve za gasenje luka ili čak izolaciju, mogu se dogoditi ozbiljne nesreće, a trošak rada je relativno visok.
(3) Korištenje metode zagrijavanja SF₆ plina za rješavanje problema tekućenja sredstva za gasenje luka SF₆ prekidaca u hladnim regijama. Prema specifičnoj strukturi prekidaca, prilagođen je dizajn odgovarajućeg uređaja za zagrijavanje, a kroz zagrijavanje povećana je radna temperatura SF₆ plina kako bi se izbjeglo tekućenje SF₆ plina u niskotemperaturnom okruženju. Uređaj za zagrijavanje plina u prekidacu obično može automatski aktivirati ili deaktivirati funkciju zagrijavanja prema promjeni okružne temperature. Održavatelji mogu postaviti automatske vrijednosti temperature aktiviranja i deaktiviranja prema stvarnoj okružnoj temperaturi. U usporedbi s ručnim odspajanjem kruga zaključavanja prekidaca, ovaj metod smanjuje trošak rada u održavanju. Međutim, instalacija uređaja za zagrijavanje zahtijeva visok trošak ljudskih i materijalnih resursa, a stopa iskorištavanja topline je relativno niska.

3 Uređaj za zagrijavanje porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca

Prema strukturnim karakteristikama porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca, dizajniran je uređaj za zagrijavanje koji uključuje tri dijela: modul za zagrijavanje, modul za kontrolu temperature i modul za opskrbu strujom.

3.1 Modul za zagrijavanje

Mjesto instalacije uređaja za zagrijavanje je izuzetno važno, izravno utječe na učinkovitost zagrijavanja SF₆ plina. Porcelanski stupničasti prekidac sastoji se od više osnovnih jedinica, uključujući komoru za gasenje luka, nosača porcelanske preslici, mehanizam za upravljanje, okvir za podršku itd. Ispod komore za gasenje luka nalaze se dva međusobno povezana nosača porcelanske preslice, ispune SF₆ plinom. Glavna funkcija nosača porcelanske preslice je postizanje izolacije od zemlje. Stoga, kod dizajna porcelanskog stupničastog prekidaca, mora se održati određeno rastojanje izolacije, a mora se osigurati i mehanička čvrstoća keramičkog materijala. To znači da nije moguće instalirati vodljivi uređaj za zagrijavanje na vanjskoj površini porcelanske preslice [5]. U ovom radu, izabrana je prenosna komora kao dio za zagrijavanje. Međutim, prenosna komora ima nepravilnu formu, a tradicionalni uređaji za zagrijavanje nisu lako fiksirani. Također, prenosna komora nalazi se u bazi porcelanskog stupničastog prekidaca, gdje je prostor užit. Tradicionalni uređaji za zagrijavanje su preveliki, što može utjecati na normalno funkcioniranje prenosnog mehanizma prekidaca.

Modul za zagrijavanje dizajniran je prema karakteristikama porcelanskog stupničastog prekidaca u području Zhangjiakou Bashang. Modul za zagrijavanje sastoji se od ogrtača i otpornika. Ogrtač je izrađen od izolacijske silikonske gume, a lepljiva strana je 3M otporna lepljiva masa, s izlazom na prednjem dijelu, kao što je prikazano na slici 1. Otpornik je savijen unutar ogrtača. Ogrtač izrađen od izolacijske silikonske gume i 3M otporne lepljive mase može izdržati visoke temperature (napon je AC220V), a oblik i duljina ogrtača se mogu fleksibilno odabrati prema obliku prenosne komore na mjestu.

Slika 1 prikazuje prednji i zadnji dio modula za zagrijavanje

3.2 Modul za kontrolu temperature

Modul za kontrolu temperature sastoji se od senzora i termostata. Konkretno, senzor je instaliran na ogrtaču faze B porcelanskog stupničastog prekidaca. Njegova je funkcija mjerenje temperature u prenosnoj komori porcelanskog stupničastog prekidaca i prijenos podataka o temperaturi na termostat, kao što je prikazano na slici 2. Termostat je JY-260 mikro računalni termostat. Koristi se za prijem i prikaz temperature na tom mjestu, te kontrolu pokretanja i zaustavljanja modula za zagrijavanje prema prethodno postavljenim granicama temperature, kao što je prikazano na slici 3.

Slika 2 Temperaturni senzor

Slika 3 Termostat

3.3 Modul za opskrbu strujom

Modul za opskrbu strujom uključuje temperaturno kontrolirani izvor struje i prisilni izvor struje, kao što je prikazano na slici 4. Među njima, temperaturno kontrolirani izvor struje povezan je s modulom za zagrijavanje putem termostata. Prema okružnoj temperaturi u području Bashang, postavljena je granica rada temperaturno kontroliranog izvora struje, a temperaturno kontrolirani izvor struje normalno radi unutar te granice. Prisilni izvor struje direktno je povezan s modulom za zagrijavanje. Kada je temperatura niža od granice rada temperaturno kontroliranog izvora struje, aktiviran je prisilni izvor struje.

Slika 4 Temperaturno kontrolirani izvor struje

3.4 Načini rada uređaja za zagrijavanje

Uređaj za zagrijavanje porcelanskog stupničastog SF₆ prekidaca ima dva načina rada.
(1) Temperaturni kontrolni način: Uređaj za zagrijavanje koristi senzor instaliran na ogrtaču faze B porcelanskog stupničastog prekidaca kako bi dobivao temperaturu u prenosnoj komori porcelanskog stupničastog prekidaca i prenosio je na termostat. Termostat prima i prikazuje temperaturu ogrtača porcelanskog stupničastog prekidaca, a zatim kontroliše modul za zagrijavanje prema prethodno postavljenim granicama temperature.
(2) Prisilni pokret način: Preskačući termostat, vrši se neprekidno zagrijavanje prenosne komore, a SF₆ plin unutar porcelanskog stupničastog prekidaca se zagrijava. Time se izbjegavaju problemi poput alarma o niskom tlaku porcelanskog stupničastog prekidaca i smanjenje prekidne sposobnosti zbog tekućenja SF₆ plina.

4 Zaključak

Odgovarajući na često pojavljujuće se alar