110kV porcelángos oszlopos SF6 átmerési kapcsoló gázfűtési eszközének tervezése és megvalósítása

A magasfeszültségi átkapcsolók a villamos rendszer egyik legfontosabb irányítási eszközei. A magasfeszültségi átkapcsolók működési állapota közvetlenül befolyásolja a villamos rendszer biztonságos és stabil működését. Azok között az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsolók egyik fő típusa a magasfeszültségi átkapcsolók között. Az SF₆ nagy elektromos ellenállóerejű, kiváló ívkitörlő és izoláló képességgel rendelkezik. Azonban a gyakorlatban kimutatott, hogy Hebei provinciában, mint például Zhangjiakou Bashang területén, a mély hideg könnyen okozhatja, hogy az SF₆ gáz folyadékba átállokodjon, ami csökkentheti az SF₆ gáz nyomását. Ez alacsony nyomás riasztást okozhat az átkapcsolónál, vagy akár zároláshoz (az átkapcsoló zárolása azt jelenti, hogy az átkapcsoló sem bezárhat, sem nyithat), ami súlyosan befolyásolja az átkapcsoló kitörölő képességét és izolációs teljesítményét. Ennek megoldására ebben a cikkben egy gázmelegítő eszközt tervezünk a 110kV üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsolóhoz.

1 Alacsony nyomás riasztás és zárolás az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsoló esetén

Zhangjiakou Bashang területén a téli hőmérséklet elérheti a -30 °C-ot. Az SF₆ átkapcsolók alacsony nyomás riasztásai és még zárolási hibái többször is előfordultak a Bashang területi átalakítóállomásokban. Egy hónap alatt több mint 30-szor jelentkezett alacsony nyomás riasztás, és több mint 10-szor fordult elő zárolási hiba, ami jelentős potenciális fenyegetést jelent a hálózat biztonságos és stabil működésére. A kutatások szerint a 110kV üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsoló riasztásai és zárolási hibái elsősorban az SF₆ gáz melegítő eszköz hiányában találhatnak magukat az okaik. Mivel az SF₆ gázszoba közvetlenül kitett a külső környezetre, amikor a környezeti hőmérséklet egy adott szinten leesik, az SF₆ gáz folyadékba átállokodik, ami a gázszobában lévő nyomást alacsonyabbá teszi, mint a megadott riasztási és zárolási nyomásértékek.

2 Hagyományos megoldások problémái

Jelenleg az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsoló alacsony nyomás riasztásai és zárolási problémáinak megoldásának főbb módjai a következők:
(1) Az átkapcsoló gázoltatása, hogy növelje a tartályban lévő gáz molekulatömegét, ezzel növelve az SF₆ gáz nyomását. Ugyanakkor ez a módszer nem alkalmazható nagyon hideg időjárásban. Mert a pótoló SF₆ gáz gyorsan folyadékba átállokodik alacsony hőmérséklet és magas nyomás mellett, és továbbra sem lehet növelni a gáz nyomását. Az SF₆ átkapcsolóban a normál nyomás általában 0,6 MPa, és az SF₆ telítettségi páratnyomása -20 °C-nél 0,6 MPa. Ahogy a környezeti hőmérséklet csökken, az SF₆ telítettségi páratnyomása is csökken. Tehát nagyon alacsony hőmérsékletű környezetben, még ha az átkapcsolót gázolják is, az SF₆ gáz telítettségi páratnyomása miatt a gázolás gyorsan folyadékba átállokodik, és a nyomás növelése nem érhető el. Így, ha a környezeti hőmérséklet alacsonyabb, mint -20 °C, ez a módszer nem tudja visszaállítani a normál nyomást az átkapcsolóban.
(2) Az átkapcsoló zárolási köré manuális kikapcsolása, hogy az átkapcsoló normálisan bezárhasson és nyithasson. Ugyanakkor ez a módszer az átkapcsolót veszti az elektromos zárolás védelmét. Ha az átkapcsoló belső gáznyomása nem felel meg az ívkitörléshez vagy akár az izolációnak, komoly balesetek fordulhatnak elő, és a munkaerő költsége is magas.
(3) Az SF₆ gáz melegítése a hideg régiókban, hogy megoldja az SF₆ átkapcsoló ívkitörlő közegének folyadékba átállokodásának problémáját. Az átkapcsoló konkrét szerkezetének megfelelően egy megfelelő melegítő eszközt készítenek, és az SF₆ gáz működési hőmérsékletét melegítéssel növelik, hogy elkerüljék az SF₆ gáz folyadékba átállokodását alacsony hőmérsékletű környezetben. Az átkapcsoló gázmelegítő eszköze általában automatikusan aktiválható vagy deaktiválható a környezeti hőmérséklet változása alapján. A működési és karbantartási személyzet beállíthatja az automatikus aktiválási és deaktiválási hőmérsékleti beállítási értékeket a tényleges környezeti hőmérséklet alapján. Ez a módszer kevesebb munkaerőt igényel, mint az átkapcsoló zárolási köré manuális kikapcsolása. Ugyanakkor a melegítő eszköz telepítése nagy emberi és anyagi költségeket jelent, és a hőhasznosítás aránya relatíve alacsony.

3 Melegítő eszköz az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsolóhoz

Az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsoló szerkezeti jellemzőinek megfelelően tervezünk egy melegítő eszközt, amely három részből áll: a melegítő modul, a hőmérséklet-irányító modul és a tápegység-modul.

3.1 Melegítő modul

A melegítő eszköz telepítési helye nagyon fontos, közvetlenül befolyásolja az SF₆ gáz melegítési hatékonyságát. Az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló több alapegységből áll, beleértve az ívkitörlő szobát, a támogató porcelángödényt, a működési mechanizmust, a támogató keretet stb. Két összekapcsolt támogató porcelángödény van az ívkitörlő szobán alatt, amelyekben SF₆ gáz található. A támogató porcelángödény fő funkciója a földre való izoláció. Ezért az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló tervezésekor bizonyos izolációs távolságot kell fenntartani, és a keramikai anyag mechanikai erőssége garantált. Ez azt jelenti, hogy nem lehetséges vezető melegítő eszközt telepíteni a porcelángödény külső felületére [5]. Ez a tanulmányban a melegítő részt a továbbító szobán választották. Azonban a továbbító szoba alakja rendszeretlen, és a hagyományos melegítő eszközök nem könnyen rögzíthetők. Továbbá a továbbító szoba az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló alján található, és a tér szűk. A hagyományos melegítő eszközök túl nagyok, ami befolyásolhatja az átkapcsoló továbbító mechanizmusának normál működését.

Egy melegítő modult terveztek a Zhangjiakou Bashang területen használt üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló jellemzői alapján. A melegítő modul melegítő szalagból és ellenállásdrótból áll. A melegítő szalag izoláló szilikon gumiból készült, és a hátoldali ragasztó 3M hőtartós ragasztó, a kiugró rész a szalag előlapján található, ahogy az 1. ábrán látható. Az ellenállásdrót be van csomagolva a melegítő szalagba. Az izoláló szilikon gumiból készült melegítő szalag és a 3M hőtartós ragasztó magas hőmérsékleteket (AC220V feszültség) bír, és a melegítő szalag alakja és hossza rugalmasan kiválasztható az átkapcsoló továbbító szobájának alakja alapján.

1. ábra: A melegítő modul elő- és hátlapszemelet

3.2 Hőmérséklet-irányító modul

A hőmérséklet-irányító modul egy érzékelőből és egy hőmérséklet-irányítóból áll. Konkrétan, az érzékelő a B fázis melegítő szalagjára van telepítve az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsolón. Függvénye, hogy mérje az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló továbbító szobájának hőmérsékletét, és átadjon a hőmérséklet-irányítónak, ahogy az 2. ábrán látható. A hőmérséklet-irányító egy JY-260 mikroszámítógépes hőmérséklet-irányító. Feladata, hogy fogadja és jelenítse meg ezen helyen a hőmérsékletet, és az előre beállított hőmérsékleti küszöb alapján irányítja a melegítő modul indítását és leállítását, ahogy az 3. ábrán látható.

2. ábra: Hőmérséklet-érzékelő

3. ábra: Termostat

3.3 Tápegység-modul

A tápegység-modul hőmérséklet-irányított tápegységből és kényszerindítási tápegységből áll, ahogy az 4. ábrán látható. A hőmérséklet-irányított tápegység a hőmérséklet-irányító segítségével van kapcsolódva a melegítő modulhoz. A Bashang területi környezeti hőmérsékletek alapján beállítják a hőmérséklet-irányított tápegység működési küszöböt, és a hőmérséklet-irányított tápegység ezen küszöbön belül működik. A kényszerindítási tápegység közvetlenül van kapcsolódva a melegítő modulhoz. Amikor a hőmérséklet alacsonyabb, mint a hőmérséklet-irányított tápegység működési küszöbe, a kényszerindítási tápegység aktiválódik.

4. ábra: Hőmérséklet-irányított tápegység

3.4 A melegítő eszköz működési módjai

Az üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsoló melegítő eszköze két melegítési móddal rendelkezik.
(1) Hőmérséklet-irányított mód: A melegítő eszköz az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló B fázisának melegítő szalagjára telepített érzékelő segítségével meghatározza a továbbító szobában lévő hőmérsékletet, és átadja a hőmérséklet-irányítónak. A hőmérséklet-irányító fogadja és jeleníti meg a melegítő szalag hőmérsékletét, majd a beállított hőmérsékleti küszöb alapján irányítja a melegítő modult.
(2) Kényszerindítási mód: A hőmérséklet-irányító kihagyásával folyamatosan melegíti a továbbító szobát, és az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsolóban lévő SF₆ gázat. Így elkerülheti az üvegporcelán oszlop típusú átkapcsoló alacsony nyomás riasztását és a folyadékba átállokodott SF₆ gáz miatti kitörölő képesség csökkenését.

4 Következtetés

A Zhangjiakou Bashang területén a nagyon hideg időjárásban gyakran előforduló alacsony nyomás riasztások és akár zárolások megoldására ebben a cikkben tervezünk egy gázmelegítő eszközt a 110kV üvegporcelán oszlop típusú SF₆ átkapcsolóhoz. Ez az eszköz biztosíthatja az átkapcsoló biztonságos és stabil működését. Továbbá alacsony telepítési költséggel és rövid telepítési idővel rendelkezik, és jó előrehozatali értéket mutat.