Дизајн и имплементација на уред за гасно греење за 110кВ фарфорска колона SF6 прекинувач

Високонапоните прекинувачи се едни од најважните контролни апарати во системот за енергија. Статусот на работа на високонапоните прекинувачи директно влијае на сигурната и стабилна работа на системот за енергија. Од нив, прекинувачите со фарфорски стоби тип SF₆ за надворешко користење се еден од главните типови на високонапоните прекинувачи. SF₆ има висока електрична издржливост, одлични карактеристики за угашување на дуг, како и изолациони способности. Меѓутоа, во практиката, било е установено дека во многу холодни области, како што е областа Башианг во Хебеј, ниските температури лесно можат да предизвикаат течението на гасот SF₆, што доведува до намалување на притисокот на гасот SF₆. Ова може да активира сигнал за ниски притисок на прекинувачот или дорде до заклучување (заклучувањето на прекинувачот значи дека прекинувачот не може ни да се затвори, ни да се отвори), што сериозно влијае на капацитетот за прекинување и изолационите карактеристики на прекинувачот. За да се реши овој проблем, овој труд дизајнира уред за загревување на гас за прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба на 110кВ.

1 Сигнал за ниски притисок и ситуација со заклучување на прекинувачот со фарфорска стоба тип SF₆

Во областа Башианг на Занџиакоу, зимската температура може да достигне -30 °C. Сигнали за ниски притисок и даже случаи на заклучување на прекинувачите тип SF₆ се појавили повеќепати во подстанциите во областа Башианг. Само за еден месец, сигналот за ниски притисок се појави повеќе од 30 пати, а случаите на заклучување повеќе од 10 пати, што ја поставува голема потенцијална заприроза за сигурната и стабилна работа на мрежата за енергија. Исследувањата покажаа дека главната причина за овие аларми и случаи на заклучување на прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба на 110кВ е отсутството на уред за загревување на гасот SF₆. Бидејќи камерата за гасот SF₆ е директно изложена на надворешната околина, кога температурата на околината опадне до одреден степен, гасот SF₆ ќе се течени, што ќе доведе до намалување на притисокот во камерата под одредените вредности за сигнал и заклучување.

2 Проблеми со традиционалните решенија

Сега, главните методи за решавање на проблемите со ниски притисок и заклучување на прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба се следниве:
(1) Помпање на прекинувачот за зголемување на молекуларната маса на гасот во резервоарот, со што се зголемува притисокот на гасот SF₆. Меѓутоа, овој метод не е применив во екстремно хладен временски услов. Бидејќи дополнителниот гас SF₆ брзо ќе се течени во услови на ниска температура и висок притисок, и не е можно да се зголеми притисокот на гасот. Нормалниот притисок на гасот SF₆ во прекинувачот обично е 0,6 МПа, а насытената парна притисок на SF₆ е 0,6 МПа при -20 °C. Кога температурата на околината опадне, насытената парна притисок на SF₆ ќе се намали. Тоа значи дека, во екстремно хладна околина, дури и ако прекинувачот се помпе, поради насытената парна притисок на гасот SF₆, додадениот гас брзо ќе се течени, и целта за зголемување на притисокот не може да се постигне. Значи, кога температурата на околината е под -20 °C, овој метод не може да врати нормалниот притисок во прекинувачот.
(2) Ручно одсечување на колејата за заклучување на прекинувачот за да се овозможи нормалното затварање и отварање на прекинувачот. Меѓутоа, овој метод го лишува прекинувачот од заштитата на електричното заклучување. Ако притисокот на гасот во прекинувачот не успее да задоволи барањата за угашување на дуг или даже изолација, може да се случат сериозни инциденти, а и работните трошоци се релативно високи.
(3) Користење на методот за загревување на гасот SF₆ за решавање на проблемот со течението на средината за угашување на дуг на прекинувачот тип SF₆ во хладни региони. Соодветно на специфичната структура на прекинувачот, се прави уред за загревување, и оперативната температура на гасот SF₆ се зголемува преку загревување за да се избегне течението на гасот SF₆ во хладна околина. Уредот за загревување на гасот во прекинувачот обично автоматски активира или деактивира функцијата за загревување според промените на температурата на околината. Операторите за одржување и управување можат да постават автоматски активирани и деактивирани температурни податоци според реалната температура на околината. Споредено со ручното одсечување на колејата за заклучување на прекинувачот, овој метод намалува работните трошоци за одржување и управување. Меѓутоа, инсталацијата на уредот за загревување бара високи трошоци на човечки и материјални ресурси, а ефективноста на користењето на топлина е релативно ниска.

3 Уред за загревување за прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба

Според структурните карактеристики на прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба, дизајниран е уред за загревување за прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба, кој вклучува три делови: модул за загревување, модул за контрола на температурата и модул за заедничка енергија.

3.1 Модул за загревување

Местото за инсталација на уредот за загревување е од големо значење, директно влијае на ефективноста на загревување на гасот SF₆. Прекинувачот со фарфорска стоба е состоен од повеќе основни единици, вклучувајќи камерата за угашување на дуг, поддршка со фарфорска цев, механизам за управување, рама за поддршка итн. Има две поврзани поддршкувања со фарфорска цев под камерата за угашување на дуг, кои се исполнети со гас SF₆. Главната функција на поддршката со фарфорска цев е да постигне изолација од земјата. Значи, кога се дизајнира прекинувачот со фарфорска стоба, мора да се одржи одредено растојание за изолација, и мора да се осигура механичката јачина на керамичкиот материјал. Ова значи дека не е можно да се инсталира проводлив уред за загревување на надворешната површина на фарфорската цев [5]. Во овој труд, делот за загревување е избран како камера за пренос. Меѓутоа, камерата за пренос има нерегуларна форма, и традиционалните уреди за загревување не се лесно фиксираат. Повеќе, камерата за пренос е локализирана во основата на прекинувачот со фарфорска стоба, и просторот е тесен. Традиционалните уреди за загревување се премногу големи, што може да влијае на нормалната работа на механизмот за пренос на прекинувачот.

Дизајниран е модул за загревување според карактеристиките на прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба во областа Башианг на Занџиакоу. Модулот за загревување е состоен од тапа за загревување и жица со отпор. Тапата за загревување е направена од изолаторска силоксан резина, а адхезивот на задната страна е 3M термички адхезив, со излез на предната страна, како што е прикажано на Слика 1. Жицата со отпор е обвикана во тапата за загревување. Тапата за загревување направена од изолаторска силоксан резина и 3M термички адхезив може да издрази високи температури (напонот е AC220V), и формата и должината на тапата за загревување може да се изберат со флексибилност според формата на камерата за пренос на прекинувачот на местото.

Слика 1 приказува предната и задната страна на модулот за загревување

3.2 Модул за контрола на температурата

Модулот за контрола на температурата се состои од сензор и контролер на температурата. Конкретно, сензорот е инсталиран на тапата за загревување на фазата B на прекинувачот со фарфорска стоба. Неговата функција е да мерува температурата во камерата за пренос на прекинувачот со фарфорска стоба и да пренесе податоците за температурата до контролерот на температурата, како што е прикажано на Слика 2. Контролерот на температурата е микрорачунски контролер JY-260. Се користи за примирање и прикажување на температурата на тој положај, и контролира почетокот и крајот на модулот за загревување според претходно поставениот температурен праг, како што е прикажано на Слика 3.

Слика 2 Температурен сензор

Слика 3 Терmostat

3.3 Модул за заедничка енергија

Модулот за заедничка енергија вклучува контролирана заедничка енергија и принудителна заедничка енергија, како што е прикажано на Слика 4. Од нив, контролираната заедничка енергија е поврзана со модулот за загревување преку контролерот на температурата. Според температурата на околината во областа Башианг, се поставува оперативен праг за контролираната заедничка енергија, и контролираната заедничка енергија работи нормално во овој праг. Принудителната заедничка енергија е директно поврзана со модулот за загревување. Кога температурата е под оперативниот праг на контролираната заедничка енергија, се активира принудителната заедничка енергија.

Слика 4 Контролирана заедничка енергија

3.4 Режими на работа на уредот за загревување

Уредот за загревување на прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба има два режима на загревување.
(1) Режим на контрола на температурата: Уредот за загревување користи сензор инсталиран на тапата за загревување на фазата B на прекинувачот со фарфорска стоба за да добие температурата во камерата за пренос на прекинувачот со фарфорска стоба и да ја пренесе до контролерот на температурата. Контролерот на температурата го примира и прикажува температурата на тапата за загревување на прекинувачот со фарфорска стоба, и потоа контролира модулот за загревување според претходно поставениот температурен праг.
(2) Принудителен режим на почеток: Преку обидување на контролерот на температурата, се извршува непрекинато загревување на камерата за пренос, и гасот SF₆ во прекинувачот со фарфорска стоба се загрева. На таков начин, можат да се избегнат проблеми како сигнал за ниски притисок на прекинувачот со фарфорска стоба и намалување на капацитетот за прекинување поради течен гас SF₆.

4 Заклучок

Со цел да се реши фреквентното појавување на сигнали за ниски притисок и даже случаи на заклучување на прекинувачите во екстремно хладно време во областа Башианг на Занџиакоу, овој труд дизајнира уред за загревување на гас за прекинувачот тип SF₆ со фарфорска стоба на 110кВ. Овој уред може да гарантира сигурната и стабилна работа на прекинувачот. Повеќе, има предности како ниски трошоци за инсталација и краток период на инсталација, и покажува добро промовиско значење.