Reka Bentuk dan Pelaksanaan Peranti Pemanasan Gas untuk Pembreak Litar SF6 Tiang Seramik 110kV

Pemutus litar voltan tinggi adalah salah satu peranti kawalan yang paling penting dalam sistem kuasa. Status operasi pemutus litar voltan tinggi secara langsung mempengaruhi operasi selamat dan stabil sistem kuasa. Di antaranya, pemutus litar SF₆ tiang seramik luaran adalah salah satu jenis utama pemutus litar voltan tinggi. SF₆ mempunyai kekuatan tahan elektrik yang tinggi, prestasi pemadam lengkung api yang cemerlang, dan keupayaan pengasingan. Namun, dalam aplikasi praktikal, telah didapati bahawa di kawasan-kawasan sejuk ekstrem seperti Bashang, Zhangjiakou di Wilayah Hebei, suhu rendah mudah menyebabkan gas SF₆ menjadi cecair, mengakibatkan penurunan tekanan gas SF₆. Ini mungkin memicu isyarat alarman tekanan rendah untuk pemutus litar atau bahkan mengakibatkan kunci (pemutus litar terkunci bermaksud pemutus litar tidak dapat ditutup atau dibuka), memberi kesan serius kepada keupayaan pemutusan dan prestasi pengasingan pemutus litar. Untuk menangani masalah ini, makalah ini merancang peranti pemanasan gas untuk pemutus litar SF₆ tiang seramik 110kV.

1 Isyarat Alarman Tekanan Rendah dan Kunci Pemutus Litar SF₆ Tiang Seramik

Di kawasan Bashang, Zhangjiakou, suhu musim sejuk boleh mencapai -30 °C. Isyarat alarman tekanan rendah dan bahkan kunci pemutus litar SF₆ telah berlaku berkali-kali di substesyen di kawasan Bashang. Dalam tempoh hanya sebulan, isyarat alarman tekanan rendah berlaku lebih daripada 30 kali, dan kunci berlaku lebih daripada 10 kali, membawa ancaman potensial yang besar kepada operasi selamat dan stabil grid kuasa. Penyelidikan menunjukkan bahawa penyebab utama isyarat alarman dan kunci pada pemutus litar SF₆ tiang seramik 110kV adalah ketiadaan peranti pemanasan gas SF₆. Oleh kerana ruang gas SF₆ terdedah secara langsung kepada persekitaran luar, apabila suhu persekitaran turun ke tahap tertentu, gas SF₆ akan menjadi cecair, menyebabkan tekanan dalam ruang gas menjadi lebih rendah daripada nilai alarman dan kunci yang ditetapkan.

2 Masalah dengan Penyelesaian Tradisional

Saat ini, kaedah utama untuk menyelesaikan masalah isyarat alarman tekanan rendah dan kunci pada pemutus litar SF₆ tiang seramik adalah sebagai berikut:
(1) Mengisi semula pemutus litar untuk meningkatkan berat molekul gas dalam tangki, dengan itu meningkatkan tekanan gas SF₆. Walau bagaimanapun, kaedah ini tidak sesuai dalam cuaca sejuk ekstrem. Kerana gas SF₆ yang disambungkan akan cepat menjadi cecair dalam persekitaran suhu rendah dan tekanan tinggi, dan masih tidak mungkin untuk meningkatkan tekanan gas. Tekanan terkini SF₆ dalam pemutus litar biasanya 0.6 MPa, dan tekanan uap jenuh SF₆ adalah 0.6 MPa pada -20 °C. Apabila suhu persekitaran menurun, tekanan uap jenuh SF₆ akan turun. Itu bermaksud, dalam persekitaran suhu sangat rendah, walaupun pemutus litar diisi semula, akibat tekanan uap jenuh gas SF₆, gas yang diisi semula akan cepat menjadi cecair, dan tujuan meningkatkan tekanan tidak dapat dicapai. Oleh itu, apabila suhu persekitaran lebih rendah daripada -20 °C, kaedah ini tidak dapat memulihkan tekanan terkini dalam pemutus litar.
(2) Memutuskan litar kunci pemutus litar secara manual untuk membolehkan pemutus litar ditutup dan dibuka dengan normal. Walau bagaimanapun, kaedah ini menyebabkan pemutus litar kehilangan perlindungan kunci elektrik. Sekiranya tekanan gas dalam pemutus litar gagal memenuhi keperluan pemadam lengkung api atau bahkan pengasingan, kemalangan serius mungkin berlaku, dan kos tenaga manusia agak tinggi.
(3) Menggunakan kaedah pemanasan gas SF₆ untuk menyelesaikan masalah peleburan media pemadam lengkung api pemutus litar SF₆ di kawasan sejuk. Berdasarkan struktur spesifik pemutus litar, peranti pemanas yang sesuai disesuaikan, dan suhu operasi gas SF₆ ditingkatkan melalui pemanasan untuk mengelakkan gas SF₆ menjadi cecair dalam persekitaran suhu rendah. Peranti pemanas pemutus litar biasanya dapat mengaktifkan atau menonaktifkan fungsi pemanasan secara automatik mengikut perubahan suhu persekitaran. Kakitangan operasi dan pemeliharaan boleh menetapkan nilai suhu pengaktifan dan penonaktifan automatik mengikut suhu persekitaran sebenar. Berbanding dengan memutuskan litar kunci pemutus litar secara manual, kaedah ini mengurangkan kos tenaga manusia dalam operasi dan pemeliharaan. Walau bagaimanapun, pemasangan peranti pemanas memerlukan kos tenaga manusia dan bahan yang tinggi, dan kadar penggunaan haba agak rendah.

3 Peranti Pemanas untuk Pemutus Litar SF₆ Tiang Seramik

Berdasarkan ciri-ciri struktur pemutus litar SF₆ tiang seramik, peranti pemanas untuk pemutus litar SF₆ tiang seramik direka, yang terdiri daripada tiga bahagian: modul pemanas, modul kawalan suhu, dan modul bekalan kuasa.

3.1 Modul Pemanas

Lokasi pemasangan peranti pemanas adalah sangat penting, secara langsung mempengaruhi kecekapan pemanasan gas SF₆. Pemutus litar tiang seramik terdiri daripada beberapa unit asas, termasuk ruang pemadam lengkung api, bushing sokongan seramik, mekanisme operasi, rangka sokongan, dan lain-lain. Terdapat dua bushing sokongan seramik yang saling berkaitan di bawah ruang pemadam lengkung api, yang diisi dengan gas SF₆. Fungsi utama bushing sokongan seramik adalah untuk mencapai pengasingan terhadap tanah. Oleh itu, apabila merancang pemutus litar tiang seramik, jarak pengasingan tertentu mesti dipelihara, dan kekuatan mekanikal bahan seramik mesti dijamin. Ini bermaksud bahawa tidak mungkin untuk memasang peranti pemanas konduktif pada permukaan luar bushing seramik [5]. Dalam makalah ini, bahagian pemanas dipilih sebagai ruang transmisi. Walau bagaimanapun, ruang transmisi mempunyai bentuk tidak beratur, dan peranti pemanas tradisional tidak mudah diperbaiki. Selain itu, ruang transmisi terletak di tapak pemutus litar tiang seramik, dan ruangannya sempit. Peranti pemanas tradisional terlalu besar, yang mungkin mempengaruhi operasi normal mekanisme transmisi pemutus litar.

Modul pemanas direka berdasarkan ciri-ciri pemutus litar tiang seramik di kawasan Bashang, Zhangjiakou. Modul pemanas terdiri daripada pita pemanas dan dawai rintangan. Pita pemanas dibuat daripada getah silikon insulator, dan lem panas 3M di belakang, dengan outlet di depan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Dawai rintangan dibungkus di dalam pita pemanas. Pita pemanas yang dibuat daripada getah silikon insulator dan lem panas 3M boleh menahan suhu tinggi (voltan AC220V), dan bentuk dan panjang pita pemanas boleh dipilih secara fleksibel mengikut bentuk ruang transmisi pemutus litar di tapak.

Gambar 1 menunjukkan sisi depan dan belakang modul pemanas

3.2 Modul Kawalan Suhu

Modul kawalan suhu terdiri daripada sensor dan pengawal suhu. Secara spesifik, sensor dipasang pada pita pemanas fasa B pemutus litar tiang seramik. Fungsinya adalah untuk mengukur suhu di ruang transmisi pemutus litar tiang seramik dan menghantar data suhu ke pengawal suhu, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Pengawal suhu adalah pengawal suhu mikrokomputer JY-260. Ia digunakan untuk menerima dan menunjukkan suhu di posisi ini, dan mengawal permulaan dan penghentian modul pemanas mengikut ambang suhu yang ditetapkan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.

Gambar 2 Sensor suhu

Gambar 3 Termostat

3.3 Modul Bekalan Kuasa

Modul bekalan kuasa termasuk bekalan kuasa berdasarkan suhu dan bekalan kuasa paksa, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4. Di antaranya, bekalan kuasa berdasarkan suhu disambungkan ke modul pemanas melalui pengawal suhu. Berdasarkan suhu persekitaran di kawasan Bashang, ambang operasi bekalan kuasa berdasarkan suhu ditetapkan, dan bekalan kuasa berdasarkan suhu beroperasi secara normal dalam ambang ini. Bekalan kuasa paksa disambungkan secara langsung ke modul pemanas. Apabila suhu lebih rendah daripada ambang operasi bekalan kuasa berdasarkan suhu, bekalan kuasa paksa diaktifkan.

Gambar 4 Bekalan kuasa berdasarkan suhu

3.4 Mod Operasi Peranti Pemanas

Peranti pemanas untuk pemutus litar SF₆ tiang seramik mempunyai dua mod pemanasan.
(1) Mod kawalan suhu: Peranti pemanas menggunakan sensor yang dipasang pada pita pemanas fasa B pemutus litar tiang seramik untuk mendapatkan suhu di ruang transmisi pemutus litar tiang seramik dan menghantarnya ke pengawal suhu. Pengawal suhu menerima dan menunjukkan suhu pita pemanas pemutus litar tiang seramik, dan kemudian mengawal modul pemanas mengikut ambang suhu yang ditetapkan.
(2) Mod permulaan paksa: Dengan melangkau pengawal suhu, pemanasan berterusan ruang transmisi dilakukan, dan gas SF₆ di dalam pemutus litar tiang seramik dipanaskan. Dengan cara ini, masalah seperti isyarat alarman tekanan rendah pemutus litar tiang seramik dan penurunan keupayaan pemutusan akibat gas SF₆ yang menjadi cecair dapat dielakkan.

4 Kesimpulan

Berkenaan dengan kejadian sering isyarat alarman tekanan rendah dan bahkan kunci pemutus litar dalam cuaca sejuk ekstrem di kawasan Bashang, Zhangjiakou, makalah ini merancang peranti pemanas gas untuk pemutus litar SF₆ tiang seramik 110kV. Peranti ini boleh memastikan operasi selamat dan stabil pemutus litar. Selain itu, ia mempunyai kelebihan kos pemasangan yang rendah dan masa pemasangan yang singkat, dan menunjukkan nilai promosi yang baik.