Namen in izvajanje plinske grelnice za stolpični prekidač SF6 na 110 kV

Visokonapetostni preklopniki so ena najpomembnejših naprav za nadzor v električnem sistemu. Delovanje visokonapetostnih preklopnikov neposredno vpliva na varno in stabilno delovanje električnega sistema. Med njimi je zunanjipostavni porcelanski stolpični SF₆ preklopnik eden glavnih vrst visokonapetostnih preklopnikov. SF₆ ima visoko električno izdržljivost, odlične lastnosti za ugasanje lok in izolacijske zmogljivosti. Vendar se je v praksi izkazalo, da v območjih zelo nizkih temperatur, kot je območje Zhangjiakou Bashang v provinci Hebei, nizke temperature lahko pogosto povzročijo tekočenje plina SF₆, kar vodi k zmanjšanju tlaka SF₆ plina. To lahko sproži alarm o nizekem tlaku preklopnika ali celo do vključitve zaklepa (zaklep preklopnika pomeni, da preklopnik ne more zapirati niti odpirati), kar hudo vpliva na prekinjalno zmogljivost in izolacijske lastnosti preklopnika. Za reševanje tega problema je ta članek razvil zagrevalno napravo za 110kV porcelanski stolpični SF₆ preklopnik.

1 Nizek-tlak alarm in zaklep porcelanskega stolpičnega SF₆ preklopnika

Na območju Bashang v Zhangjiakou lahko zimsko temperatura doseže -30 °C. Alarmi o nizkem tlaku in celo zaklapi SF₆ preklopnikov so se večkrat zgodili v podstanicah na območju Bashang. V samo en mesec se je alarm o nizkem tlaku pojavil več kot 30-krat, zaklep pa več kot 10-krat, kar predstavlja veliko potencialno grožnjo za varno in stabilno delovanje omrežja. Raziskave so pokazale, da je glavni vzrok za alarume in zaklope 110kV porcelanskega stolpičnega SF₆ preklopnika odsotnost zagrevalne naprave za SF₆ plin. Ker je komora SF₆ plina neposredno izpostavljena zunanjem okolju, ko temperatura okolja pada pod določeno raven, se bo SF₆ plin tekočil, kar bo povzročilo, da bo tlak v komori nižji od določenih vrednosti za alarm in zaklep.

2 Problemi tradicionalnih rešitev

Trenutno so glavne metode za reševanje problemov z nizkim tlakom in zaklapi porcelanskega stolpičnega SF₆ preklopnika naslednje:
(1) Pompovanje preklopnika, da se poveča molekularna teža plina v rezervoari, s tem se poveča tlak SF₆ plina. Vendar ta metoda ni uporabna pri ekstremno hladnem vremenu. Ker dodani SF₆ plin hitro tekoci pri nizkih temperaturah in visokih tlakih, ni mogoče povečati tlaka plina. Običajno je nominativni tlak SF₆ v preklopniku 0,6 MPa, pri -20 °C pa je nasičeni parni tlak SF₆ 0,6 MPa. Ko temperatura okolja pada, nasičeni parni tlak SF₆ tudi pada. To pomeni, da v ekstremno hladnem okolju, tudi če preklopnik nadgazimo, zaradi nasičenega parnega tlaka SF₆ plina, bo dodani plin hitro tekoci in ne bo mogoče doseči ciljnega povečanja tlaka. Zato, ko je temperatura okolja nižja od -20 °C, ta metoda ne more obnoviti nominativnega tlaka notranjosti preklopnika.
(2) Ročno odvzem zaklapevalnega kruga preklopnika, da preklopnik lahko normalno zapira in odpira. Vendar ta metoda povzroči, da preklopnik izgubi zaščito električnega zaklapa. Če tlak plina notranjosti preklopnika ne bo ustrezal zahtevam za ugasanje loka ali celo izolaciji, se lahko zgodijo resne nesreče, in stroški dela so relativno visoki.
(3) Uporaba metode zagrevanja SF₆ plina za reševanje problema tekočenja lokotujnega medija SF₆ preklopnika v hladnih regijah. Glede na specifično strukturo preklopnika se izdeluje ustrezna zagrevalna naprava, ki s zagrevanjem poviša delovno temperaturo SF₆ plina, da se izogne tekočenju SF₆ plina v hladnem okolju. Zagrevalna naprava preklopnika lahko običajno samodejno vklopi ali izklopi zagrevalno funkcijo glede na spremembo temperature okolja. Održevalci in operaterji lahko nastavijo točke za samodejno vklop in izklop glede na dejansko temperaturo okolja. V primerjavi z ročnim odvzemom zaklapevalnega kruga preklopnika ta metoda zniža stroške dela pri održbi. Vendar za namestitev zagrevalne naprave potrebujemo visoke stroške človeških virov in materialov, ter je uporaba toplote relativno nizka.

3 Zagrevalna naprava za porcelanski stolpični SF₆ preklopnik

Glede na strukturne značilnosti porcelanskega stolpičnega SF₆ preklopnika je bil razvit zagrevalni sistem, ki vključuje tri dele: zagrevalni modul, modul za reguliranje temperature in modul za oskrbo z energijo.

3.1 Zagrevalni modul

Lokacija zagrevalne naprave je zelo pomembna, ker neposredno vpliva na učinkovitost zagrevanja SF₆ plina. Porcelanski stolpični preklopnik je sestavljen iz več osnovnih enot, vključno z lokotujočo komoro, podpornim porcelanskim trubcem, mehanizmom za delovanje in nosilcem. Pod lokotujočo komoro sta dva medsebojno povezana podpornih porcelanskih trubcev, napolnjenih s SF₆ plinom. Glavna funkcija podpornega porcelanskega trubca je doseči izolacijo proti tla. Zato je treba pri oblikovanju porcelanskega stolpičnega preklopnika ohranjati določeno izolacijsko razdaljo in zagotoviti mehansko trdost keramičnega materiala. To pomeni, da ni mogoče namestiti vodljive zagrevalne naprave na zunanji površini porcelanskega trubca [5]. V tem članku je bila izbrana prenosačna komora kot zagrevalni del. Vendar ima prenosačna komora nepravilno obliko, in tradicionalne zagrevalne naprave težko fiksirati. Poleg tega je prenosačna komora postavljena v bazi porcelanskega stolpičnega preklopnika, kjer je prostor omejen. Tradicionalne zagrevalne naprave so prevelike, kar bi lahko vplivalo na normalno delovanje prenosnega mehanizma preklopnika.

Zagrevalni modul je bil razvit glede na značilnosti porcelanskega stolpičnega preklopnika v območju Zhangjiakou Bashang. Zagrevalni modul sestavlja zagrevalna traka in uporni žice. Zagrevalna traka je izdelana iz izolacijske silikonske gume, zadnja lepljiva stran pa je 3M topleča lepljiva masa, s izhodom na frontni strani, kot je prikazano na Sliki 1. Uporna žica je obtočena znotraj zagrevalne trake. Zagrevalna traka, izdelana iz izolacijske silikonske gume in 3M topleča lepljive mase, lahko izdrži visoke temperature (napetost AC220V), oblika in dolžina zagrevalne trake pa se lahko prosto izbere glede na obliko prenosačne komore preklopnika na mestu.

Slika 1 prikazuje frontalno in zadnjo stran zagrevalnega modula

3.2 Modul za reguliranje temperature

Modul za reguliranje temperature sestavlja senzor in regulator temperature. Konkretno je senzor nameščen na zagrevalno trako fazne B porcelanskega stolpičnega preklopnika. Njegova funkcija je merjenje temperature v prenosačni komori porcelanskega stolpičnega preklopnika in prenosa teh podatkov o temperaturi na regulator temperature, kot je prikazano na Sliki 2. Regulator temperature je mikro računalniški regulator temperature JY-260. Uporablja se za sprejem in prikaz temperature na tem mestu ter za kontroliranje vklopa in izklopa zagrevalnega modula glede na prednastavljene temperature, kot je prikazano na Sliki 3.

Slika 2 Temperaturni senzor

Slika 3 Termostat

3.3 Energijski modul

Energijski modul vključuje temperaturno regulirano napajalno napravo in prisilno začetno napajalno napravo, kot je prikazano na Sliki 4. Med njimi je temperaturno regulirana napajalna naprava povezana z zagrevalnim modulom preko regulatorja temperature. Na podlagi temperature v območju Bashang je nastavljena delovna pragovna vrednost temperaturno regulirane napajalne naprave, ki deluje normalno znotraj te pragovne vrednosti. Prisilna začetna napajalna naprava je neposredno povezana z zagrevalnim modulom. Ko je temperatura nižja od delovne pragovne vrednosti temperaturno regulirane napajalne naprave, se aktivira prisilna začetna napajalna naprava.

Slika 4 Temperaturno regulirana napajalna naprava

3.4 Delovni načini zagrevalne naprave

Zagrevalna naprava porcelanskega stolpičnega SF₆ preklopnika ima dva načina zagrevanja.
(1) Temperaturno regulirani način: Zagrevalna naprava uporablja senzor, nameščen na zagrevalno trako fazne B porcelanskega stolpičnega preklopnika, za merjenje temperature v prenosačni komori porcelanskega stolpičnega preklopnika in prenosa te temperature na regulator temperature. Regulator temperature sprejme in prikaže temperaturo zagrevalne trake porcelanskega stolpičnega preklopnika, nato pa zagrevalni modul nadzira glede na prednastavljene pragovne vrednosti temperature.
(2) Prisilni začetni način: Z obhodom regulatorja temperature se izvaja stalno zagrevanje prenosačne komore in zagreva SF₆ plin znotraj porcelanskega stolpičnega preklopnika. Na ta način se izognemo problemom, kot so alarmi o nizkem tlaku porcelanskega stolpičnega preklopnika in zmanjšanje prekinjalne zmogljivosti zaradi tekočenja SF₆ plina.

4 Zaključek

Z namenom reševanja pogostih alarmov o nizkem tlaku in celo zaklopov preklopnikov v ekstremno hladnem vremenu v območju Bashang v Zhangjiakou, je ta članek razvil zagrevalno napravo za 110kV porcelanski stolpični SF₆ preklopnik. Ta naprava lahko zagotovi varno in stabilno delovanje preklopnika. Poleg tega ima prednosti nizkih stroškov namestitve in kratkega časa namestitve, ter kaže dobre možnosti za širjenje.