Dizajn i implementacija uređaja za gasnu grejanje za prekidач sa SF6 u porcelanskoj stubici od 110kV

Visokonaponski prekidači su jedna od najvažnijih kontrolnih uređaja u sistemu snabdijevanja električnom energijom. Radni status visokonaponskih prekidača direktno utiče na sigurnu i stabilnu operaciju sistema snabdijevanja električnom energijom. Među njima, vanjski porcelanski stup tipa SF₆ prekidač je jedan od glavnih tipova visokonaponskih prekidača. SF₆ ima visoku električnu otpornost, izvanredne karakteristike gasnjenja luke i izolacione sposobnosti. Međutim, u praktičnoj primeni utvrđeno je da niske temperature, kao što su one u području Zhangjiakou Bashang u provinciji Hebei, lako mogu dovesti do tekućenja SF₆ gasa, što dovodi do smanjenja pritiska SF₆ gasa. To može pokrenuti alarm o niskom pritisku za prekidač ili čak dovesti do zaključavanja (zaključavanje prekidača znači da prekidač ne može ni zatvoriti ni otvoriti), što ozbiljno utiče na sposobnost prekidanja i izolacione performanse prekidača. Da bi se rešila ova problema, ovaj rad dizajnira uređaj za zagrevanje gasa za 110kV porcelanski stup tipa SF₆ prekidač.

1 Alarm o niskom pritisku i situacija zaključavanja porcelanskog stup tipa SF₆ prekidača

U području Bashang u Zhangjiakou, zimska temperatura može doseći -30 °C. Alarmske situacije o niskom pritisku i čak i zaključavanja SF₆ prekidača više puta su se pojavile u transformatornim stanicama u području Bashang. U samo jednom mesecu, alarm o niskom pritisku se pojavio više od 30 puta, a greška zaključavanja više od 10 puta, što predstavlja veliku potencijalnu pretnju za sigurnu i stabilnu operaciju mreže. Istraživanja su pokazala da je glavni uzrok alarmskih situacija i grešaka zaključavanja 110kV porcelanskih stupova tipa SF₆ prekidača odsustvo uređaja za zagrevanje SF₆ gasa. Budući da je komora SF₆ gasa direktno izložena spoljašnjem okruženju, kada se okružna temperatura snizi do određene razine, SF₆ gas će tekući, što dovodi do smanjenja pritiska u komori ispod određene vrednosti alarma i zaključavanja.

2 Problemi sa tradicionalnim rešenjima

Trenutno, glavni metodi za rešavanje problema sa niskim pritiskom i zaključavanjem porcelanskog stup tipa SF₆ prekidača su sledeći:
(1) Punjenje prekidača kako bi se povećao molekularni težina gasa u rezervoaru, time povećavajući pritisak SF₆ gasa. Međutim, ovaj metod nije primenljiv u ekstremno hladno vreme. Zbog toga što dopunski SF₆ gas brzo tekutiti u uslovima niske temperature i visokog pritiska, i dalje nije moguće povećati pritisak gasa. Nominativni pritisak SF₆ u prekidaču obično iznosi 0,6 MPa, a nasyceni parni pritisak SF₆ iznosi 0,6 MPa pri -20 °C. Kako se okružna temperatura snižava, nasyceni parni pritisak SF₆ će opadati. To znači da u ekstremno niskoj temperaturi, čak i ako se prekidač puni, zbog nasycenog parnog pritiska SF₆ gasa, punjeni gas će brzo tekutiti, i cilj povećanja pritiska ne može biti dostignut. Stoga, kada je okružna temperatura niža od -20 °C, ovim metodom se ne može vratiti nominativni pritisak unutar prekidača.
(2) Ručno odspajanje kruga zaključavanja prekidača kako bi se omogućilo normalno zatvaranje i otvaranje prekidača. Međutim, ovaj metod dovodi do gubitka zaštite električnim zaključavanjem prekidača. Ako pritisak gasa unutar prekidača ne zadovoljava zahteve za gasenje luke ili čak izolaciju, mogu se desiti ozbiljne nesreće, a troškovi rada su relativno visoki.
(3) Koriscenje metoda zagrevanja SF₆ gasa kako bi se rešio problem tekućenja sredstva za gasenje luke SF₆ prekidača u hladnim regionima. Prema specifičnoj strukturi prekidača, prilagođen je uređaj za zagrevanje, i kroz zagrevanje povešana je radna temperatura SF₆ gasa kako bi se izbeglo tekućenje SF₆ gasa u uslovima niske temperature. Uređaj za zagrevanje prekidača obično automatski aktivira ili deaktivira funkciju zagrevanja u skladu sa promenama okružne temperature. Operateri i održavaci mogu postaviti vrednosti automatskog aktiviranja i deaktiviranja temperature u skladu sa stvarnom okružnom temperaturom. U poređenju sa ručnim odspajanjem kruga zaključavanja prekidača, ovaj metod smanjuje troškove rada i održavanja. Međutim, instalacija uređaja za zagrevanje zahteva visoke ljudske i materijalne troškove, a stopa iskorišćenja toplote je relativno niska.

3 Uređaj za zagrevanje porcelanskog stup tipa SF₆ prekidača

Prema strukturnim karakteristikama porcelanskog stup tipa SF₆ prekidača, dizajniran je uređaj za zagrevanje koji uključuje tri dela: modul za zagrevanje, modul za kontrolu temperature i modul za napajanje.

3.1 Modul za zagrevanje

Mesto instalacije uređaja za zagrevanje je od velike važnosti, direktno utiče na efikasnost zagrevanja SF₆ gasa. Porcelanski stup tipa prekidač sastoji se od više osnovnih jedinica, uključujući komoru za gasenje luke, nosač porcelanske cevi, mehanizam za upravljanje, nosač rampe itd. Postoje dve povezane nosačne porcelanske cevi ispod komore za gasenje luke, koje su ispunjene SF₆ gasom. Glavna funkcija nosačne porcelanske cevi jeste da ostvari izolaciju od tla. Stoga, prilikom dizajniranja porcelanskog stup tipa prekidača, mora se održati određeno rastojanje izolacije, a mora se osigurati mehanička čvrstoća keramičkog materijala. To znači da nije moguće instalirati provodni uređaj za zagrevanje na spoljnoj površini porcelanske cevi [5]. U ovom radu, izabran je delovi za prenos kao deo za zagrevanje. Međutim, komora za prenos ima nepravilan oblik, i tradicionalni uređaji za zagrevanje nisu lako fiksirani. Takođe, komora za prenos se nalazi u bazi porcelanskog stup tipa prekidača, a prostor je užit. Tradični uređaji za zagrevanje su prevelični, što može uticati na normalnu operaciju mehanizma prenosa prekidača.

Modul za zagrevanje je dizajniran prema karakteristikama porcelanskog stup tipa prekidača u području Zhangjiakou Bashang. Modul za zagrevanje sastoji se od ogrtačke trake i otpornog druta. Ogrtačka traka je izrađena od izolacionog silikonskog kaucuka, a lepljiva strana je 3M toploto-otporna lepljiva, sa izlazom na prednjoj strani, kao što je prikazano na Slici 1. Otporno druto je obmotano unutar ogrtačke trake. Ogrtačka traka izrađena od izolacionog silikonskog kaucuka i 3M toploto-otporne lepljive može izdržati visoku temperaturu (napon je AC220V), a oblik i dužina ogrtačke trake mogu se fleksibilno birati prema obliku komore za prenos na mestu.

Slika 1 prikazuje prednju i zadnju stranu modula za zagrevanje

3.2 Modul za kontrolu temperature

Modul za kontrolu temperature sastoji se od senzora i regulatora temperature. Konkretno, senzor je instaliran na ogrtačkoj traci faze B porcelanskog stup tipa prekidača. Njegova funkcija je da meri temperaturu u komori za prenos porcelanskog stup tipa prekidača i prenosi podatke o temperaturi na regulator temperature, kao što je prikazano na Slici 2. Regulator temperature je mikro računar JY-260. Koristi se za prijem i prikaz temperature na tom mestu, i kontrolisanje pokretanja i zaustavljanja modula za zagrevanje prema prethodno postavljenoj granici temperature, kao što je prikazano na Slici 3.

Slika 2 Temperaturni senzor

Slika 3 Termostat

3.3 Modul za napajanje

Modul za napajanje uključuje temperaturno kontrolisano napajanje i prisilno pokretanje napajanja, kao što je prikazano na Slici 4. Među njima, temperaturno kontrolisano napajanje je povezano sa modulom za zagrevanje kroz regulator temperature. Prema okružnoj temperaturi u području Bashang, postavljena je radna granica temperaturno kontrolisanog napajanja, i temperaturno kontrolisano napajanje normalno radi unutar ove granice. Prisilno pokretanje napajanja direktno je povezano sa modulom za zagrevanje. Kada je temperatura niža od radne granice temperaturno kontrolisanog napajanja, aktivira se prisilno pokretanje napajanja.

Slika 4 Temperaturno kontrolisano napajanje

3.4 Režimi rada uređaja za zagrevanje

Uređaj za zagrevanje porcelanskog stup tipa SF₆ prekidača ima dva režima zagrevanja.
(1) Režim kontrole temperature: Uređaj za zagrevanje koristi senzor instaliran na ogrtačkoj traci faze B porcelanskog stup tipa prekidača kako bi merio temperaturu u komori za prenos porcelanskog stup tipa prekidača i prenio je na regulator temperature. Regulator temperature prima i prikazuje temperaturu ogrtačke trake porcelanskog stup tipa prekidača, a zatim kontrolise modul za zagrevanje prema prethodno postavljenoj granici temperature.
(2) Režim prisilnog pokretanja: Preskočenjem regulatora temperature, vrši se kontinuirano zagrevanje komore za prenos, i zagrevanje SF₆ gasa unutar porcelanskog stup tipa prekidača. Time se izbegavaju problemi poput alarma o niskom pritisku porcelanskog stup tipa prekidača i smanjenje sposobnosti prekidanja usled tekućenja SF₆ gasa.

4 Zaključak

Sa ciljem rešavanja česte pojavljivanja alarma o niskom pritisku i čak i zaključavanja prekidača u ekstremno hladnom vremenu u području Bashang u Zhangjiakou, ovaj rad dizajnira uređaj za zagrevanje gasa za 110kV porcelanski stup tipa SF₆ prekidač. Ovaj uređaj može osigurati sigurnu i stabilnu operaciju prekidača. Takođe, ima prednosti niskih troškova instalacije i kratkog vremena instalacije, i pokazuje dobru vrednost za promociju.