Utformning och implementering av en gasvärmare för 110kV porceljinskolväxel SF6

Högspänningsbrytare är en av de viktigaste styrningsapparaterna i strömsystemet. Driftstatusen för högspänningsbrytare påverkar direkt det säkra och stabila driftsättet av strömsystemet. Bland dessa är den utomhusporcelänstapeltypen SF₆-brytare en av de huvudsakliga typerna av högspänningsbrytare. SF₆ har en hög elektrisk brytningsstyrka, utmärkt arkefterlämningsprestanda och isolerande förmåga. Men i praktiska tillämpningar har det visat sig att i svårt kalla områden som Zhangjiakou Bashang i Hebei-provins, kan låga temperaturer lätt orsaka flytande SF₆-gas, vilket leder till en minskning av trycket i SF₆-gasen. Detta kan utlösa ett lågtryckslarm för brytaren eller till och med leda till en låsning (låsning av brytare betyder att brytaren inte kan sluta eller öppnas), vilket allvarligt påverkar brytarens brytningsförmåga och isoleringsprestanda. För att lösa detta problem utformar denna artikel en gasuppvärmningsenhet för 110kV porcelänstapeltypen SF₆-brytare.

1 Lågtryckslarm och låsningssituation för porcelänstapeltypen SF₆-brytare

I Bashang-området i Zhangjiakou kan vinter temperaturen nå -30 °C. Lågtryckslarm och till och med låsningsfel hos SF₆-brytare har inträffat flera gånger vid ombordssätten i Bashang-området. Bara under en månad inträffade lågtryckslarm mer än 30 gånger, och låsningsfel mer än 10 gånger, vilket utgör ett stort hot mot det säkra och stabila driftsättet av elnätet. Forskning har visat att den primära orsaken till larm och låsningsfel i 110kV porcelänstapeltypen SF₆-brytare är brist på en SF₆-gasuppvärmningsenhet. Eftersom SF₆-gaschambret är direkt utsatt för yttre miljö, kommer SF₆-gasen att flytande när den omgivande temperaturen sjunker till viss nivå, vilket gör att trycket i gaschambret blir lägre än de angivna larms- och låsningstrycksvärdena.

2 Problem med traditionella lösningar

För närvarande är de huvudsakliga metoderna för att lösa lågtryckslarm och låsningsproblem hos porcelänstapeltypen SF₆-brytare följande:
(1) Att pumpa upp brytaren för att öka molekylvikten av gasen i tanken, vilket ökar trycket i SF₆-gasen. Men denna metod är inte tillämplig i extremt kallt väder. Eftersom den tillagda SF₆-gasen snabbt flytande under låg temperatur och högt tryck, och det är fortfarande inte möjligt att öka gasens tryck. Den nominella tryckenheten för SF₆ i brytaren är vanligtvis 0,6 MPa, och mättad ångtryck för SF₆ är 0,6 MPa vid -20 °C. När den omgivande temperaturen sjunker, kommer mättad ångtryck för SF₆ att minska. Det vill säga, i ett extremt lågtemperaturmiljö, även om brytaren pumpas upp, kommer den pumpade gasen snabbt att flytande på grund av mättad ångtryck för SF₆-gas, och syftet med att öka trycket kan inte uppnås. Därför, när den omgivande temperaturen är lägre än -20 °C, kan denna metod inte återställa den nominella tryckenheten inuti brytaren.
(2) Manuellt koppla bort låsningskretsen för brytaren för att möjliggöra normal stängning och öppning av brytaren. Men denna metod gör att brytaren tappar skyddet från elektrisk låsning. Om gastrycket inuti brytaren inte uppfyller kraven för arkefterlämningsprestanda eller till och med isolering, kan allvarliga olyckor inträffa, och arbetskostnaden är relativt hög.
(3) Använda metoden att uppvärma SF₆-gasen för att lösa problemet med flytande av arkefterlämningsmediet i SF₆-brytare i kalla regioner. Enligt den specifika strukturen av brytaren anpassas en motsvarande uppvärmningsenhet, och genom uppvärmning ökas drifttemperaturen för SF₆-gasen för att undvika flytande av SF₆-gasen i ett lågtemperaturmiljö. Brytarens gasuppvärmningsenhet kan vanligtvis automatiskt aktivera eller avaktivera uppvärmningsfunktionen enligt ändringen av den omgivande temperaturen. Drift- och underhållspersonal kan ställa in automatiska aktiverings- och avaktiveringstemperaturinställningsvärden enligt den faktiska omgivande temperaturen. Jämfört med manuell avkoppling av brytarens låsningskrets, minskar denna metod arbetskostnaden i drift och underhåll. Men installationen av uppvärmningsenheten kräver höga människoresurser och materialkostnader, och värmeutnyttjandegraden är relativt låg.

3 Uppvärmningsenhet för porcelänstapeltypen SF₆-brytare

Enligt de strukturella egenskaperna hos porcelänstapeltypen SF₆-brytare, utformas en uppvärmningsenhet för porcelänstapeltypen SF₆-brytare, som inkluderar tre delar: uppvärmningsmodulen, temperaturkontrollmodulen och strömförsörjningsmodulen.

3.1 Uppvärmningsmodul

Installationsplatsen för uppvärmningsenheten är av stor vikt, vilket direkt påverkar uppvärmningsverkningsgraden av SF₆-gasen. Porcelänstapeltypen brytare består av flera grundläggande enheter, inklusive arkefterlämningskammaren, stödporselänstuben, drivmekanismen, stödrammen, etc. Det finns två sambundna stödporselänstubar under arkefterlämningskammaren, vilka fylls med SF₆-gas. Huvudfunktionen för stödporselänstuben är att uppnå isolering mot marken. Därför, när porcelänstapeltypen brytare utformas, måste en viss isoleringsavstånd bibehållas, och mekaniska styrkan av keramikmaterial måste garanteras. Detta innebär att det inte går att installera en ledande uppvärmningsenhet på ytan av porselänstuben [5]. I denna artikel väljs överföringskammaren som uppvärmningsdel. Men överföringskammaren har en irreguljär form, och traditionella uppvärmningsenheter är inte lätta att fastna. Dessutom ligger överföringskammaren i basen av porcelänstapeltypen brytare, och utrymmet är trångt. Traditionella uppvärmningsenheter är för stora, vilket kan påverka den normala driftsättet av överföringsmekanismen i brytaren.

En uppvärmningsmodul utformas enligt de egenskaperna hos porcelänstapeltypen brytare i Zhangjiakou Bashang-området. Uppvärmningsmodulen består av en uppvärmningsremsa och en resistansdraht. Uppvärmningsremsan är gjord av isolerande silikonkautschuk, och bakremsan är 3M värmebeständig lim, med utgången på framsidan, som visas i figur 1. Resistansdrahten är inrullad inuti uppvärmningsremsan. Uppvärmningsremsan gjord av isolerande silikonkautschuk och 3M värmebeständig lim kan tåla höga temperaturer (spänningen är AC220V), och formen och längden på uppvärmningsremsan kan flexibelt väljas enligt formen på överföringskammaren för platsbrytaren.

Figur 1 visar framsidan och baksidan av uppvärmningsmodulen

3.2 Temperaturkontrollmodul

Temperaturkontrollmodulen består av en sensor och en temperaturkontroller. Specifikt är sensorn installerad på uppvärmningsremsan för fas B av porcelänstapeltypen brytare. Dess funktion är att mäta temperaturen i överföringskammaren av porcelänstapeltypen brytare och skicka temperaturdata till temperaturkontroller, som visas i figur 2. Temperaturkontrolleren är en JY-260 mikrodator temperaturkontroller. Den används för att ta emot och visa temperaturen vid denna position, och kontrollera start och stopp av uppvärmningsmodulen enligt de förinställda temperaturgränserna, som visas i figur 3.

Figur 2 Temperatursensor

Figur 3 Termostat

3.3 Strömförsörjningsmodul

Strömförsörjningsmodulen inkluderar en temperaturstyrd strömförsörjning och en tvingad startströmförsörjning, som visas i figur 4. Av dem är den temperaturstyrda strömförsörjningen ansluten till uppvärmningsmodulen genom temperaturkontroller. Enligt den omgivande temperaturen i Bashang-området, ställs driftgränsen för den temperaturstyrda strömförsörjningen, och den temperaturstyrda strömförsörjningen fungerar normalt inom denna gräns. Den tvingade startströmförsörjningen är direkt ansluten till uppvärmningsmodulen. När temperaturen är lägre än driftgränsen för den temperaturstyrda strömförsörjningen, aktiveras den tvingade startströmförsörjningen.

Figur 4 Temperaturstyrd strömförsörjning

3.4 Arbetslägen för uppvärmningsenheten

Uppvärmningsenheten för porcelänstapeltypen SF₆-brytare har två uppvärmningslägen.
(1) Temperaturkontrollläge: Uppvärmningsenheten använder sensorn installerad på uppvärmningsremsan för fas B av porcelänstapeltypen brytare för att få temperaturen i överföringskammaren av porcelänstapeltypen brytare och skicka den till temperaturkontroller. Temperaturkontroller tar emot och visar temperaturen på uppvärmningsremsan av porcelänstapeltypen brytare, och sedan kontrollerar uppvärmningsmodulen enligt de förinställda temperaturgränserna.
(2) Tvingad startläge: Genom att kringgå temperaturkontroller, genomförs kontinuerlig uppvärmning av överföringskammaren, och SF₆-gasen inuti porcelänstapeltypen brytare uppvärmast. På detta sätt kan problem som lågtryckslarm för porcelänstapeltypen brytare och en minskning av brytningsförmågan på grund av flytande SF₆-gas undvikas.

4 Slutsats

Med tanke på det frekventa inträffandet av lågtryckslarm och till och med låsningar av brytare i extremt kallt väder i Bashang-området i Zhangjiakou, utformar denna artikel en gasuppvärmningsenhet för 110kV porcelänstapeltypen SF₆-brytare. Denna enhet kan säkerställa det säkra och stabila driftsättet av brytaren. Dessutom har den fördelen av låg installationskostnad och kort installations tid, och visar god framföringsvärde.