Изследвания върху устройства за детектиране и зареждане с газ на неразбираеми SF6 прекъсватели

Високонапреговите прекъсвачи се използват за свързване или разединяване на токовете при нормална работа. Когато в електроустановката или линията възникне кратко замыкание или сериозно прегласяване, релейното защитно устройство ги контролира, за да автоматично и бързо разединят дефектния ток, изолирайки установката или линията с краткото замыкание, за да се предотврати разпространението на обхвата на аварията.

През развитието на високонапреговите прекъсвачи, от масло-пълнените прекъсвачи и компресорни прекъсвачи до SF₆ прекъсвачи и вакуумни прекъсвачи, всеки етап е бил голяма иновация в принципите на гасене на дъгата. Сред тях, SF₆ прекъсвачите имат предимства като силна прекъсваща способност, дълъг електрически живот, високо изолационно ниво и добра герметичност, и в момента са най-широко използвани във високонапреговите условия.

SF₆ прекъсвачите (по-нататък наричани прекъсвачи) са важни устройства в високонапреговата електроенергийна предавка. Изолационните характеристики и прекъсващата способност са основните технически показатели за оценка на прекъсвачите. SF₆ прекъсвачите са вид прекъсвачи, които използват изолационна среда. Заедно с въздушните прекъсвачи те принадлежат към газовите прекъсвачи и зависят от SF₆ газ за изолация. SF₆ газът има висока теплопроводимост, може да се рекомбинира след декомпозиция, и не съдържа вредни изолационни вещества като въглерод. При стриктен контрол на водното съдържание, декомпозиционните продукти са некорозивни. Изолационните характеристики на SF₆ газът не намаляват с употребата, така че поддържа добра изолационна способност дори след многократни прекъсвания.

Чистият SF₆ газ е отлична среда за гасене на дъга. Благодарение на неговите превъзходни свойства за гасене на дъга и изолация, той беше успешно приложен във високонапреговото и изключително високонапреговото електрооборудване през 20 век. В момента SF₆ е оптималната газова изолационна среда, особено в диапазона на високи и изключително високи напрежения, където той е единствената изолационна и гасеща среда. За да се гарантира стабилната прекъсваща способност на прекъсвачите, SF₆ газът в прекъсвачите трябва да има чистота от 99,99%.

Тъй като газовата камера на SF₆ прекъсвачите е относително голяма, има много свързващи тръби, и има множество герметизиращи повърхности в прекъсвачите. По време на работа, поради проблеми с герметизация или промени в температурата, може да възникнат проблеми като недостатъчен натиск на SF₆. В практически приложения, поради фактори като оперативни вибрации и слаба герметизация, вероятността за утечка на газ в прекъсвачите надхвърля заводската годишна норма за утечки от 1%. Затова прекъсвачите често трябва да се допълват с газ.

Тази статия представя нов тип устройство за проверка, пълнене и допълване на газ в SF₆ прекъсвачи без демонтаж. То може да извършва микроводна проверка на прекъсвачите и калибриране на релетата за плътност чрез инструменти без прекъсване на тока. То може също да изпълзва въздух, влага и примеси в тръбите за пълнене на газ по време на процесите на пълнене и допълване на газ. Освен това то може автоматично да облекчава налягането и да дава сигнал за аларма, когато налягането на газа надхвърли номиналната стойност по време на процеса на пълнене.

1 Текущо състояние в Китай

В момента, домашните устройства за допълване на газ в прекъсвачите обикновено включват монтиране на комбинирана клапа на прекъсвача. Тази комбинирана клапа, която се състои от корпус, интерфейс за допълване на газ, интерфейс за прекъсвач, и интерфейс за реле за плътност, може да се свърже с микроводомер и калибратор на реле за плътност. Това ефективно решава проблема с необходимостта от прекъсване на тока при измерване на микроводното съдържание на прекъсвача и калибриране на реле за плътност, което подобрява производителността и намалява повредите на прекъсвача при демонтаж.

Однако, тя не решава проблема с влизането на въздух, влага и примеси в тръбите за пълнене на газ в прекъсвача по време на процесите на пълнене и допълване на газ. По време на операциите за пълнене и допълване на газ в съществуващите прекъсвачи, цилиндърът с SF₆ газ се свързва директно с прекъсвача чрез редукционна клапа и тръба за допълване на газ. Резултатът е, че SF₆ газът внася въздух, влага и примеси от тръбата в прекъсвача. Това намалява чистотата на SF₆ газа, влошава изолационните му характеристики, поврежда прекъсвача и намалява продължителността на неговия живот.

Като защитно устройство за електроенергийната система, строги регламенти и изисквания са наложени върху SF₆ газа, използван в високонапреговото електрооборудване. Когато съдържанието на вода в SF₆ прекъсвачите достигне определено ниво, това може да доведе до сериозни неблагоприятни последици. Влагата може да причини декомпозиционните продукти на SF₆ газа да влязат в химически реакции, генерирайки токсични съединения; тя може да причини химическа корозия на оборудването; тя е вредна за изолацията на оборудването; тя влияе на прекъсващата способност на ключовете; и намалява механичната способност на ключовете.

В момента, при провеждане на микроводни проверки и калибриране на реле за плътност на прекъсвачите, прекъсвачът трябва да бъде демонтиран след прекъсване на тока. Това не само влияе на производството, но и върху герметичността на прекъсвача. Честият демонтаж също влошава точността на реле.

2 Принцип на действие и конструктивен дизайн

Устройството за проверка, пълнене и допълване на газ в SF₆ прекъсвачите включва корпус, само-герметизираща клапа, само-управляема обратна клапа и контролна копчето, както е показано на структурната диаграма. Това устройство органично интегрира корпуса със само-герметизиращата клапа, само-управляемата обратна клапа и контролното копче. Едната страна на корпуса е фиксирана с платформа за свързване на прекъсвача, другата страна е фиксирана с контролно копче. Корпусът е също фиксиран със само-герметизираща клапа, само-управляема обратна клапа и интерфейс за реле за плътност. Контролното копче контролира отварянето и затварянето на тези клапи.

Устройството за проверка, пълнене и допълване на газ в SF₆ прекъсвачите, представено в тази статия, чрез органично интегриране на корпуса със само-герметизиращата клапа, само-управляемата обратна клапа и контролното копче, интегрира микроводни измервания, калибриране на реле за плътност и операции за пълнене и допълване на газ в прекъсвачите без прекъсване на тока. Преди операциите за пълнене и допълване на газ, то може автоматично да изпълзва въздух, влага и примеси в системата за допълване на газ. По време на операциите за пълнене и допълване на газ в прекъсвача, то може да осъществи измерване на налягането и сигнализация за облекчаване на налягането. То е приложимо за импортните SF₆ прекъсвачи с напрежение над 110 кV, Alstom FXT11-тип прекъсвачи от Франция, и домашни SF₆ прекъсвачи с напрежение над 110 кV. То може да издържа високо налягане, от 0,5 до 16 MPa, и е безопасно и надеждно.

Основни работни стъпки на устройството за проверка, пълнене и допълване на газ в SF₆ прекъсвачите

• Премахване на непюр газ: Свържете цилиндъра с SF₆ газ към само-герметизиращата клапа на това устройство чрез редукционна клапа, тръба за допълване на газ и конектор. Затворете контролното копче и отворете клапата на цилиндъра с SF₆ газ. SF₆ газът влиза в устройството чрез тръбата за допълване на газ. В този момент, примеси като въздух в тръбата също влизат в прекъсвача заедно с SF₆ газа. Газът в устройството е смес от SF₆ газ и въздушни примеси. Когато налягането в устройството надхвърли зададеното налягане на само-управляемата обратна клапа, само-управляемата обратна клапа автоматично се отваря и изпълзва газ за 8-10 секунди. По време на този процес на изпълзяване, всички въздух и примеси в цялата система се премахват. След това, затворете клапата на цилиндъра с SF₆ газ. Когато налягането в системата е съвместимо с зададеното налягане, само-управляемата обратна клапа автоматично се затваря, завършвайки операцията за премахване на въздух и примеси. В този момент, чистотата на SF₆ газа в системата е същата като в цилиндъра, и е квалифициран газ.

• Пълнене и допълване на газ: След процеса на премахване на примесите, когато цялата система е запълнена с чист SF₆ газ, отворете контролното копче на това устройство, и след това отворете клапата на цилиндъра с SF₆ газ, за да допълните газа в прекъсвача. Когато налягането в прекъсвача надхвърли налягането, зададено от само-управляемата обратна клапа, само-управляемата обратна клапа автоматично се отваря, дава сигнал за аларма и изпълзва газ. В този момент, затворете клапата на цилиндъра с SF₆ газ. Когато налягането достигне зададената стойност, само-управляемата обратна клапа автоматично се затваря, завършвайки операцията за допълване на газ. След завършване на операцията, премахнете конектора, свързан с цилиндъра, от само-герметизиращата клапа на това устройство.

• Автоматичен сигнал за аларма и контрол на налягането: По време на процеса на пълнене, само-управляемата обратна клапа играе роля в мониторинга на налягането. Веднага щом налягането надхвърли зададената стойност, тя автоматично се отваря, дава сигнал за аларма и изпълзва газ, за да се гарантира, че налягането в прекъсвача не надхвърля безопасния диапазон.

• Допълване на газ и измерване на налягането: След операцията за допълване на газ, налягането в прекъсвача може да бъде мониторирано, за да се гарантира, че достига нужната стойност.

При извършване на микроводни измервания, свържете микроводомера към само-герметизиращата клапа. Отворете копчето на микроводомера, позволете газът в системата да влезе в микроводомера, след това затворете копчето на измервателния прибор за измерване. След измерването, премахнете микроводомера, за да завършите операцията за микроводно измерване. Няма нужда от прекъсване на тока по време на процеса на измерване.

При извършване на калибриране на реле за плътност, затворете контролното копче на устройството, свържете калибратора за плътност към само-герметизиращата клапа за калибриране. След завършване на работата, премахнете калибратора за плътност и отворете контролното копче. Няма нужда от прекъсване на тока по време на процеса на измерване.

Недемонтираният SF₆ прекъсвач за проверка, пълнене и допълване на газ интегрира микроводни измервания, калибриране на реле за плътност и операции за пълнене и допълване на газ в прекъсвачите чрез инструменти без прекъсване на тока. Преди операциите за пълнене и допълване на газ, то може автоматично да премахне въздух, влага и примеси в системата за допълване на газ. По време на операциите за пълнене и допълване на газ в прекъсвача, то може да осъществи измерване на налягането и сигнализация за облекчаване на налягането. То е удобно и бързо за управление и не влияе на нормалната работа на прекъсвача.

3 Заключение

Недемонтираният SF₆ прекъсвач за проверка, пълнене и допълване на газ може напълно да премахне въздух, влага и примеси в тръбите за допълване на газ и системата, преди допълване на газ в прекъсвача. Освен това, по време на процеса на пълнене, когато налягането на газа в системата достигне номиналната стойност, то може автоматично да изпълзва газ и да дава сигнал за аларма. Това устройство е оборудвано с контролно копче, позволяващо микроводни измервания и калибриране на реле за плътност без прекъсване на тока. То е удобно и бързо за управление и не влияе на нормалната работа на прекъсвача. То е приложимо за импортните SF₆ прекъсвачи с напрежение над 110 кV, Alstom FXT11-тип прекъсвачи от Франция, и домашни SF₆ прекъсвачи с напрежение над 110 кV. То може да издържа високо налягане, от 0,5 до 16 MPa, и е безопасно и надеждно.