Recerca sobre la detecció i els dispositius de ompliment i reposició de gas per a interruptors SF6 sense desmuntat

Els interruptors de corrent d'alta tensió s'utilitzen per connectar o tallar les corrents de càrrega durant l'operació normal. Quan es produeix un defecte de curtcircuït o una sobrecàrrega severa en l'equipament elèctric o les línies, un dispositiu de protecció per relés els controla per tallar automàticament i ràpidament la corrent de defecte, aïllant l'equipament o les línies amb el defecte de curtcircuït per prevenir l'ampliació de l'àmbit de l'accident.

Durant el desenvolupament dels interruptors de corrent d'alta tensió, des dels interruptors de corrent d'oli i els interruptors de corrent d'aire comprimit fins als interruptors de corrent de SF₆ i els interruptors de corrent al buit, cada pas ha estat una gran innovació en els principis d'extinció de l'arc. Entre ells, els interruptors de corrent de SF₆ tenen avantatges com una capacitat d'interrupció forta, una vida útil elèctrica llarga, un nivell d'aïllament alt i bones prestacions de segell, i són actualment els més utilitzats en entorns d'alta tensió.

Els interruptors de corrent de SF₆ (d'ara endavant anomenats interruptors) són equips importants en la transmissió d'alta tensió. El rendiment d'aïllament i d'interrupció són els principals indicadors tècnics per avaluar els interruptors. Els interruptors de corrent de SF₆ són un tipus d'interruptor que utilitza un medi aïllant. Junts amb els interruptors de corrent d'aire, pertanyen als interruptors de corrent de gas i depenen del gas de SF₆ per a l'aïllament. El gas de SF₆ té una alta conductivitat tèrmica, pot recombinar-se després de la seva descomposició i no conté substàncies aïllants nocives com el carboni. Quan el contingut d'aigua està estrictament controlat, els productes de descomposició no són corrosius. El rendiment d'aïllament del gas de SF₆ no disminueix amb l'ús, així que manté un bon rendiment d'aïllament fins i tot després de múltiples interrupcions.

El gas de SF₆ pur és un excel·lent medi d'extinció d'arc. Gràcies a les seves superiors propietats d'extinció d'arc i d'aïllament, es va aplicar amb èxit a l'equipament elèctric d'alta i ultra-alta tensió al segle XX. Actualment, el SF₆ és el medi aïllant de gas òptim, especialment en les gammes d'alta i ultra-alta tensió, on és l'únic medi d'aïllament i extinció d'arc. Per assegurar el rendiment estable d'interrupció dels interruptors, es requereix que el gas de SF₆ dins dels interruptors tingui una purezza del 99,99%.

Degut a la seva càmara de gas relativament gran, els interruptors de corrent de SF₆ tenen moltes tuberies de connexió i moltes superfícies de segell dins dels interruptors. Durant l'operació, poden produir-se problemes com una pressió insuficient de SF₆ degut a problemes de segell o canvis de temperatura. En les aplicacions pràctiques, a causa de factors com les vibracions operatives i el mal segell, la probabilitat de fuga de gas en els interruptors supera la taxa anual de fuga fixada a fàbrica del 1%. Per tant, sovint cal omplir de nou d'gas els interruptors.

Aquest article presenta un nou tipus de dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆ sense desmuntar. Pot realitzar la detecció de micro-aigua dels interruptors i la calibració dels relés de densitat mitjançant instruments sense tallar el subministrament elèctric. També pot expulsar l'aire, l'aigua i les impuretes en les tuberies d'ompliment de gas durant els processos d'ompliment i suplement de gas. A més, pot alliberar automàticament la pressió i donar l'alarma quan la pressió de gas supera el valor de tarifa durant el procés d'ompliment de gas.

1 Situació actual a la Xina

Actualment, els dispositius de suplement de gas per a interruptors domèstics solen implicar l'instal·lació d'una válvula combinada en l'interruptor. Aquesta válvula combinada, que consta d'un cos de válvula, una interfície de suplement de gas, una interfície d'interruptor i una interfície de relé de densitat, es pot connectar a un metre de micro-aigua i a un calibrador de relé de densitat. Això resol efectivament el problema de tallar el subministrament elèctric quan es mesura el contingut de micro-aigua de l'interruptor i es calibra el relé de densitat, millorant així l'eficiència del treball i reduint els danys a l'interruptor durant el desmuntatge.

No obstant això, no resol el problema de l'entrada d'aire, aigua i impuretes en les tuberies d'ompliment de gas a l'interruptor durant els processos d'ompliment i suplement de gas. Durant les operacions d'ompliment i suplement de gas dels interruptors existents, el cilindre de gas de SF₆ es connecta directament a l'interruptor a través d'una válvula reductora de pressió i una mànga de suplement de gas. Com a resultat, el gas de SF₆ porta l'aire, l'aigua i les impuretes de la mànga a l'interruptor. Això redueix la purezza del gas de SF₆, degrada el seu rendiment d'aïllament, danya l'interruptor i acurta la seva vida útil.

Com a dispositiu de protecció del sistema elèctric, s'han imposat normes i requisits estrictes sobre el gas de SF₆ utilitzat en l'equipament elèctric d'alta tensió. Un cop el contingut d'aigua en els interruptors de corrent de SF₆ arriba a un cert nivell, pot conduir a conseqüències adverses greus. L'aigua pot fer que els productes de descomposició del gas de SF₆ puguin reaccionar químicament, generant compostos tàxics; pot causar la corrosió química de l'equipament; és prejudicial per a l'aïllament de l'equipament; afecta el rendiment d'interrupció dels commutadors; i redueix el rendiment mecànic dels commutadors.

Actualment, quan es realitza la detecció de micro-aigua i la calibració del relé de densitat en els interruptors, cal desmunter l'interruptor després de tallar el subministrament elèctric. Això no només afecta la producció sinó que també afecta el rendiment de segell de l'interruptor. El desmuntatge freqüent també deteriora la precisió del relé.

2 Principi de funcionament i disseny estructural

El dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆ inclou un cos de válvula, una válvula autosegellant, una válvula de contrapressió automàtica i un interruptor de control, tal com es mostra en el diagrama estructural. Aquest dispositiu integra orgànicament el cos de válvula amb la válvula autosegellant, la válvula de contrapressió automàtica i l'interruptor de control. Un extrem del cos de válvula està fixament equipat amb una placa de connexió de l'interruptor, l'altre extrem està fixament equipat amb un interruptor de control. El cos de válvula també està fixament equipat amb una válvula autosegellant, una válvula de contrapressió automàtica i una interfície de relé de densitat. L'interruptor de control controla l'obertura i tancament d'aquestes válvules.

El dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆ introduït en aquest article, integrant orgànicament el cos de válvula amb la válvula autosegellant, la válvula de contrapressió automàtica i l'interruptor de control, integra la mesura de micro-aigua, la calibració del relé de densitat i les operacions d'ompliment i suplement de gas dels interruptors sense tallar el subministrament elèctric. Abans de les operacions d'ompliment i suplement de gas, pot expulsar automàticament l'aire, l'aigua i les impuretes en el sistema de suplement de gas. Durant les operacions d'ompliment i suplement de gas de l'interruptor, pot assolir la detecció de pressió i l'alarma de contrapressió. És aplicable a interruptors de corrent de SF₆ importats amb una tensió superior a 110 kV, als interruptors de corrent de tipus Alstom FXT11 de França i als interruptors de corrent de SF₆ domèstics amb una tensió superior a 110 kV. Pot suportar una alta pressió, entre 0,5 i 16 MPa, i és segur i fiable.

Passos de treball principals del dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆

• Eliminació de gas impur: Connecteu el cilindre de gas de SF₆ a la válvula autosegellant d'aquest dispositiu a través d'una válvula reductora de pressió, una mànga de suplement de gas i un connector. Tancar l'interruptor de control i obrir la válvula del cilindre de gas de SF₆. El gas de SF₆ entra al dispositiu a través de la mànga de suplement de gas. En aquest moment, les impuretes com l'aire a la tuberia també entren a l'interruptor juntament amb el gas de SF₆. El gas al dispositiu és una mescla de gas de SF₆ i impuretes d'aire. Quan la pressió al dispositiu supera la pressió ajustada de la válvula de contrapressió automàtica, la válvula de contrapressió automàtica s'obre automàticament i descarrega gas durant 8-10 segons. Durante aquest procés d'exhaust, s'eliminen totes les impuretes d'aire del sistema. Després, tanqueu la válvula del cilindre de gas de SF₆. Quan la pressió del sistema coincideixi amb la pressió ajustada, la válvula de contrapressió automàtica es tanca automàticament, completant l'operació d'eliminació d'aire i impuretes. En aquest punt, la purezza del gas de SF₆ al sistema és la mateixa que al cilindre de gas, i és gas qualificat.

• Ompliment i suplement de pressió: Amb tot el sistema omplert de gas de SF₆ pur després del procés d'eliminació d'impuretes, obriu l'interruptor de control d'aquest dispositiu, i després obriu la válvula del cilindre de gas de SF₆ per suplementar gas a l'interruptor. Quan la pressió a l'interruptor superi la pressió ajustada per la válvula de contrapressió automàtica, la válvula de contrapressió automàtica s'obre automàticament, dóna l'alarma i descarrega gas. En aquest moment, tanqueu la válvula del cilindre de gas de SF₆. Quan la pressió arribi al valor ajustat, la válvula de contrapressió automàtica es tanca automàticament, completant l'operació de suplement de gas. Després de completar l'operació, retireu el connector connectat al cilindre de gas de la válvula autosegellant d'aquest dispositiu.

• Alarma automàtica i control de pressió: Durant el procés d'ompliment de gas, la válvula de contrapressió automàtica monitoritza la pressió. Un cop la pressió superi el valor ajustat, s'obre automàticament, dóna l'alarma i descarrega gas per assegurar que la pressió a l'interruptor no superi el rang segur.

• Suplement de gas i mesura de pressió: Després de l'operació de suplement de gas, es pot monitoritzar la pressió a l'interruptor per assegurar que arribi al valor requerit.

Quan es realitza la mesura de micro-aigua, connecteu l'instrument de mesura de micro-aigua a la válvula autosegellant. Obriu l'interruptor de l'instrument de mesura de micro-aigua, permeteu que el gas del sistema entri a l'instrument de mesura de micro-aigua, després tanqueu l'interruptor de l'instrument per a la detecció. Després de la detecció, retireu l'instrument de mesura de micro-aigua per completar l'operació de mesura de micro-aigua. No cal tallar el subministrament elèctric durant el procés de detecció.

Quan es realitza la calibració del relé de densitat, tanqueu l'interruptor de control del dispositiu, connecteu el calibrador de densitat a la válvula autosegellant per a la tasca de calibració. Després de completar la tasca, retireu el calibrador de densitat i obriu l'interruptor de control. No cal tallar el subministrament elèctric durant el procés de detecció.

El dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆ sense desmuntar integra la mesura de micro-aigua, la calibració del relé de densitat i les operacions d'ompliment i suplement de gas de l'interruptor mitjançant instruments sense tallar el subministrament elèctric. Abans de les operacions d'ompliment i suplement de gas, pot eliminar automàticament l'aire, l'aigua i les impuretes en el sistema de suplement de gas. Durant les operacions d'ompliment i suplement de gas de l'interruptor, pot assolir la detecció de pressió i l'alarma de contrapressió. És convenient i ràpid d'operar i no afecta la operació normal de l'interruptor.

3 Conclusió

El dispositiu de detecció, ompliment i suplement de gas de SF₆ sense desmuntar pot eliminar completament l'aire, l'aigua i les impuretes en la tuberia de suplement de gas i el sistema abans del suplement de gas per a l'interruptor. A més, durant el procés d'ompliment de gas, quan la pressió de gas al sistema arriba al valor de tarifa, pot exhaurir automàticament el gas i donar l'alarma. Aquest dispositiu està equipat amb un interruptor de control del sistema, permetent les operacions de mesura de micro-aigua i calibració del relé de densitat sense tallar el subministrament elèctric. És convenient i ràpid d'operar i no afecta la operació normal de l'interruptor. És aplicable a interruptors de corrent de SF₆ importats amb una tensió superior a 110 kV, als interruptors de corrent de tipus Alstom FXT11 de França i als interruptors de corrent de SF₆ domèstics amb una tensió superior a 110 kV. Pot suportar una alta pressió, entre 0,5 i 16 MPa, i és segur i fiable.