Výzkum detekčních a plnících zařízení pro neprofilaktní SF6 spínací přerušovače

Vysokonapěťové vypínače se používají k připojování nebo odpojování zátěžových proudů během normálního provozu. Když dojde k krátkodobému zkratu nebo těžké přetížení elektrického zařízení nebo vedení, relé ochranné zařízení je ovládá tak, aby automaticky a rychle odpojily zkratový proud, izolují zařízení nebo vedení s krátkodobým zkrutem, aby se zabránilo rozšíření rozsahu nehody.

Během vývoje vysokonapěťových vypínačů, od olejových vypínačů a stlačenovzdušných vypínačů po SF₆ vypínače a vakuumové vypínače, každý krok byl velkou inovací v principu uhasínání oblouku. Mezi nimi mají SF₆ vypínače výhody jako silná přerušovací schopnost, dlouhá elektrická životnost, vysoká úroveň izolace a dobré uzavírací vlastnosti a jsou v současné době nejvíce široce používány v vysokonapěťovém prostředí.

SF₆ vypínače (odtud dál označované jako vypínače) jsou důležitým zařízením v vysokonapěťovém přenosu energie. Izolační vlastnosti a přerušovací vlastnosti jsou hlavními technickými ukazateli pro hodnocení vypínačů. SF₆ vypínače jsou typem vypínačů, které používají izolační médium. Spolu s vzduchovými vypínači patří do skupiny plynových vypínačů a spoléhají na SF₆ plyn pro izolaci. SF₆ plyn má vysokou tepelnou vodivost, může se po rozkladu znovu spojit a neobsahuje škodlivé izolační látky, jako je uhlík. Pokud je obsah vody striktně kontrolován, produkty rozkladu nejsou korozivní. Izolační vlastnosti SF₆ plynu se s používáním nezhoršují, takže i po mnoha přerušeních zůstávají dobré izolační vlastnosti.

Čistý SF₆ plyn je vynikajícím médium pro uhasení oblouku. Díky svým vynikajícím vlastnostem uhasení oblouku a izolace byl úspěšně použit v vysokonapěťovém a extra-vysokonapěťovém elektrickém zařízení v 20. století. V současné době je SF₆ optimálním plynným izolačním médiem, zejména v oblasti vysokého a extra-vysokého napětí, kde je jediným izolačním a uhasívacím médiem. Pro zajištění stabilní přerušovací vlastnosti vypínačů je požadována čistota SF₆ plynu uvnitř vypínačů 99,99 %.

Protože komora s plynem u SF₆ vypínačů je relativně velká, existuje mnoho spojovacích trubek a vnitřku vypínačů je mnoho uzávěrových ploch. Během provozu mohou dojít k problémům, jako je nedostatečné tlak SF₆ plynu, z důvodu problémů s uzávěry nebo změny teploty. V praxi, kvůli faktorům jako jsou vibrační operace a špatné uzávěry, pravděpodobnost unikání plynu v vypínačích přesahuje továrně nastavenou roční míru uniku 1 %. Proto vypínače často potřebují doplnění plynu.

Tento článek představuje nový typ ne-rozebíratelného detektoru, plnění a doplňování SF₆ vypínače. Může provádět mikrovodovou detekci vypínačů a kalibraci hustotových relé pomocí přístrojů bez vypnutí napájení. Může také vypuzovat vzduch, vlhkost a nečistoty v trubkách pro plnění a doplňování plynu během procesů plnění a doplňování. Kromě toho může automaticky uvolňovat tlak a dávat alarm, když tlak plynu překročí nominální hodnotu během procesu plnění.

1 Současná situace v Číně

V současné době domácí zařízení pro doplňování plynu do vypínačů obvykle zahrnují instalaci kombinovaného ventilu na vypínač. Tento kombinovaný ventil, který se skládá z těla ventilu, rozhraní pro doplňování plynu, rozhraní pro vypínač a rozhraní pro hustotové relé, lze připojit k mikrovodovému měřiči a kalibračnímu přístroji pro hustotové relé. To efektivně řeší problém nutnosti vypnutí napájení při měření mikrovodového obsahu vypínače a kalibraci hustotového relé, což zvyšuje pracovní efektivitu a snižuje poškození vypínače při demontáži.

Nicméně, neřeší problém vniknutí vzduchu, vlhkosti a nečistot do vypínače během procesu plnění a doplňování plynu. Během plnění a doplňování plynu stávajících vypínačů je válec s SF₆ plynem přímo připojen k vypínači přes redukční ventil a hadici pro doplňování plynu. V důsledku toho SF₆ plyn vytlačuje vzduch, vlhkost a nečistoty z hadice do vypínače. To snižuje čistotu SF₆ plynu, degraduje jeho izolační vlastnosti, poškozuje vypínač a zkracuje jeho životnost.

Jako ochranné zařízení pro elektrický systém byly na SF₆ plyn použitý ve vysokonapěťovém elektrickém zařízení uplatněny přísné předpisy a požadavky. Jakmile dosáhne určité hladiny obsahu vody v SF₆ vypínačích, mohou vést k vážným nepříznivým důsledkům. Voda může způsobit, že produkty rozkladu SF₆ plynu podléhají chemickým reakcím, což vedou ke vzniku toxických sloučenin; může způsobit chemickou korozi zařízení; je škodlivá pro izolaci zařízení; ovlivňuje přerušovací vlastnosti spínačů; a snižuje mechanické vlastnosti spínačů.

V současné době, kdy se provádí mikrovodová detekce a kalibrace hustotového relé na vypínačích, musí být vypínač rozebrán po vypnutí napájení. To nejen ovlivňuje výrobu, ale také ovlivňuje uzavírací vlastnosti vypínače. Frekventní demontáž také oslabuje přesnost relé.

2 Pracovní princip a konstrukční návrh

Zařízení pro detekci, plnění a doplňování SF₆ vypínače zahrnuje tělo ventilu, samočinně uzavírající ventil, samočinně ovládaný protitlakový ventil a ovládací spínač, jak je vidět na strukturním diagramu. Toto zařízení organicky integruje tělo ventilu s samočinně uzavírajícím ventilem, samočinně ovládaným protitlakovým ventilem a ovládacím spínačem. Jedna strana těla ventilu je pevně opatřena deskovou spojkou pro vypínač, druhá strana je pevně opatřena ovládacím spínačem. Tělo ventilu je také pevně opatřeno samočinně uzavírajícím ventilem, samočinně ovládaným protitlakovým ventilem a rozhraním pro hustotové relé. Ovládací spínač ovládá otevírání a zavírání těchto ventilů.

Zařízení pro detekci, plnění a doplňování SF₆ vypínače představené v tomto článku, organicky integruje tělo ventilu s samočinně uzavírajícím ventilem, samočinně ovládaným protitlakovým ventilem a ovládacím spínačem, integruje mikrovodové měření, kalibraci hustotového relé a operace plnění a doplňování plynu do vypínače bez vypnutí napájení. Před plněním a doplňováním plynu může automaticky vypuzovat vzduch, vlhkost a nečistoty v systému pro doplňování plynu. Během plnění a doplňování plynu do vypínače může dosáhnout detekce tlaku a vyvolání alarmu při překročení nominální hodnoty. Je vhodné pro importované SF₆ vypínače s napětím nad 110 kV, francouzské Alstom FXT11 vypínače a domácí SF₆ vypínače s napětím nad 110 kV. Může snášet vysoký tlak, od 0,5 do 16 MPa, a je bezpečné a spolehlivé.

Hlavní pracovní kroky zařízení pro detekci, plnění a doplňování SF₆ vypínače

• Odstranění nečistého plynu: Připojte válec s SF₆ plynem k samočinně uzavírajícímu ventilu tohoto zařízení přes redukční ventil, hadici pro doplňování plynu a spojku. Zavřete ovládací spínač a otevřete ventil válcového SF₆ plynu. SF₆ plyn vstupuje do zařízení přes hadicí pro doplňování plynu. V této chvíli do vypínače vstupují spolu s SF₆ plynem i nečistoty, jako je vzduch, v trubce. Plyn v zařízení je směsí SF₆ plynu a vzdušných nečistot. Když tlak v zařízení překročí nastavený tlak samočinně ovládaného protitlakového ventilu, tento ventil se automaticky otevře a plyn se vyplaví po dobu 8-10 sekund. Během tohoto procesu výfuku jsou odebrány všechny vzduch a nečistoty z celého systému. Poté zavřete ventil válcového SF₆ plynu. Když tlak v systému odpovídá nastavenému tlaku, samočinně ovládaný protitlakový ventil se automaticky zavře, dokončí se operace odstranění vzduchu a nečistot. V tomto okamžiku čistota SF₆ plynu v systému je stejná jako v válcovém plynu a je to kvalifikovaný plyn.

• Plnění a doplňování plynu: Po odstranění nečistot v systému otevřete ovládací spínač tohoto zařízení a pak otevřete ventil válcového SF₆ plynu, abyste doplnili plyn do vypínače. Když tlak v vypínači překročí tlak nastavený samočinně ovládaným protitlakovým ventilu, tento ventil se automaticky otevře, vyvolá alarm a vypustí plyn. V této chvíli zavřete ventil válcového SF₆ plynu. Když tlak dosáhne nastavené hodnoty, samočinně ovládaný protitlakový ventil se automaticky zavře, dokončí se operace doplňování plynu. Po dokončení operace odpojte spojku připojenou k válcovému plynu od samočinně uzavírajícího ventilu tohoto zařízení.

• Automatický alarm a kontrola tlaku: Během procesu plnění plynem hraje samočinně ovládaný protitlakový ventil roli v monitorování tlaku. Jakmile tlak překročí nastavenou hodnotu, automaticky se otevře, vyvolá alarm a vypustí plyn, aby zajistil, že tlak v vypínači nepřekročí bezpečný rozsah.

• Doplňování plynu a měření tlaku: Po operaci doplňování plynu lze sledovat tlak v vypínači, aby se zajistilo, že dosáhne požadované hodnoty.

Při provádění mikrovodového měření připojte přístroj pro měření mikrovody k samočinně uzavírajícímu ventilu. Otevřete spínač přístroje pro měření mikrovody, dovolte, aby plyn v systému vstoupil do přístroje pro měření mikrovody, pak zavřete spínač měřicího přístroje pro detekci. Po detekci odpojte přístroj pro měření mikrovody a dokončete operaci mikrovodového měření. Během detekce není třeba vypínat napájení.

Při provádění kalibrace hustotového relé zavřete ovládací spínač zařízení, připojte kalibrační přístroj k samočinně uzavírajícímu ventilu pro kalibrační práci. Po dokončení práce odpojte kalibrační přístroj a otevřete ovládací spínač. Během detekce není třeba vypínat napájení.

Ne-rozebíratelné zařízení pro detekci, plnění a doplňování SF₆ vypínače integruje mikrovodové měření, kalibraci hustotového relé a operace plnění a doplňování plynu do vypínače pomocí přístrojů bez vypnutí napájení. Před plněním a doplňováním plynu může automaticky odstranit vzduch, vlhkost a nečistoty v systému pro doplňování plynu. Během plnění a doplňování plynu do vypínače může dosáhnout detekce tlaku a vyvolání alarmu. Je pohodlné a rychlé v obsluze a neovlivňuje normální provoz vypínače.

3 Závěr

Ne-rozebíratelné zařízení pro detekci, plnění a doplňování SF₆ vypínače může kompletně odstranit vzduch, vlhkost a nečistoty v trubkách a systému pro doplňování plynu před doplňováním plynu do vypínače. Navíc během procesu plnění, když tlak plynu v systému dosáhne nominální hodnoty, může automaticky vypustit plyn a vyvolat alarm. Toto zařízení je vybaveno ovládacím spínačem systému, umožňujícím mikrovodové měření a kalibraci hustotového relé bez vypnutí napájení. Je pohodlné a rychlé v obsluze a neovlivňuje normální provoz vypínače. Je vhodné pro importované SF₆ vypínače s napětím nad 110 kV, francouzské Alstom FXT11 vypínače a domácí SF₆ vypínače s napětím nad 110 kV. Může snášet vysoký tlak, od 0,5 do 16 MPa, a je bezpečné a spolehlivé.