Forskning i detektion og gasspåfyllings- og nedsætningsenheder til ikke-monterede SF6 brydere

Højspændingsbrydere anvendes til at forbinde eller afbryde belastningsstrømme under normal drift. Når der opstår en kortslutning eller alvorlig overbelastning i elektrisk udstyr eller ledninger, kontrollerer et relæbeskyttelsesudstyr dem til automatisk og hurtigt at afbryde fejlstrømmen, hvilket isolerer udstyret eller ledningen med kortslutningen for at forhindre udvidelsen af ulykkesområdet.

Gennem udviklingen af højspændingsbrydere, fra oliefyldte brydere og komprimeret luftbrydere til SF₆-brydere og vakuum-brydere, har hvert trin været en stor innovation i bukslukningsprincipper. Blandt disse har SF₆-bryderne fordele som stærk afbrydelseskapacitet, lang elektrisk levetid, høj isoleringsniveau og god tætningsydelse, og de er i øjeblikket mest udbredte i højspændingsmiljøer.

SF₆-brydere (herunder omtalt som brydere) er vigtigt udstyr i højspændingsoverførsel. Isoleringsydelse og afbrydelseskapacitet er de vigtigste tekniske indikatorer for vurdering af brydere. SF₆-brydere er en type bryder, der bruger et isolerende medium. Sammen med luftbrydere hører de til gasblåsede brydere og afhænger af SF₆-gas til isolation. SF₆-gas har en høj varmeledningsevne, kan genopbygges efter nedbrydning, og indeholder ikke skadelige isolerende stoffer som kul. Når vandindholdet er strengt kontrolleret, er nedbrydningsprodukterne ikke korrosive. Isoleringsydelsen af SF₆-gas falder ikke med brug, så den bibeholder god isoleringsydelse selv efter flere afbrydelser.

Rent SF₆-gas er et fremragende bukslukningsmedium. På grund af dets overlegne buksluknings- og isolerende egenskaber blev det succesfuldt anvendt på høj- og ekstra-højspændings-elektrisk udstyr i det 20. århundrede. I øjeblikket er SF₆ det optimale gasisoleringmedium, især i høj- og ekstra-højspændingsområder, hvor det er det eneste isolerende og bukslukningsmedium. For at sikre stabil afbrydelseskapacitet kræves det, at SF₆-gas i bryderne har en renhed på 99.99%.

På grund af den store gasrum i SF₆-bryderne, mange forbinderører og mange tætningsflader indeni bryderne, kan der opstå problemer som utilstrækkelig SF₆-tryk pga. tætningsproblemer eller temperaturændringer under drift. I praksis kan gaslekkage i bryderne på grund af faktorer som driftsvibrationer og dårlig tætning overskride fabrikkenes angivne årlige lekkagerate på 1%. Derfor skal bryderne ofte fyldes op med gas.

Denne artikel introducerer en ny type non-disassembly SF₆-bryderdetektion, -fyldning og -opfyldningsenhed. Den kan gennemføre mikro-vandmåling af bryderne og kalibrering af tæthedrelæer uden strømafbrydelse. Den kan også udskille luft, fugt og forureninger i gasfyldningsrør under gasfyldnings- og -opfyldningsprocesserne. Desuden kan den automatisk lindre tryk og give alarm, når gastrykket overstiger den nominerede værdi under gasfyldningsprocessen.

1 Nuværende situation i Kina

I øjeblikket involverer domænestiske gasopfyldningsenheder for brydere typisk installation af en kombineret ventil på bryderen. Denne kombinerede ventil, bestående af en ventilkrop, en gasopfyldningsinterface, en bryderinterface og en tæthedrelæinterface, kan forbindes til en mikro-vandmåler og en tæthedrelækalibreringsenhed. Dette løser effektivt problemet med nødvendigheden af at afbryde strømmen, når man måler mikrovandindholdet i bryderen og kalibrerer tæthedrelæet, hvilket øger arbejdseffektiviteten og reducerer skade på bryderen under montering.

Men det løser ikke problemet med, at luft, fugt og forureninger i gasfyldningsrør kommer ind i bryderen under gasfyldnings- og -opfyldningsprocesserne. Under gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer af eksisterende brydere er SF₆-gasflasken direkte forbundet til bryderen via en trykreduserende ventil og en gasopfyldningsslange. Derved drages SF₆-gas sammen med luft, fugt og forureninger fra slangen ind i bryderen. Dette reducerer renheden af SF₆-gas, forringes dens isolerende egenskaber, skader bryderen og forkorter dens levetid.

Som et beskyttelsesudstyr for kraftsystemet er der pålagt strenge regler og krav for SF₆-gas, der anvendes i højspændingsudstyr. Når vandindholdet i SF₆-bryderne når et vis niveau, kan det føre til alvorlige negative konsekvenser. Fugt kan forårsage, at nedbrydningsprodukterne af SF₆-gas udløser kemiske reaktioner, der producerer giftige forbindelser; det kan forårsage kemisk korrosion af udstyr; det er skadeligt for udstyrets isolation; det påvirker afbrydelsesegenskaberne af switcher; og det reducerer mekaniske egenskaber af switcher.

I øjeblikket, når mikrovandmåling og tæthedrelækalibrering foretages på bryderne, skal bryderen demonteres efter strømafbrydelse. Dette påvirker ikke kun produktionen, men også bryderens tætningsydelse. Hyppig demontering nedsætter også relæets præcision.

2 Arbejdsmåde og konstruktion

SF₆-bryderdetektions-, -fyldnings- og -opfyldningsenheden inkluderer en ventilkrop, en selvtætningsventil, en selvstyret bagtrykventil og en kontrolswitch, som vist på konstruktionsdiagrammet. Denne enhed organisk integrerer ventilkroppen med selvtætningsventilen, den selvstyrte bagtrykventil og kontrolswitchen. En ende af ventilkroppen er fastmonteret med en bryderforbindelsesplade, den anden ende er fastmonteret med en kontrolswitch. Ventilkroppen er også fastmonteret med en selvtætningsventil, en selvstyret bagtrykventil og en tæthedrelæinterface. Kontrolswitchen kontrollerer åbning og lukning af disse ventil.

Den SF₆-bryderdetektions-, -fyldnings- og -opfyldningsenhed, der introduceres i denne artikel, ved organisk integration af ventilkroppen med selvtætningsventilen, den selvstyrte bagtrykventil og kontrolswitchen, integrerer mikrovandmåling, tæthedrelækalibrering og gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer af bryderne uden strømafbrydelse. Før gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer, kan den automatisk udskille luft, fugt og forureninger i gasopfyldningssystemet. Under gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer af bryderen, kan den opnå trykmåling og tryklindreduktionsalarm. Den er anvendelig til importerede SF₆-brydere med en spænding over 110 kV, Alstom FXT11-type brydere fra Frankrig, og kinesiske SF₆-brydere med en spænding over 110 kV. Den kan modstå højt tryk, der rækker fra 0.5 til 16 MPa, og er sikker og pålidelig.

Hovedarbejdstrin for SF₆-bryderdetektions-, -fyldnings- og -opfyldningsenheden

• Fjerne urent gas: Forbind SF₆-gasflasken til selvtætningsventilen på denne enhed gennem en trykreduserende ventil, en gasopfyldningsslange og en forbindelse. Luk kontrolswitchen og åbn ventilen på SF₆-gasflasken. SF₆-gas går ind i enheden gennem gasopfyldningsslangen. I dette tilfælde går impuriteter som luft i røret også ind i bryderen sammen med SF₆-gas. Gas i enheden er en blanding af SF₆-gas og luftimpuriteter. Når trykket i enheden overstiger den sætte trykværdi for den selvstyrte bagtrykventil, åbner den selvstyrte bagtrykventil automatisk og slipper gas i 8-10 sekunder. Under denne udslipningsproces fjernes alle luft og impuriteter i hele systemet. Herefter lukkes ventilen på SF₆-gasflasken. Når trykket i systemet er ensartet med den sætte trykværdi, lukker den selvstyrte bagtrykventil automatisk, hvilket fuldfører luft- og impuritetsfjerningen. I dette tilfælde er renheden af SF₆-gas i systemet den samme som i gasflasken, og det er godkendt gas.

• Gasfyldning og trykoplading: Med hele systemet fyldt med rent SF₆-gas efter impuritetsfjerningsprocessen, åbnes kontrolswitchen for denne enhed, og derefter åbnes ventilen på SF₆-gasflasken for at supplere gas til bryderen. Når trykket i bryderen overstiger trykket, der er sat af den selvstyrte bagtrykventil, åbner den selvstyrte bagtrykventil automatisk, giver alarm og slipper gas. I dette tilfælde lukkes ventilen på SF₆-gasflasken. Når trykket når den sætte værdi, lukker den selvstyrte bagtrykventil automatisk, hvilket fuldfører gasopfyldningsoperationen. Efter operationen er færdig, fjernes forbindelsen, der er forbundet til gasflasken, fra selvtætningsventilen på denne enhed.

• Automatisk alarm og trykstyring: Under gasfyldningsprocessen spiller den selvstyrte bagtrykventil en rolle i overvågning af tryk. Når trykket overstiger den sætte værdi, åbner den automatisk, giver alarm og slipper gas for at sikre, at trykket i bryderen ikke overstiger det sikre område.

• Gasopfyldning og trykmåling: Efter gasopfyldningsoperationen kan trykket i bryderen overvåges for at sikre, at det når den ønskede værdi.

Når mikrovandmåling udføres, forbinder mikrovandmålingsinstrumentet til selvtætningsventilen. Åbn skruen på mikrovandmålingsinstrumentet, lad gas i systemet gå ind i mikrovandmålingsinstrumentet, luk derefter skruen på målingsinstrumentet for at foretage måling. Efter målingen fjernes mikrovandmålingsinstrumentet for at fuldføre mikrovandmålingsoperationen. Der er ingen behov for at afbryde strømmen under målingsprocessen.

Når tæthedrelækalibrering udføres, lukkes kontrolswitchen for enheden, forbinder tæthedkalibreringsinstrumentet til selvtætningsventilen for kalibreringsarbejde. Efter arbejdet er færdig, fjernes tæthedkalibreringsinstrumentet og åbnes kontrolswitchen. Der er ingen behov for at afbryde strømmen under målingsprocessen.

Den non-disassembly SF₆-bryderdetektions-, -fyldnings- og -opfyldningsenhed integrerer mikrovandmåling, tæthedrelækalibrering og gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer af bryderen gennem instrumenter uden strømafbrydelse. Før gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer, kan den automatisk fjerne luft, fugt og impuriteter i gasopfyldningssystemet. Under gasfyldnings- og -opfyldningsoperationer af bryderen, kan den opnå trykmåling og tryklindreduktionsalarm. Det er bekvemt og hurtigt at operere og påvirker ikke den normale drift af bryderen.

3 Konklusion

Den non-disassembly SF₆-bryderdetektions-, -fyldnings- og -opfyldningsenhed kan fuldstændigt fjerne luft, fugt og impuriteter i gasopfyldningsrør og systemet før gasopfyldning til bryderen. Desuden, under gasfyldningsprocessen, når gastrykket i systemet når den nominerede værdi, kan den automatisk slippe gas og give alarm. Denne enhed er udstyret med et systemkontrolswitch, hvilket gør det muligt at foretage mikrovandmåling og tæthedrelækalibrering uden strømafbrydelse. Det er bekvemt og hurtigt at operere og påvirker ikke den normale drift af bryderen. Den er anvendelig til importerede SF₆-brydere med en spænding over 110 kV, Alstom FXT11-type brydere fra Frankrig, og kinesiske SF₆-brydere med en spænding over 110 kV. Den kan modstå højt tryk, der rækker fra 0.5 til 16 MPa, og er sikker og pålidelig.