Forschung zur Erfassung und Gasfüll- und Nachfüllvorrichtungen für nicht zu entmontierende SF6-Schaltgeräte

Hochspannungsschaltgeräte werden verwendet, um Lastströme während des normalen Betriebs zu schließen oder abzutrennen. Bei Kurzschlussstörungen oder schweren Überlastungen in elektrischen Geräten oder Leitungen kontrolliert ein Relaisschutzgerät sie, um den Fehlerstrom automatisch und schnell abzutrennen, das Gerät oder die Leitung mit dem Kurzschlussfehler zu isolieren und eine Ausweitung des Unfallumfangs zu verhindern.

Während der Entwicklung von Hochspannungsschaltgeräten, von ölgefüllten Schaltgeräten und Druckluftschnellbrechern bis hin zu SF₆-Schaltgeräten und Vakuumschnellbrechern, war jeder Schritt eine wichtige Innovation im Prinzip der Bogenlöschung. Dabei haben SF₆-Schaltgeräte Vorteile wie eine starke Unterbrechungskapazität, eine lange elektrische Lebensdauer, ein hohes Isolationsniveau und gute Dichtheit und werden derzeit am häufigsten in Hochspannungsumgebungen eingesetzt.

SF₆-Schaltgeräte (im Folgenden als Schaltgeräte bezeichnet) sind wichtiges Gerät in der Hochspannungselektrizitätsübertragung. Die Isolierleistung und die Unterbrechungsleistung sind die Haupttechnikindikatoren zur Bewertung von Schaltgeräten. SF₆-Schaltgeräte sind eine Art von Schaltgerät, das ein isolierendes Medium verwendet. Zusammen mit Luftschaltgeräten gehören sie zu den Gasdruckschnellbrechern und verlassen sich auf SF₆-Gas für die Isolation. SF₆-Gas hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, kann nach der Zersetzung rekombiniert werden und enthält keine schädlichen Isolierstoffe wie Kohlenstoff. Wenn der Wassergehalt streng kontrolliert wird, sind die Zerfallsprodukte nicht korrosiv. Die Isolierleistung von SF₆-Gas nimmt nicht durch Nutzung ab, so dass es auch nach mehreren Unterbrechungen eine gute Isolierleistung behält.

Reines SF₆-Gas ist ein ausgezeichnetes Bogenlöschemedium. Aufgrund seiner überlegenen Bogenlöschen- und Isolierungseigenschaften wurde es erfolgreich in Hoch- und Ultrahochspannungs-Elektrikgeräten im 20. Jahrhundert eingesetzt. Aktuell ist SF₆ das optimale gasförmige Isolationsmedium, insbesondere im Bereich von Hoch- und Ultrahochspannungen, wo es das einzige Isolier- und Bogenlöschemedium ist. Um die stabile Unterbrechungsleistung der Schaltgeräte sicherzustellen, muss das SF₆-Gas innerhalb der Schaltgeräte eine Reinheit von 99,99 % aufweisen.

Da der Gaskammervolumen von SF₆-Schaltgeräten relativ groß ist, gibt es viele Verbindungsrohre, und es gibt zahlreiche Dichtflächen innerhalb der Schaltgeräte. Während des Betriebs können aufgrund von Dichtproblemen oder Temperaturänderungen Probleme wie unzureichender SF₆-Druck auftreten. In der praktischen Anwendung übersteigt die Wahrscheinlichkeit von Gaslecks in Schaltgeräten aufgrund von Faktoren wie Betriebsschwingungen und schlechter Abdichtung oft die fabrikseitig festgelegte jährliche Leckrate von 1 %. Daher müssen Schaltgeräte oft mit Gas nachgefüllt werden.

Dieser Artikel stellt eine neue Art von nicht-entfernbarem SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgerät vor. Es kann Mikrowasser-Detektion von Schaltgeräten und Kalibrierung von Dichterelais ohne Stromausfall durch Instrumente durchführen. Es kann auch Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Gasfüllrohren während der Gasfüll- und Gasnachfüllvorgänge entweichen lassen. Darüber hinaus kann es automatisch Druck abbauen und Alarm geben, wenn der Gasdruck während des Gasfüllvorgangs den Nennwert überschreitet.

1 aktuelle Situation in China

Derzeit betreffen inländische Gasnachfüllgeräte für Schaltgeräte in der Regel die Installation eines kombinierten Ventils auf dem Schaltgerät. Dieses kombinierte Ventil, bestehend aus einem Ventilkörper, einer Gasnachfüllschnittstelle, einer Schaltgeräteschnittstelle und einer Dichterelais-Schnittstelle, kann an einen Mikrowassermesser und einen Dichterelais-Kalibrator angeschlossen werden. Dies löst effektiv das Problem, dass bei der Messung des Mikrowasseranteils des Schaltgeräts und der Kalibrierung des Dichterelais der Strom abgeschaltet werden muss, was die Arbeitswirtschaftlichkeit verbessert und Schäden am Schaltgerät während der Demontage verringert.

Es löst jedoch nicht das Problem, dass Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Gasfüllrohren während der Gasfüll- und Gasnachfüllvorgänge in das Schaltgerät eindringen. Bei den Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten bestehender Schaltgeräte wird der SF₆-Gasfüllzylinder direkt über ein Druckreduktionsventil und ein Gasnachfüllelement an das Schaltgerät angeschlossen. Dadurch nimmt das SF₆-Gas Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen aus dem Rohr in das Schaltgerät auf. Dies reduziert die Reinheit des SF₆-Gases, verschlechtert seine Isolierleistung, beschädigt das Schaltgerät und verkürzt seine Lebensdauer.

Als Schutzvorrichtung für das Energieversorgungssystem wurden strenge Vorschriften und Anforderungen für SF₆-Gas in Hochspannungselektrikgeräten erlassen. Sobald der Wassergehalt in SF₆-Schaltgeräten ein bestimmtes Niveau erreicht, kann dies zu ernsthaften negativen Konsequenzen führen. Feuchtigkeit kann dazu führen, dass die Zerfallsprodukte von SF₆-Gas chemische Reaktionen unterliegen, toxische Verbindungen erzeugen; sie kann chemische Korrosion von Geräten verursachen; sie ist schädlich für die Isolierung von Geräten; sie beeinträchtigt die Unterbrechungsleistung von Schaltern; und sie verringert die mechanische Leistungsfähigkeit von Schaltern.

Derzeit müssen bei der Durchführung von Mikrowasser-Detektion und Dichterelais-Kalibrierung an Schaltgeräten diese nach dem Stromausfall demontiert werden. Dies beeinträchtigt nicht nur die Produktion, sondern auch die Dichtheit des Schaltgeräts. Häufige Demontagen beeinträchtigen auch die Genauigkeit des Relais.

2 Arbeitsprinzip und Strukturdesign

Das SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgerät umfasst einen Ventilkörper, ein selbstabdichtendes Ventil, ein selbstkontrolliertes Rückdruckventil und einen Steuerschalter, wie in der Strukturdarstellung gezeigt. Dieses Gerät integriert organisch den Ventilkörper mit dem selbstabdichtenden Ventil, dem selbstkontrollierten Rückdruckventil und dem Steuerschalter. Ein Ende des Ventilkörpers ist festsitzend mit einer Schaltgeräteanschlussplatine ausgestattet, das andere Ende ist festsitzend mit einem Steuerschalter ausgestattet. Der Ventilkörper ist auch festsitzend mit einem selbstabdichtenden Ventil, einem selbstkontrollierten Rückdruckventil und einer Dichterelais-Schnittstelle ausgestattet. Der Steuerschalter steuert das Öffnen und Schließen dieser Ventile.

Das in diesem Artikel vorgestellte SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgerät integriert organisch den Ventilkörper mit dem selbstabdichtenden Ventil, dem selbstkontrollierten Rückdruckventil und dem Steuerschalter, um Mikrowasser-Messung, Dichterelais-Kalibrierung und Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten an Schaltgeräten ohne Stromausfall durchzuführen. Vor den Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten kann es automatisch Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen im Gasnachfüllsystem entweichen lassen. Während der Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten an Schaltgeräten kann es Druckmessung und Druckabbau-Alarm erreichen. Es ist anwendbar auf importierte SF₆-Schaltgeräte mit einer Spannung über 110 kV, Alstom FXT11-Typ-Schaltgeräte aus Frankreich und inländische SF₆-Schaltgeräte mit einer Spannung über 110 kV. Es kann hohen Druck, von 0,5 bis 16 MPa, aushalten und ist sicher und zuverlässig.

Hauptarbeitsschritte des SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgeräts

• Entfernung unreinen Gases: Verbinden Sie den SF₆-Gaszylinder mit dem selbstabdichtenden Ventil dieses Geräts über ein Druckreduktionsventil, ein Gasnachfüllelement und einen Anschluss. Schließen Sie den Steuerschalter und öffnen Sie das Ventil des SF₆-Gaszylinders. SF₆-Gas gelangt über das Gasnachfüllelement in das Gerät. Zu diesem Zeitpunkt dringen auch Verunreinigungen wie Luft im Rohr zusammen mit dem SF₆-Gas in das Schaltgerät ein. Das Gas im Gerät ist eine Mischung aus SF₆-Gas und Luftverunreinigungen. Wenn der Druck im Gerät den eingestellten Druck des selbstkontrollierten Rückdruckventils überschreitet, öffnet sich das selbstkontrollierte Rückdruckventil automatisch und entlässt Gas für 8-10 Sekunden. Während dieses Abgasvorgangs werden alle Luft und Verunreinigungen im gesamten System entfernt. Schließen Sie dann das Ventil des SF₆-Gaszylinders. Wenn der Druck im System mit dem eingestellten Druck übereinstimmt, schließt sich das selbstkontrollierte Rückdruckventil automatisch, und der Luft- und Verunreinigungs-Entfernungs-Vorgang ist abgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Reinheit des SF₆-Gases im System gleich der im Gaszylinder, und es ist qualifiziertes Gas.

• Gasfüll- und Druck-Nachfüllung: Nachdem das gesamte System mit reinem SF₆-Gas gefüllt wurde, öffnen Sie den Steuerschalter dieses Geräts und dann das Ventil des SF₆-Gaszylinders, um Gas zum Schaltgerät nachzufüllen. Wenn der Druck im Schaltgerät den Druck überschreitet, der vom selbstkontrollierten Rückdruckventil eingestellt wurde, öffnet sich das selbstkontrollierte Rückdruckventil automatisch, meldet Alarm und entlässt Gas. Schließen Sie dann das Ventil des SF₆-Gaszylinders. Wenn der Druck den eingestellten Wert erreicht, schließt sich das selbstkontrollierte Rückdruckventil automatisch, und der Gasnachfüllvorgang ist abgeschlossen. Nach Abschluss des Vorgangs entfernen Sie den Anschluss, der mit dem Gaszylinder verbunden ist, vom selbstabdichtenden Ventil dieses Geräts.

• Automatischer Alarm und Druckkontrolle: Während des Gasfüllvorgangs spielt das selbstkontrollierte Rückdruckventil eine Rolle bei der Überwachung des Drucks. Sobald der Druck den eingestellten Wert überschreitet, öffnet es sich automatisch, meldet Alarm und entlässt Gas, um sicherzustellen, dass der Druck im Schaltgerät den sicheren Bereich nicht überschreitet.

• Gasnachfüllung und Druckmessung: Nach dem Gasnachfüllvorgang kann der Druck im Schaltgerät überwacht werden, um sicherzustellen, dass er den erforderlichen Wert erreicht.

Bei der Durchführung von Mikrowasser-Messungen verbinden Sie das Mikrowasser-Messgerät mit dem selbstabdichtenden Ventil. Öffnen Sie den Schalter des Mikrowasser-Messgeräts, lassen Sie das Gas im System in das Mikrowasser-Messgerät eintreten, schließen Sie dann den Schalter des Messgeräts für die Detektion. Nach der Detektion entfernen Sie das Mikrowasser-Messgerät, um den Mikrowasser-Messvorgang abzuschließen. Es ist nicht erforderlich, den Strom während des Detektionsvorgangs abzuschalten.

Bei der Durchführung der Dichterelais-Kalibrierung schließen Sie den Steuerschalter des Geräts, verbinden Sie den Dichtkalibrator mit dem selbstabdichtenden Ventil für die Kalibrierungsarbeit. Nach Abschluss der Arbeit entfernen Sie den Dichtkalibrator und öffnen den Steuerschalter. Es ist nicht erforderlich, den Strom während des Detektionsvorgangs abzuschalten.

Das nicht-entfernbare SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgerät integriert Mikrowasser-Messung, Dichterelais-Kalibrierung und Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten an Schaltgeräten durch Instrumente ohne Stromausfall. Vor den Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten kann es automatisch Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen im Gasnachfüllsystem entfernen. Während der Gasfüll- und Gasnachfüllarbeiten an Schaltgeräten kann es Druckmessung und Druckabbau-Alarm erreichen. Es ist bequem und schnell zu bedienen und beeinträchtigt den normalen Betrieb des Schaltgeräts nicht.

3 Schlussfolgerung

Das nicht-entfernbare SF₆-Schaltgerät-Detektions-, Gasfüll- und Gasnachfüllgerät kann vollständig Luft, Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Gasnachfüllrohren und im System vor der Gasnachfüllung für das Schaltgerät entfernen. Darüber hinaus kann es während des Gasfüllvorgangs, wenn der Gasdruck im System den Nennwert erreicht, automatisch Gas ablassen und Alarm melden. Dieses Gerät ist mit einem Systemsteuerschalter ausgestattet, wodurch Mikrowasser-Messungen und Dichterelais-Kalibrierungen ohne Stromausfall durchgeführt werden können. Es ist bequem und schnell zu bedienen und beeinträchtigt den normalen Betrieb des Schaltgeräts nicht. Es ist anwendbar auf importierte SF₆-Schaltgeräte mit einer Spannung über 110 kV, Alstom FXT11-Typ-Schaltgeräte aus Frankreich und inländische SF₆-Schaltgeräte mit einer Spannung über 110 kV. Es kann hohen Druck, von 0,5 bis 16 MPa, aushalten und ist sicher und zuverlässig.