پژوهش در زمینه ایجاد و تجهیزات پرکننده گاز برای دستگاه های قطع کننده SF6 بدون نیاز به تجزیه

بریکرهای ولتاژ بالا برای اتصال یا قطع جریان‌های بار در حین عملیات عادی استفاده می‌شوند. هنگامی که خطای خازنه یا بار زیاد شدید در تجهیزات الکتریکی یا خطوط رخ دهد، دستگاه محافظ باعث کنترل آنها می‌شود تا به طور خودکار و سریع جریان خطا را قطع کند و تجهیزات یا خطوط با خطا را جدا کند تا از گسترش محدوده حوادث جلوگیری شود.

در طول توسعه بریکرهای ولتاژ بالا، از بریکرهای پر از روغن و بریکرهای فشرده هوا تا بریکرهای SF₆ و بریکرهای خلاء، هر مرحله یک نوآوری مهم در اصول خاموش کردن القا بوده است. در میان آنها، بریکرهای SF₆ مزایایی مانند ظرفیت قطع قوی، عمر الکتریکی طولانی، سطح عایق‌بندی بالا و عملکرد پوششی خوب دارند و در حال حاضر در محیط‌های ولتاژ بالا به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند.

بریکرهای SF₆ (در ادامه به عنوان بریکرهای اشاره می‌شوند) تجهیزات مهم در انتقال برق ولتاژ بالا هستند. عملکرد عایق‌بندی و قطع عملکرد اصلی شاخص‌های فنی برای ارزیابی بریکرهای هستند. بریکرهای SF₆ نوعی بریکر با مedium عایق‌بندی هستند. همراه با بریکرهای هوایی، آنها به بریکرهای پخش گازی تعلق دارند و برای عایق‌بندی از گاز SF₆ استفاده می‌کنند. گاز SF₆ هدایت حرارتی بالایی دارد، می‌تواند پس از تجزیه دوباره ترکیب شود و مواد عایق‌بندی مضر مانند کربن ندارد. هنگامی که مقدار آب به طور دقیق کنترل شود، محصولات تجزیه غیرفرساینده هستند. عملکرد عایق‌بندی گاز SF₆ با استفاده کاهش نمی‌یابد، بنابراین حتی پس از قطع‌های متعدد نیز عملکرد عایق‌بندی خوبی حفظ می‌کند.

گاز خالص SF₆ یک مedium عایق‌بندی بسیار خوب است. به دلیل ویژگی‌های قطع و عایق‌بندی فوق‌العاده‌اش، در قرن بیستم با موفقیت در تجهیزات الکتریکی ولتاژ بالا و خیلی بالا استفاده شد. در حال حاضر، SF₆ بهترین مedium گازی عایق‌بندی است، به ویژه در محدوده‌های ولتاژ بالا و خیلی بالا، جایی که تنها مedium عایق‌بندی و قطع است. برای تضمین عملکرد قطع پایدار بریکرهای، گاز SF₆ داخل بریکرهای باید ۹۹.۹۹٪ خالص باشد.

به دلیل حجم بزرگ کمر گازی بریکرهای SF₆، لوله‌های اتصال زیادی وجود دارد و در داخل بریکرهای سطوح پوششی زیادی وجود دارد. در طول عملیات، مشکلاتی مانند فشار ناکافی SF₆ ممکن است به دلیل مشکلات پوشش یا تغییرات دما رخ دهد. در کاربردهای عملی، به دلیل عواملی مانند ارتعاشات عملیاتی و پوشش ضعیف، احتمال نشت گاز در بریکرهای بیش از نرخ نشت سالانه ۱٪ تعیین شده در کارخانه است. بنابراین، بریکرهای اغلب نیاز به پر کردن مجدد گاز دارند.

این مقاله یک نوع جدید از دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆ بدون جداسازی معرفی می‌کند. این دستگاه می‌تواند تشخیص آب ریز در بریکرهای و کالیبراسیون رله‌های چگالی را بدون قطع برق انجام دهد. همچنین می‌تواند هوا، رطوبت و آلودگی‌ها را در لوله‌های پر کردن گاز در طول فرآیندهای پر کردن گاز و تکمیل گاز خارج کند. علاوه بر این، در صورتی که فشار گاز در طول فرآیند پر کردن گاز از مقدار تعیین شده تجاوز کند، به طور خودکار فشار را کاهش داده و هشدار می‌دهد.

۱ وضعیت فعلی در چین

در حال حاضر، دستگاه‌های تکمیل گاز بریکرهای داخلی معمولاً شامل نصب یک شیر ترکیبی روی بریکر است. این شیر ترکیبی که شامل بدنه شیر، رابط تکمیل گاز، رابط بریکر و رابط رله چگالی است، می‌تواند به دستگاه اندازه‌گیری آب ریز و کالیبراتور رله چگالی متصل شود. این امر به طور موثر مسئله قطع برق در هنگام اندازه‌گیری محتوای آب ریز بریکر و کالیبراسیون رله چگالی را حل می‌کند، که منجر به افزایش کارایی کار و کاهش آسیب به بریکر در هنگام جداسازی می‌شود.

با این حال، این مشکل ورود هوا، رطوبت و آلودگی‌ها به بریکر از طریق لوله‌های پر کردن گاز در طول فرآیندهای پر کردن گاز و تکمیل گاز را حل نمی‌کند. در طول عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای موجود، سیلندر پر کردن گاز SF₆ مستقیماً از طریق شیر کاهش فشار و لوله پر کردن گاز به بریکر متصل می‌شود. به عنوان نتیجه، گاز SF₆ هوا، رطوبت و آلودگی‌ها را از لوله به بریکر منتقل می‌کند. این امر خالصی گاز SF₆ را کاهش می‌دهد، عملکرد عایق‌بندی آن را تضعیف می‌کند، بریکر را آسیب می‌رساند و عمر مفید آن را کوتاه می‌کند.

به عنوان یک دستگاه محافظ سیستم برق، مقررات و الزامات سختگیرانه‌ای بر گاز SF₆ استفاده شده در تجهیزات الکتریکی ولتاژ بالا تحمیل شده است. هنگامی که محتوای آب در بریکرهای SF₆ به یک حد معین برسد، می‌تواند منجر به پیامدهای وخیم جدی شود. رطوبت می‌تواند محصولات تجزیه گاز SF₆ را باعث واکنش‌های شیمیایی کند و ترکیبات سمی تولید کند؛ می‌تواند تخریب شیمیایی تجهیزات را ایجاد کند؛ مضر برای عایق‌بندی تجهیزات است؛ عملکرد قطع کلیدها را تحت تأثیر قرار می‌دهد؛ و عملکرد مکانیکی کلیدها را کاهش می‌دهد.

در حال حاضر، هنگام انجام تشخیص آب ریز و کالیبراسیون رله چگالی بریکرهای، باید بریکر پس از قطع برق جداسازی شود. این امر نه تنها تولید را تحت تأثیر قرار می‌دهد بلکه عملکرد پوششی بریکر را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. جداسازی‌های مکرر همچنین دقت رله را تضعیف می‌کند.

۲ اصل کار و طراحی ساختاری

دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆ شامل بدنه شیر، شیر خودپوششی، شیر فشار پسین خودکنترلی و سوئیچ کنترل است، مانند نمودار ساختاری نشان داده شده است. این دستگاه بدنه شیر را با شیر خودپوششی، شیر فشار پسین خودکنترلی و سوئیچ کنترل یکپارچه می‌کند. یک سمت بدنه شیر با صفحه اتصال بریکر ثابت شده است، سمت دیگر با سوئیچ کنترل ثابت شده است. بدنه شیر همچنین با شیر خودپوششی، شیر فشار پسین خودکنترلی و رابط رله چگالی ثابت شده است. سوئیچ کنترل کنترل باز و بسته شدن این شیرها را انجام می‌دهد.

دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆ معرفی شده در این مقاله، با یکپارچه کردن بدنه شیر با شیر خودپوششی، شیر فشار پسین خودکنترلی و سوئیچ کنترل، اندازه‌گیری آب ریز، کالیبراسیون رله چگالی و عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای را بدون قطع برق یکپارچه می‌کند. قبل از عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز، می‌تواند به طور خودکار هوا، رطوبت و آلودگی‌ها را در سیستم تکمیل گاز خارج کند. در طول عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکر، می‌تواند کشف فشار و هشدار کاهش فشار را انجام دهد. این دستگاه برای بریکرهای SF₆ وارداتی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ kV، بریکرهای FXT11-فرانسوی Alstom و بریکرهای SF₆ داخلی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ kV قابل استفاده است. این دستگاه می‌تواند فشار بالا را تحمل کند، از ۰.۵ تا ۱۶ MPa، و امن و قابل اعتماد است.

مراحل کار اصلی دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆

• حذف گاز ناخالص: سیلندر گاز SF₆ را از طریق شیر کاهش فشار، لوله پر کردن گاز و کانکتور به شیر خودپوششی این دستگاه متصل کنید. سوئیچ کنترل را ببندید و شیر گاز SF₆ را باز کنید. گاز SF₆ از طریق لوله پر کردن گاز وارد دستگاه می‌شود. در این زمان، آلودگی‌هایی مانند هوا در لوله نیز با گاز SF₆ وارد بریکر می‌شوند. گاز در دستگاه ترکیبی از گاز SF₆ و آلودگی‌های هوا است. هنگامی که فشار در دستگاه از فشار تعیین شده شیر فشار پسین خودکنترلی تجاوز کند، شیر فشار پسین خودکنترلی به طور خودکار باز می‌شود و گاز را برای ۸-۱۰ ثانیه خارج می‌کند. در طول این فرآیند خروج گاز، تمام هوا و آلودگی‌های سیستم خارج می‌شوند. سپس شیر گاز SF₆ را ببندید. هنگامی که فشار سیستم با فشار تعیین شده یکسان شود، شیر فشار پسین خودکنترلی به طور خودکار بسته می‌شود و عملیات حذف هوا و آلودگی‌ها به پایان می‌رسد. در این نقطه، خالصی گاز SF₆ در سیستم با خالصی گاز در سیلندر یکسان است و گاز معتبر است.

• پر کردن گاز و تکمیل فشار: با توجه به اینکه کل سیستم پس از فرآیند حذف آلودگی‌ها با گاز SF₆ خالص پر شده است، سوئیچ کنترل این دستگاه را باز کنید و سپس شیر گاز SF₆ را باز کنید تا گاز را به بریکر تکمیل کنید. هنگامی که فشار در بریکر از فشار تعیین شده توسط شیر فشار پسین خودکنترلی تجاوز کند، شیر فشار پسین خودکنترلی به طور خودکار باز می‌شود، هشدار می‌دهد و گاز را خارج می‌کند. در این زمان، شیر گاز SF₆ را ببندید. هنگامی که فشار به مقدار تعیین شده برسد، شیر فشار پسین خودکنترلی به طور خودکار بسته می‌شود و عملیات تکمیل گاز به پایان می‌رسد. پس از اتمام عملیات، کانکتور متصل به سیلندر گاز را از شیر خودپوششی این دستگاه جدا کنید.

• هشدار خودکار و کنترل فشار: در طول فرآیند پر کردن گاز، شیر فشار پسین خودکنترلی نقش کشف فشار را ایفا می‌کند. هنگامی که فشار از مقدار تعیین شده تجاوز کند، به طور خودکار باز می‌شود، هشدار می‌دهد و گاز را خارج می‌کند تا اطمینان حاصل شود که فشار در بریکر از محدوده ایمن تجاوز نکند.

• تکمیل گاز و اندازه‌گیری فشار: پس از عملیات تکمیل گاز، می‌توان فشار در بریکر را کنترل کرد تا مطمئن شد که به مقدار مورد نیاز رسیده است.

هنگام انجام اندازه‌گیری آب ریز، دستگاه اندازه‌گیری آب ریز را به شیر خودپوششی متصل کنید. سوئیچ دستگاه اندازه‌گیری آب ریز را باز کنید، گاز در سیستم را وارد دستگاه اندازه‌گیری آب ریز کنید، سپس سوئیچ اندازه‌گیری را ببندید و کشف را انجام دهید. پس از کشف، دستگاه اندازه‌گیری آب ریز را جدا کنید تا عملیات اندازه‌گیری آب ریز به پایان برسد. در طول فرآیند کشف نیازی به قطع برق نیست.

هنگام انجام کالیبراسیون رله چگالی، سوئیچ کنترل دستگاه را ببندید، کالیبراتور چگالی را به شیر خودپوششی متصل کنید تا کار کالیبراسیون انجام شود. پس از اتمام کار، کالیبراتور چگالی را جدا کنید و سوئیچ کنترل را باز کنید. در طول فرآیند کشف نیازی به قطع برق نیست.

دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆ بدون جداسازی، اندازه‌گیری آب ریز، کالیبراسیون رله چگالی و عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای را از طریق دستگاه‌ها بدون قطع برق یکپارچه می‌کند. قبل از عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز، می‌تواند به طور خودکار هوا، رطوبت و آلودگی‌ها را در سیستم تکمیل گاز خارج کند. در طول عملیات پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکر، می‌تواند کشف فشار و هشدار کاهش فشار را انجام دهد. این دستگاه ساده و سریع در استفاده است و عملیات عادی بریکر را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.

۳ نتیجه‌گیری

دستگاه تشخیص، پر کردن گاز و تکمیل گاز بریکرهای SF₆ بدون جداسازی می‌تواند به طور کامل هوا، رطوبت و آلودگی‌ها را در لوله تکمیل گاز و سیستم قبل از تکمیل گاز برای بریکر خارج کند. علاوه بر این، در طول فرآیند پر کردن گاز، هنگامی که فشار گاز در سیستم به مقدار تعیین شده برسد، می‌تواند به طور خودکار گاز را خارج کند و هشدار دهد. این دستگاه با سوئیچ کنترل سیستم مجهز شده است، که امکان اندازه‌گیری آب ریز و کالیبراسیون رله چگالی را بدون قطع برق فراهم می‌کند. این دستگاه ساده و سریع در استفاده است و عملیات عادی بریکر را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد. این دستگاه برای بریکرهای SF₆ وارداتی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ kV، بریکرهای FXT11-فرانسوی Alstom و بریکرهای SF₆ داخلی با ولتاژ بالاتر از ۱۱۰ kV قابل استفاده است. این دستگاه می‌تواند فشار بالا را تحمل کند، از ۰.۵ تا ۱۶ MPa، و امن و قابل اعتماد است.