Istraživanje o uređajima za otkrivanje i punjenje plinom te nadopunjivanju SF6 stakloprekidača bez demontaže

Visokonaponi prekidaci koriste se za povezivanje ili odvojavanje radnih struja tijekom normalne operacije. Kada dođe do kratkog spoja ili teškog preopterećenja u električnom opremi ili linijama, uređaj za relejnu zaštitu ih kontrolira kako bi automatski i brzo isključili struju greške, izolirajući opremu ili linije s kratkim spojem kako bi se sprečilo širenje opsega nesreće.

Kroz razvoj visokonaponskih prekidaca, od naftnih prekidaca i prekidaca s pritiskanim zrakom do SF₆ prekidaca i vakuumskih prekidaca, svaki korak bio je velika inovacija u principima gasnjenja lukova. Među njima, SF₆ prekidaci imaju prednosti poput jakog kapaciteta prekida, dugog životnog vijeka električno, visokog razine izolacije i dobre sigurnosnosti, te su trenutno najšire korišteni u visokonaponskim okruženjima.

SF₆ prekidaci (u daljnjem tekstu nazvani prekidaci) su važna oprema u visokonaponskoj prijenosu struje. Izolacijska performansa i performansa prekida su glavni tehnički pokazatelji za procjenu prekidaca. SF₆ prekidaci su vrsta prekidaca koja koristi sredstvo za izolaciju. Uz zračne prekidace, oni pripadaju gasnim prekidacima i oslanjaju se na SF₆ gas za izolaciju. SF₆ gas ima visoku toplinsku provodljivost, može se rekombinirati nakon dekompozicije i ne sadrži štetne izolacijske tvari poput ugljika. Kada je sadržaj vode strogo kontroliran, proizvodi dekompozicije nisu korozivni. Izolacijska performansa SF₆ gasa ne pada tijekom upotrebe, pa čak i nakon više prekida održava dobri izolacijski svojstva.

Čisti SF₆ gas je odlično sredstvo za gasnjenje luka. Zbog svojih superiornih svojstava gasnjenja luka i izolacije, uspješno je primijenjen na visokonaponskoj i ekstremno visokonaponskoj električnoj opremi u 20. stoljeću. Trenutno, SF₆ je optimalno plinsko sredstvo za izolaciju, posebno u visokonaponskom i ekstremno visokonaponskom rasponu, gdje je jedinica sredstvo za izolaciju i gasnjenje luka. Da bi se osigurala stabilna performansa prekida prekidaca, SF₆ gas unutar prekidaca treba da ima čistoću od 99,99%.

Zbog relativno velikog plinskog prostora SF₆ prekidaca, postoji mnogo spojnih cijevi, a unutar prekidaca postoji mnogo površina za sigurnost. Tijekom rada, može doći do problema poput nedostatka tlaka SF₆ zbog problema sa sigurnošću ili promjena temperature. U praktičnoj primjeni, zbog faktora poput vibracija tijekom rada i loše sigurnosti, vjerojatnost propadanja gasa u prekidacima prelazi fabrično postavljeni godišnji stopu propadanja od 1%. Stoga, prekidaci često moraju biti nadopunjeni gasom.

Ovaj članak predstavlja novi tip dispozitiva za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca bez demontaže. Može obaviti mikro-vodenu detekciju prekidaca i kalibraciju gustomernih releja bez isključivanja napajanja. Također može ispuštati zrak, vlagu i nečistoće u cijevima za punjenje tijekom procesa punjenja i nadopunjivanja gasa. Također može automatski oslobađati tlak i dajati alarm kada tlač gasa premaši nominalnu vrijednost tijekom procesa punjenja gasa.

1 Trenutna situacija u Kini

Trenutno, domaći dispozitivi za nadopunjivanje gasa u prekidacima obično uključuju montažu kombiniranog ventila na prekidac. Ovaj kombinirani ventil, koji se sastoji od tijela ventila, sučelja za nadopunjivanje gasa, sučelja za prekidac i sučelja za gustomerni relej, može biti povezan s mikro-vodenim brojkama i kalibratorom gustomernih releja. Time se efektivno rješava problem isključivanja napajanja prilikom mjerenja mikro-vodene sadržaji prekidaca i kalibracije gustomernih releja, što podiže produktivnost rada i smanjuje oštećenje prekidaca tijekom demontaže.

Međutim, ne rješava problem ulaska zraka, vlage i nečistoća u cijevi za punjenje u prekidac tijekom procesa punjenja i nadopunjivanja gasa. Tijekom operacija punjenja i nadopunjivanja gasa postojećih prekidaca, cilindar s SF₆ gasom direktno se povezuje s prekidacom putem ventila za smanjenje tlaka i cijevi za nadopunjivanje gasa. Rezultat je da SF₆ gas uvlakuje zrak, vlagu i nečistoće iz cijevi u prekidac. To smanjuje čistoću SF₆ gasa, smanjuje njegova izolacijska svojstva, oštećuje prekidac i skraćuje mu životni vijek.

Kao zaštitni uređaj za sustav snabdijevanja strujom, stroge propise i zahtjeve postavljeni su na SF₆ gas korišten u visokonaponskoj električnoj opremi. Kada se sadržaj vode u SF₆ prekidacima dostigne određenu razinu, može doći do ozbiljnih negativnih posljedica. Vlaga može uzrokovati da se proizvodi dekompozicije SF₆ gasa podvrše kemijskim reakcijama, generirajući toksične spojeve; može uzrokovati kemijsku koroziju opreme; štetna je za izolaciju opreme; utječe na performansu prekida prekidaca; i smanjuje mehaničku performansu prekidaca.

Trenutno, prilikom provođenja mikro-vodenog mjerenja i kalibracije gustomernih releja na prekidacima, prekidac mora biti demontiran nakon isključivanja napajanja. To ne samo da utječe na proizvodnju, već i na sigurnosne performanse prekidaca. Česta demontaža također ometa preciznost releja.

2 Radni princip i konstrukcijski dizajn

Dispozitiv za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca uključuje tijelo ventila, samoseguran ventil, samokontrolirani ventil za povratni tlak i kontrolni prekidač, kao što je prikazano na dijagramu strukture. Ovaj dispozitiv organički integrira tijelo ventila s samosegurnim ventilom, samokontroliranim ventilom za povratni tlak i kontrolnim prekidačem. Jedan kraj tijela ventila fiksno je opremljen pločom za vezu s prekidacem, drugi kraj fiksno je opremljen kontrolnim prekidačem. Tijelo ventila također je fiksno opremljeno samosegurnim ventilom, samokontroliranim ventilom za povratni tlak i sučeljem za gustomerni relej. Kontrolni prekidač kontrolira otvaranje i zatvaranje ovih ventila.

Dispozitiv za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca predstavljen u ovom članku, organički integriranjem tijela ventila s samosegurnim ventilom, samokontroliranim ventilom za povratni tlak i kontrolnim prekidačem, integriše mikro-vodeno mjerenje, kalibraciju gustomernih releja i operacije punjenja i nadopunjivanja gasa prekidaca bez isključivanja napajanja. Prije operacija punjenja i nadopunjivanja gasa, može automatski ispuštati zrak, vlagu i nečistoće u sustavu za nadopunjivanje gasa. Tijekom operacija punjenja i nadopunjivanja gasa prekidaca, može ostvariti detekciju tlaka i alarm o oslobađanju tlaka. Primjenjuje se na uvezene SF₆ prekidace s naponom iznad 110 kV, francuske Alstom FXT11 tip prekidaca i domaće SF₆ prekidace s naponom iznad 110 kV. Može izdržati visoki tlak, u rasponu od 0,5 do 16 MPa, i je siguran i pouzdan.

Glavni radni koraci dispozitiva za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca

• Uklanjanje nečistog gasa: Povežite cilindar s SF₆ gasom s samosegurnim ventilom ovog dispozitiva putem ventila za smanjenje tlaka, cijevi za nadopunjivanje gasa i spojnog elementa. Zatvorite kontrolni prekidač i otvorite ventil cilindra s SF₆ gasom. SF₆ gas ulazi u dispozitiv putem cijevi za nadopunjivanje gasa. U tom trenutku, nečistoće poput zraka u cijevi također ulaze u prekidac zajedno s SF₆ gasom. Gas u dispozitivu je mješavina SF₆ gasa i nečistoća poput zraka. Kada tlak u dispozitivu premaši postavljeni tlak samokontroliranog ventila za povratni tlak, samokontrolirani ventil za povratni tlak automatski se otvara i ispušta gas tokom 8-10 sekundi. Tijekom ovog procesa ispuštanja, sve zrake i nečistoće u cijelom sustavu se uklanjaju. Zatim zatvorite ventil cilindra s SF₆ gasom. Kada tlak u sustavu bude jednak postavljenom tlaku, samokontrolirani ventil za povratni tlak automatski se zatvara, završavajući operaciju uklanjanja zraka i nečistoća. U tom trenutku, čistoća SF₆ gasa u sustavu ista je kao u cilindru, i to je kvalitetni gas.

• Punjenje i nadopunjivanje tlaka: Nakon procesa uklanjanja nečistoća, kada cijeli sustav bude ispunjen čistim SF₆ gasom, otvorite kontrolni prekidač ovog dispozitiva, a zatim otvorite ventil cilindra s SF₆ gasom kako biste nadopunili gas u prekidac. Kada tlak u prekidacu premaši tlak postavljen samokontroliranim ventilom za povratni tlak, samokontrolirani ventil za povratni tlak automatski se otvara, daje alarm i ispušta gas. U tom trenutku zatvorite ventil cilindra s SF₆ gasom. Kada tlak doseže postavljenu vrijednost, samokontrolirani ventil za povratni tlak automatski se zatvara, završavajući operaciju nadopunjivanja gasa. Nakon završetka operacije, uklonite spojni element povezan s cilindrom s gasom s samosegurnog ventila ovog dispozitiva.

• Automatski alarm i kontrola tlaka: Tijekom procesa punjenja, samokontrolirani ventil za povratni tlak igra ulogu u praćenju tlaka. Kada tlak premaši postavljenu vrijednost, automatski se otvara, daje alarm i ispušta gas kako bi se osiguralo da tlak u prekidacu ne premaši sigurni opseg.

• Nadopunjivanje i mjerenje tlaka: Nakon operacije nadopunjivanja, tlak u prekidacu može se pratiti kako bi se osiguralo da doseže potrebnu vrijednost.

Pri provođenju mikro-vodenog mjerenja, povežite instrument za mikro-vodeno mjerenje s samosegurnim ventilom. Otvorite prekidač instrumenta za mikro-vodeno mjerenje, dopustite da gas u sustavu uđe u instrument za mikro-vodeno mjerenje, zatim zatvorite prekidač instrumenta za mjerenje za detekciju. Nakon detekcije, uklonite instrument za mikro-vodeno mjerenje kako biste završili operaciju mikro-vodenog mjerenja. Nema potrebe isključivati napajanje tijekom procesa detekcije.

Pri provođenju kalibracije gustomernog releja, zatvorite kontrolni prekidač dispozitiva, povežite kalibrator gustomera s samosegurnim ventilom za rad. Nakon završetka rada, uklonite kalibrator gustomera i otvorite kontrolni prekidač. Nema potrebe isključivati napajanje tijekom procesa detekcije.

Dispozitiv za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca bez demontaže integriše mikro-vodeno mjerenje, kalibraciju gustomernih releja i operacije punjenja i nadopunjivanja gasa prekidaca putem instrumenta bez isključivanja napajanja. Prije operacija punjenja i nadopunjivanja gasa, može automatski ukloniti zrak, vlagu i nečistoće u sustavu za nadopunjivanje gasa. Tijekom operacija punjenja i nadopunjivanja gasa prekidaca, može ostvariti detekciju tlaka i alarm o oslobađanju tlaka. Lako se operira i ne utječe na normalnu operaciju prekidaca.

3 Zaključak

Dispozitiv za detekciju, punjenje i nadopunjivanje SF₆ prekidaca bez demontaže može potpuno ukloniti zrak, vlagu i nečistoće u cijevi za nadopunjivanje gasa i u sustavu prije nadopunjivanja gasa u prekidac. Također, tijekom procesa punjenja, kada tlak gasa u sustavu doseže nominalnu vrijednost, može automatski ispuštati gas i davati alarm. Ovaj dispozitiv je opremljen kontrolnim prekidačem, omogućujući mikro-vodeno mjerenje i kalibraciju gustomernih releja bez isključivanja napajanja. Lako se operira i ne utječe na normalnu operaciju prekidaca. Primjenjuje se na uvezene SF₆ prekidace s naponom iznad 110 kV, francuske Alstom FXT11 tip prekidaca i domaće SF₆ prekidace s naponom iznad 110 kV. Može izdržati visoki tlak, u rasponu od 0,5 do 16 MPa, i je siguran i pouzdan.