非分解SF6回路遮断器の検出およびガス充填補充装置に関する研究

高電圧遮断器は、通常運転中に負荷電流を接続または切断するために使用されます。電気設備や線路に短絡故障や重度の過負荷が発生した場合、リレー保護装置が制御して自動的に素早く故障電流を切断し、短絡故障のある設備や線路を隔離することで事故範囲の拡大を防ぎます。

高電圧遮断器の開発過程において、油充填遮断器や圧縮空気遮断器からSF₆遮断器や真空遮断器へと進化し、それぞれのステップは消弧原理における大きな革新でした。その中で、SF₆遮断器は遮断能力が強く、電気寿命が長く、絶縁レベルが高く、密封性能が良いなどの利点があり、現在高電圧環境で最も広く使用されています。

SF₆遮断器（以下、単に遮断器と呼ぶ）は高電圧送電において重要な設備です。絶縁性能と遮断性能は遮断器を評価する主な技術指標です。SF₆遮断器は絶縁媒体を使用した遮断器の一種であり、空気遮断器と共にガス噴射遮断器に属し、SF₆ガスを絶縁媒体としています。SF₆ガスは熱伝導率が高く、分解後に再結合し、炭素のような有害な絶縁物質を含んでいません。水分含有量を厳密に管理すると、分解生成物は非腐食性です。SF₆ガスの絶縁性能は使用により低下せず、複数回の遮断後も良好な絶縁性能を維持します。

純粋なSF₆ガスは優れた消弧媒体です。その優れた消弧および絶縁特性により、20世紀には高電圧および超高電圧電気設備に成功裏に適用されました。現在、SF₆は最適なガス絶縁媒体であり、特に高電圧および超高電圧領域では唯一の絶縁および消弧媒体となっています。遮断器の安定した遮断性能を確保するため、遮断器内のSF₆ガスは99.99%の純度を必要とします。

SF₆遮断器のガス室は比較的大きく、多くの接続パイプがあり、遮断器内には多数のシール面があります。運転中にシール問題や温度変化によりSF₆圧力不足が発生することがあります。実際の応用では、振動やシール不良などの要因により、遮断器のガス漏れ確率は工場設定の年間漏れ率1%を超えることがあります。そのため、遮断器はしばしばガス補充が必要となります。

本記事では、新しいタイプの非解体式SF₆遮断器検出、ガス充填、ガス補充装置を紹介します。この装置は停電せずに計器を使用して遮断器の微量水検出と密度リレーの校正を行い、ガス充填および補充時にガス充填パイプ内の空気、湿気、不純物を排出することができます。また、ガス充填時にガス圧が定格値を超えた場合、自動的に圧力を開放しアラームを発することもできます。

1 中国の現状

現在、国内の遮断器ガス補充装置は通常、遮断器に複合バルブを設置しています。この複合バルブはバルブ本体、ガス補充インターフェース、遮断器インターフェース、密度リレーインターフェースから構成され、微量水計と密度リレーキャリブレータに接続することができます。これにより、遮断器の微量水含量測定と密度リレーの校正時に停電する必要がなくなり、作業効率が向上し、遮断器の分解時の損傷も減少します。

しかし、ガス充填および補充時にガス充填パイプ内の空気、湿気、不純物が遮断器に入ることが解決されていません。既存の遮断器のガス充填および補充作業では、SF₆ガス充填シリンダーが減圧弁とガス補充ホースを介して直接遮断器に接続されます。結果として、SF₆ガスはホースからの空気、湿気、不純物を含んで遮断器に入ります。これによりSF₆ガスの純度が低下し、絶縁性能が悪化し、遮断器が損傷し、寿命が短くなります。

電力システムの保護装置として、高電圧電気設備に使用されるSF₆ガスに対して厳格な規制と要件が課されています。SF₆遮断器の水分含有量が一定レベルに達すると、深刻な悪影響を及ぼす可能性があります。水分はSF₆ガスの分解生成物が化学反応を起こし、有毒化合物を生成したり、設備の化学的腐食を引き起こしたり、設備の絶縁に悪影響を与えたり、スイッチの遮断性能を低下させたり、スイッチの機械性能を低下させる可能性があります。

現在、遮断器の微量水検出と密度リレーの校正を行う際には、停電後に遮断器を分解する必要があります。これにより生産に影響を与え、遮断器のシール性能にも影響します。頻繁な分解はリレーの精度にも影響します。

2 動作原理と構造設計

SF₆遮断器検出、ガス充填、ガス補充装置は、バルブ本体、自己シールバルブ、自己制御逆圧バルブ、コントロールスイッチを含んでおり、構造図に示されています。この装置はバルブ本体と自己シールバルブ、自己制御逆圧バルブ、コントロールスイッチを有機的に統合しています。バルブ本体の一端には遮断器接続板が固定装着され、他端にはコントロールスイッチが固定装着されています。バルブ本体にはまた、自己シールバルブ、自己制御逆圧バルブ、密度リレーインターフェースが固定装着されています。コントロールスイッチはこれらのバルブの開閉を制御します。

本記事で紹介するSF₆遮断器検出、ガス充填、ガス補充装置は、バルブ本体と自己シールバルブ、自己制御逆圧バルブ、コントロールスイッチを有機的に統合し、停電せずに遮断器の微量水測定、密度リレーの校正、ガス充填および補充操作を統合しています。ガス充填および補充操作前に、ガス補充システム内の空気、湿気、不純物を自動的に排出することができます。遮断器のガス充填および補充操作中には、圧力検出と圧力開放アラームを実現します。これは110 kV以上の電圧を持つ輸入SF₆遮断器、フランス製Alstom FXT11型遮断器、および110 kV以上の電圧を持つ国内SF₆遮断器に適用可能です。0.5～16 MPaの高圧に耐えられ、安全で信頼性が高いです。

SF₆遮断器検出、ガス充填および補充装置の主要な動作手順

• 不純ガスの除去: SF₆ガスシリンダーを減圧弁、ガス補充ホース、コネクタを介してこの装置の自己シールバルブに接続します。コントロールスイッチを閉じ、SF₆ガスシリンダーのバルブを開きます。SF₆ガスはガス補充ホースを通じて装置に入ります。この時、パイプ内の空気などの不純物もSF₆ガスと一緒に遮断器に入ります。装置内のガスはSF₆ガスと空気の混合物です。装置内の圧力が自己制御逆圧バルブの設定圧を超えると、自己制御逆圧バルブは自動的に開き、8〜10秒間ガスを排出します。この排気プロセス中に、システム全体の空気と不純物が除去されます。次に、SF₆ガスシリンダーのバルブを閉じます。システム内の圧力が設定圧と一致すると、自己制御逆圧バルブは自動的に閉じ、空気と不純物の除去操作が完了します。この時点で、システム内のSF₆ガスの純度はガスシリンダーと同じで、合格ガスとなります。

• ガス充填および圧力補充: 不純物除去プロセス後、システム全体に純粋なSF₆ガスが満たされた状態で、この装置のコントロールスイッチを開け、SF₆ガスシリンダーのバルブを開いて遮断器にガスを補充します。遮断器内の圧力が自己制御逆圧バルブの設定圧を超えると、自己制御逆圧バルブは自動的に開き、アラームを発しガスを排出します。この時、SF₆ガスシリンダーのバルブを閉じます。圧力が設定値に達すると、自己制御逆圧バルブは自動的に閉じ、ガス補充操作が完了します。操作完了後、ガスシリンダーから接続されているコネクタをこの装置の自己シールバルブから取り外します。

• 自動アラームと圧力制御: ガス充填プロセス中、自己制御逆圧バルブは圧力を監視します。圧力が設定値を超えると、自動的に開き、アラームを発しガスを排出し、遮断器の圧力が安全範囲を超えないようにします。

• ガス補充および圧力測定: ガス補充操作後、遮断器内の圧力を監視し、必要な値に達していることを確認します。

微量水測定を行う際は、微量水計を自己シールバルブに接続します。微量水計のスイッチを開け、システム内のガスを微量水計に入れ、その後測定器のスイッチを閉じて検出を行います。検出後、微量水計を取り外して微量水測定操作が完了します。検出プロセス中は停電する必要はありません。

密度リレーの校正を行う際は、装置のコントロールスイッチを閉じ、密度キャリブレータを自己シールバルブに接続して校正作業を行います。作業完了後、密度キャリブレータを取り外し、コントロールスイッチを開けます。検出プロセス中は停電する必要はありません。

非解体式SF₆遮断器検出、ガス充填および補充装置は、停電せずに計器を使用して遮断器の微量水測定、密度リレーの校正、ガス充填および補充操作を統合しています。ガス充填および補充操作前に、ガス補充システム内の空気、湿気、不純物を自動的に除去することができます。遮断器のガス充填および補充操作中には、圧力検出と圧力開放アラームを実現します。操作が簡単かつ迅速で、遮断器の正常な運転に影響を与えないです。

3 結論

非解体式SF₆遮断器検出、ガス充填および補充装置は、遮断器のガス補充前にガス補充パイプおよびシステム内の空気、湿気、不純物を完全に除去することができます。さらに、ガス充填プロセス中、システム内のガス圧が定格値に達した場合、自動的にガスを排出しアラームを発します。この装置はシステム制御スイッチを備えており、停電せずに微量水測定と密度リレーの校正操作を行うことができます。操作が簡単かつ迅速で、遮断器の正常な運転に影響を与えないです。これは110 kV以上の電圧を持つ輸入SF₆遮断器、フランス製Alstom FXT11型遮断器、および110 kV以上の電圧を持つ国内SF₆遮断器に適用可能です。0.5～16 MPaの高圧に耐えられ、安全で信頼性が高いです。