Onderzoek naar Detectie- en Gassingapparatuur voor SF6 Schakelaars zonder Ontleding

Hoogspanningsautomaten worden gebruikt om belastingsstromen tijdens normale bedrijfsomstandigheden aan of uit te schakelen. Wanneer er een korte sluiting of ernstige overbelasting optreedt in elektrische apparatuur of leidingen, stuurt een relaisbeveiligingsapparaat ze automatisch en snel de foutstroom af, zodat de apparatuur of leidingen met de kortsluiting geïsoleerd worden om de uitbreiding van het ongeval te voorkomen.

Tijdens de ontwikkeling van hoogspanningsautomaten, van olie-gevulde automaten en samengedrukte-luchtautomaten tot SF₆-automaten en vacuümautomaten, was elke stap een belangrijke innovatie op het gebied van boogdoofprincipes. Daarvan hebben SF₆-automaten voordelen zoals sterke stroomonderbrekingscapaciteit, lange elektrische levensduur, hoge isolatieniveau en goede dichtheid, en zijn ze momenteel het meest wijdverspreid in hoogspanningsomgevingen.

SF₆-automaten (hierna aangeduid als automaten) zijn belangrijke apparatuur in hoogspanningsenergieoverdracht. Isolatieprestaties en onderbrekingsprestaties zijn de belangrijkste technische indicatoren voor de beoordeling van automaten. SF₆-automaten zijn een type automaat dat gebruik maakt van een isolatiemedium. Samen met luchtautomaten behoren ze tot gasblusauteurs en vertrouwen op SF₆-gas voor isolatie. SF₆-gas heeft een hoge warmtegeleiding, kan na decompositie hercombineren en bevat geen schadelijke isolerende stoffen zoals koolstof. Wanneer de watergehalte streng wordt gecontroleerd, zijn de afbreekproducten niet-corrosief. De isolatieprestaties van SF₆-gas nemen niet af bij gebruik, waardoor het zelfs na meerdere onderbrekingen goede isolatieprestaties behoudt.

Zuiver SF₆-gas is een uitstekend boogdovend medium. Vanwege zijn superieure boogdovende en isolerende eigenschappen werd het in de 20e eeuw succesvol toegepast in hoogspannings- en extra-hoogspannings-elektrische apparatuur. Momenteel is SF₆ het optimale gas-isoleringsmedium, vooral in de hoogspannings- en extra-hoogspanningsbereiken, waar het het enige isolerende en boogdovende medium is. Om stabiele onderbrekingsprestaties van automaten te garanderen, moet het SF₆-gas in automaten een zuiverheid van 99,99% hebben.

Omdat de gaskamer van SF₆-automaten relatief groot is, zijn er veel aansluitpijpen, en zijn er talrijke dichtoppervlakken binnen de automaten. Tijdens de werking kunnen problemen zoals ontoereikende SF₆-druk optreden vanwege dichtheidsproblemen of temperatuurveranderingen. In de praktijk overschrijdt de kans op gaslekkage in automaten vanwege factoren zoals trillingen en slechte dichtheid de fabrieks ingestelde jaarlijkse lekkageratio van 1%. Daarom moeten automaten vaak worden bijgevuld met gas.

Dit artikel introduceert een nieuw type niet-ontmantelbare SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparatuur. Het kan micro-waterdetectie van automaten en kalibratie van dichtheidrelais door middel van instrumenten zonder stroomonderbreking uitvoeren. Het kan ook lucht, vocht en impuriteiten in de gasaansluitpijpen tijdens het bijvullen en aanvullen van gas uitscheiden. Bovendien kan het automatisch druk verminderen en een alarm geven wanneer de gasdruk tijdens het bijvullen de ingestelde waarde te boven gaat.

1 Huidige situatie in China

Momenteel bevatten binnenlandse gasaanvullingsapparatuur voor automaten doorgaans een combinatieklep die op de automaat wordt gemonteerd. Deze combinatieklep, bestaande uit een klephuis, een gasaanvullingsinterface, een automaatinterface en een dichtheidrelaisinterface, kan worden verbonden met een micro-watermeter en een dichtheidrelaiskalibrator. Dit lost effectief het probleem op van stroomonderbreking bij het meten van de micro-waterinhoud van de automaat en de kalibratie van het dichtheidrelais, waardoor de werkzaamheden efficiënter worden en de schade aan de automaat tijdens de ontmanteling wordt verminderd.

Het lost echter niet het probleem op van lucht, vocht en impuriteiten in de gasaansluitpijpen die de automaat binnengaan tijdens het bijvullen en aanvullen van gas. Tijdens het bijvullen en aanvullen van bestaande automaten wordt de SF₆-gascilinder direct verbonden met de automaat via een drukreducerende klep en een gasaanvullingsslang. Hierdoor neemt het SF₆-gas lucht, vocht en impuriteiten uit de slang mee naar de automaat. Dit vermindert de zuiverheid van het SF₆-gas, degradeert de isolatieprestaties, beschadigt de automaat en verkort de levensduur ervan.

Als beschermapparaat voor het elektriciteitsnetwerk zijn er strenge regels en eisen gesteld voor SF₆-gas dat in hoogspanningselectrische apparatuur wordt gebruikt. Zodra de watergehalte in SF₆-automaten een bepaald niveau bereikt, kan dit leiden tot ernstige negatieve gevolgen. Vocht kan de afbreekproducten van SF₆-gas chemisch laten reageren, giftige verbindingen vormend; het kan chemische corrosie van apparatuur veroorzaken; het is nadelig voor de isolatie van apparatuur; het beïnvloedt de onderbrekingsprestaties van schakelaars; en het vermindert de mechanische prestaties van schakelaars.

Momenteel, wanneer micro-waterdetectie en dichtheidrelaiskalibratie op automaten worden uitgevoerd, moet de automaat na stroomonderbreking worden ontmanteld. Dit beïnvloedt niet alleen de productie, maar ook de dichtheid van de automaat. Vervelende ontmanteling vermindert ook de nauwkeurigheid van het relais.

2 Werkprincipe en structuurontwerp

De SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparatuur omvat een klephuis, een zelfdichtende klep, een zelfbediende terugloopklep en een bedieningsknop, zoals weergegeven in de structuurtekening. Dit apparaat integreert organisch het klephuis met de zelfdichtende klep, de zelfbediende terugloopklep en de bedieningsknop. Aan één kant van het klephuis is een automaatverbindingplaat vastgezet, aan de andere kant is een bedieningsknop vastgezet. Het klephuis is ook voorzien van een zelfdichtende klep, een zelfbediende terugloopklep en een dichtheidrelaisinterface. De bedieningsknop regelt het openen en sluiten van deze kleppen.

Het in dit artikel geïntroduceerde SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparaat integreert organisch het klephuis met de zelfdichtende klep, de zelfbediende terugloopklep en de bedieningsknop, waardoor micro-watermeting, dichtheidrelaiskalibratie en gasbijvulling en -aanvulling van automaten zonder stroomonderbreking mogelijk zijn. Voordat gasbijvulling en -aanvulling plaatsvinden, kan het automatisch lucht, vocht en impuriteiten in het gasaanvullingsysteem verwijderen. Tijdens de gasbijvulling en -aanvulling van de automaat kan het drukdetectie en drukafnamealarm realiseren. Het is toepasbaar op geïmporteerde SF₆-automaten met een spanning boven 110 kV, Alstom FXT11-type automaten uit Frankrijk en binnenlandse SF₆-automaten met een spanning boven 110 kV. Het kan hoge druk weerstaan, variërend van 0,5 tot 16 MPa, en is veilig en betrouwbaar.

Belangrijkste werkstappen van het SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparaat

• Verwijdering van onzuiver gas: Verbind de SF₆-gascilinder met de zelfdichtende klep van dit apparaat via een drukreducerende klep, een gasaanvullingsslang en een aansluitstuk. Sluit de bedieningsknop en open de klep van de SF₆-gascilinder. SF₆-gas komt via de gasaanvullingsslang het apparaat binnen. Op dat moment komen ook impuriteiten zoals lucht in de slang samen met het SF₆-gas in de automaat terecht. Het gas in het apparaat is een mengsel van SF₆-gas en luchtimpuriteiten. Wanneer de druk in het apparaat de ingestelde druk van de zelfbediende terugloopklep overschrijdt, opent de zelfbediende terugloopklep automatisch en blaast gas af gedurende 8-10 seconden. Tijdens dit afblazingsproces worden alle lucht en impuriteiten in het hele systeem verwijderd. Sluit vervolgens de klep van de SF₆-gascilinder. Wanneer de druk in het systeem consistent is met de ingestelde druk, sluit de zelfbediende terugloopklep automatisch, waarmee de lucht- en impuriteitenverwijdering voltooid is. Op dat moment is de zuiverheid van het SF₆-gas in het systeem hetzelfde als in de gascilinder en is het kwalificeerbaar gas.

• Gasbijvulling en -aanvulling: Met het hele systeem gevuld met zuiver SF₆-gas na de onzuiverheidsverwijdering, open de bedieningsknop van dit apparaat en open vervolgens de klep van de SF₆-gascilinder om gas aan te vullen in de automaat. Wanneer de druk in de automaat de door de zelfbediende terugloopklep ingestelde druk overschrijdt, opent de zelfbediende terugloopklep automatisch, geeft alarm en blaast gas af. Sluit op dat moment de klep van de SF₆-gascilinder. Wanneer de druk de ingestelde waarde bereikt, sluit de zelfbediende terugloopklep automatisch, waarmee de gasaanvulling voltooid is. Na afronding van de operatie verwijder het aansluitstuk dat verbonden is met de gascilinder van de zelfdichtende klep van dit apparaat.

• Automatische alarm en drukregeling: Tijdens het gasbijvullingsproces speelt de zelfbediende terugloopklep een rol in de drukmonitoring. Zodra de druk de ingestelde waarde overschrijdt, opent het automatisch, geeft alarm en blaast gas af om ervoor te zorgen dat de druk in de automaat de veilige grens niet overschrijdt.

• Gasbijvulling en -drukmeting: Na de gasaanvulling kan de druk in de automaat worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat deze de vereiste waarde bereikt.

Bij het uitvoeren van micro-watermetingen, verbind het micro-watermeetapparaat met de zelfdichtende klep. Open de schakelaar van het micro-watermeetapparaat, laat het gas in het systeem het micro-watermeetapparaat binnengaan, sluit dan de schakelaar van het meetapparaat voor detectie. Na de detectie verwijder het micro-watermeetapparaat om de micro-watermeting te voltooien. Er is geen stroomonderbreking nodig tijdens het detectieproces.

Bij het uitvoeren van dichtheidrelaiskalibratie, sluit de bedieningsknop van het apparaat, verbind de dichtheidkalibrator met de zelfdichtende klep voor kalibratiewerk. Na afronding van het werk verwijder de dichtheidkalibrator en open de bedieningsknop. Er is geen stroomonderbreking nodig tijdens het detectieproces.

Het niet-ontmantelbare SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparaat integreert micro-watermeting, dichtheidrelaiskalibratie en gasbijvulling en -aanvulling van de automaat door middel van instrumenten zonder stroomonderbreking. Voordat gasbijvulling en -aanvulling plaatsvinden, kan het automatisch lucht, vocht en impuriteiten in het gasaanvullingsysteem verwijderen. Tijdens de gasbijvulling en -aanvulling van de automaat kan het drukdetectie en drukafnamealarm realiseren. Het is gemakkelijk en snel te bedienen en beïnvloedt de normale werking van de automaat niet.

3 Conclusie

Het niet-ontmantelbare SF₆-automaat detectie-, gasbijvullings- en gasaanvullingsapparaat kan volledig lucht, vocht en impuriteiten in de gasaanvullingspijp en het systeem verwijderen voordat de automaat wordt bijgevuld. Bovendien, tijdens het gasbijvullingsproces, wanneer de gasdruk in het systeem de ingestelde waarde bereikt, kan het automatisch gas afblazen en alarm geven. Dit apparaat is uitgerust met een systeembedieningsknop, waardoor micro-watermeting en dichtheidrelaiskalibratie zonder stroomonderbreking mogelijk zijn. Het is gemakkelijk en snel te bedienen en beïnvloedt de normale werking van de automaat niet. Het is toepasbaar op geïmporteerde SF₆-automaten met een spanning boven 110 kV, Alstom FXT11-type automaten uit Frankrijk en binnenlandse SF₆-automaten met een spanning boven 110 kV. Het kan hoge druk weerstaan, variërend van 0,5 tot 16 MPa, en is veilig en betrouwbaar.