Badania nad urządzeniami do wykrywania i napełniania gazem oraz uzupełniania SF6 w wyłącznikach bez rozmontowywania

Wysokie-napięciowe przekaźniki są używane do połączenia lub przerwania prądów obciążeniowych w normalnym trybie pracy. Gdy wystąpi awaria krótkiego zwarcia lub poważne przeciążenie w urządzeniach elektrycznych lub liniach, urządzenie ochrony steruje nimi, aby automatycznie i szybko przerwać prąd uszkodzeniowy, izolując urządzenia lub linie z uszkodzeniem krótkiego zwarcia, zapobiegając rozszerzeniu zakresu wypadku.

Przez cały rozwój wysokiego-napięciowego przekaźników, od przekaźników olejowych i sprężonego powietrza, przez przekaźniki SF₆ i próżniowe, każdy krok był istotną innowacją w zasadach gaszenia łuku. Wśród nich, przekaźniki SF₆ mają zalety takie jak silna zdolność przerwania, długie życie elektryczne, wysoki poziom izolacji i dobra szczelność, i są najszerszo stosowane w obecnych środowiskach wysokiego napięcia.

Przekaźniki SF₆ (dalej nazywane przekaźnikami) są ważnym sprzętem w wysokonapięciowej transmisji energii. Wydajność izolacyjna i zdolność przerwania są głównymi wskaźnikami technicznymi oceny przekaźników. Przekaźniki SF₆ to typ przekaźników wykorzystujących środek izolacyjny. Wraz z przekaźnikami powietrza należą do gazowych przekaźników wybuchowych i polegają na gazie SF₆ jako izolatorze. Gaz SF₆ ma wysoką przewodność cieplną, może się rekomponować po rozkładzie i nie zawiera szkodliwych substancji izolacyjnych, takich jak węgiel. Gdy zawartość wilgoci jest ścisłe kontrolowane, produkty rozkładu są niekorodujące. Wydajność izolacyjna gazu SF₆ nie spada wraz z użyciem, więc utrzymuje dobrą wydajność izolacyjną nawet po wielokrotnym przerwaniu.

Czysty gaz SF₆ jest doskonałym środkiem do gaszenia łuku. Dzięki swoim wybitnym właściwościom gaszenia łuku i izolacji, został pomyślnie zastosowany w wysokonapięciowym i nadwysokonapięciowym sprzęcie elektrycznym w XX wieku. Obecnie, SF₆ jest optymalnym gazowym środkiem izolacyjnym, szczególnie w zakresie wysokiego i nadwysokiego napięcia, gdzie jest jedynym środkiem izolacyjnym i gaszącym. Aby zapewnić stabilną zdolność przerwania przekaźników, gaz SF₆ w przekaźnikach musi mieć czystość 99,99%.

Ponieważ komora gazowa przekaźników SF₆ jest stosunkowo duża, istnieje wiele rurociągów łączących, a wewnątrz przekaźników znajduje się wiele powierzchni szczelności. W trakcie eksploatacji mogą wystąpić problemy, takie jak niewystarczające ciśnienie SF₆, ze względu na problemy z szczelnością lub zmiany temperatury. W praktyce, ze względu na czynniki, takie jak wibracje operacyjne i słaba szczelność, prawdopodobieństwo przecieku gazu w przekaźnikach przekracza fabrycznie ustawioną roczną stawkę przecieku 1%. Dlatego często konieczne jest doładowanie gazu w przekaźnikach.

Ten artykuł przedstawia nowy typ urządzenia do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆ bez demontażu. Może on wykonywać mikrowodne pomiary przekaźników i kalibrację relé gęstości przy pomocy instrumentów bez przerwania zasilania. Może również usuwać powietrze, wilgoć i zanieczyszczenia w rurociągach podczas procesów doładowywania i uzupełniania gazu. Dodatkowo, może automatycznie odprowadzać ciśnienie i sygnalizować alarm, gdy ciśnienie gazu przekracza wartość nominalną podczas procesu doładowywania.

1 Obecna sytuacja w Chinach

Obecnie, krajowe urządzenia do uzupełniania gazu w przekaźnikach zwykle obejmują montowanie kombinowanego zaworu na przekaźniku. Ten kombinowany zawór, składający się z korpusu, interfejsu do uzupełniania gazu, interfejsu przekaźnika i interfejsu relé gęstości, może być podłączony do mikrowodometru i kalibratora relé gęstości. Efektywnie rozwiązuje problem konieczności przerwania zasilania podczas pomiaru mikrowodnej zawartości przekaźnika i kalibracji relé gęstości, co zwiększa efektywność pracy i zmniejsza uszkodzenia przekaźnika podczas demontażu.

Jednakże, nie rozwiązuje problemu wprowadzania powietrza, wilgoci i zanieczyszczeń z rurociągów do przekaźnika podczas procesów doładowywania i uzupełniania gazu. Podczas operacji doładowywania i uzupełniania gazu w istniejących przekaźnikach, cylinder z gazem SF₆ jest bezpośrednio podłączany do przekaźnika poprzez zawór redukcyjny i rurkę do doładowywania gazu. W wyniku tego, gaz SF₆ niesie ze sobą powietrze, wilgoć i zanieczyszczenia z rurki do przekaźnika. To obniża czystość gazu SF₆, degraduje jego wydajność izolacyjną, uszkadza przekaźnik i skraca jego czas użytkowania.

Jako urządzenie ochronne systemu energetycznego, na gaz SF₆ używany w wysokonapięciowym sprzęcie elektrycznym nakładane są ścisłe regulacje i wymagania. Gdy zawartość wilgoci w przekaźnikach SF₆ osiąga określony poziom, może prowadzić do poważnych negatywnych konsekwencji. Wilgoć może powodować, że produkty rozkładu gazu SF₆ ulegają reakcjom chemicznym, tworząc toksyczne związki; może powodować korozję chemiczną sprzętu; jest szkodliwa dla izolacji sprzętu; wpływa na zdolność przerwania przełączników; i obniża wydajność mechaniczną przełączników.

Obecnie, podczas przeprowadzania mikrowodnych pomiarów i kalibracji relé gęstości w przekaźnikach, przekaźnik musi być demontowany po przerwaniu zasilania. To nie tylko wpływa na produkcję, ale także wpływa na szczelność przekaźnika. Częste demontaże również obniżają dokładność relé.

2 Zasada działania i projekt strukturalny

Urządzenie do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆ obejmuje korpus, samozawierający zawór, samostanowiący zawór odciążający i przełącznik sterujący, jak pokazano na schemacie strukturalnym. To urządzenie organicznie integruje korpus z samozawierającym zaworem, samostanowiącym zaworem odciążającym i przełącznikiem sterującym. Jedno ramię korpusu jest stałe wyposażone w płytę połączeniową przekaźnika, drugie ramię jest stałe wyposażone w przełącznik sterujący. Korpus jest również wyposażony w samozawierający zawór, samostanowiący zawór odciążający i interfejs relé gęstości. Przełącznik sterujący kontroluje otwieranie i zamykanie tych zaworów.

Opisane w tym artykule urządzenie do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆, poprzez organiczną integrację korpusu z samozawierającym zaworem, samostanowiącym zaworem odciążającym i przełącznikiem sterującym, integruje pomiary mikrowodne, kalibrację relé gęstości oraz operacje doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach bez przerwania zasilania. Przed operacjami doładowywania i uzupełniania gazu, może automatycznie usuwać powietrze, wilgoć i zanieczyszczenia w systemie doładowywania. W trakcie operacji doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźniku, może realizować detekcję ciśnienia i sygnalizację ostrzegawczą o odciążeniu. Jest stosowane do importowanych przekaźników SF₆ o napięciu powyżej 110 kV, francuskich przekaźników Alstom FXT11 i krajowych przekaźników SF₆ o napięciu powyżej 110 kV. Wytrzymuje wysokie ciśnienia, w zakresie od 0,5 do 16 MPa, i jest bezpieczne i niezawodne.

Główne etapy pracy urządzenia do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆

• Usunięcie nieczystego gazu: Połącz cylinder z gazem SF₆ z samozawierającym zaworem tego urządzenia przez zawór redukcyjny, rurkę do doładowywania gazu i konektor. Zamknij przełącznik sterujący i otwórz zawór cylindra z gazem SF₆. Gaz SF₆ wchodzi do urządzenia przez rurkę do doładowywania. W tym czasie, zanieczyszczenia, takie jak powietrze w rurze, również wchodzą do przekaźnika razem z gazem SF₆. Gaz w urządzeniu jest mieszanką gazu SF₆ i zanieczyszczeń powietrza. Gdy ciśnienie w urządzeniu przekracza ustawione ciśnienie samostanowiącego zaworu odciążającego, samostanowiący zawór odciążający automatycznie otwiera się i odprowadza gaz przez 8-10 sekund. W trakcie tego procesu odprowadzania, wszystkie powietrze i zanieczyszczenia w całym systemie są usuwane. Następnie zamknij zawór cylindra z gazem SF₆. Gdy ciśnienie w systemie jest zgodne z ustawionym ciśnieniem, samostanowiący zawór odciążający automatycznie zamyka się, kończąc operację usuwania powietrza i zanieczyszczeń. W tym momencie, czystość gazu SF₆ w systemie jest taka sama jak w cylindrze, i jest to kwalifikowany gaz.

• Doładowanie i uzupełnianie gazu: Po całkowitym wypełnieniu systemu czystym gazem SF₆ po procesie usuwania zanieczyszczeń, otwórz przełącznik sterujący tego urządzenia, a następnie otwórz zawór cylindra z gazem SF₆, aby uzupełnić gaz w przekaźniku. Gdy ciśnienie w przekaźniku przekracza ciśnienie ustawione przez samostanowiący zawór odciążający, samostanowiący zawór odciążający automatycznie otwiera się, sygnalizuje alarm i odprowadza gaz. W tym momencie zamknij zawór cylindra z gazem SF₆. Gdy ciśnienie osiąga ustawioną wartość, samostanowiący zawór odciążający automatycznie zamyka się, kończąc operację uzupełniania gazu. Po zakończeniu operacji, odłącz konektor podłączony do cylindra z gazu od samozawierającego zaworu tego urządzenia.

• Automatyczne ostrzeganie i kontrola ciśnienia: W trakcie procesu doładowywania, samostanowiący zawór odciążający pełni rolę monitorowania ciśnienia. Gdy ciśnienie przekracza ustawioną wartość, automatycznie otwiera się, sygnalizuje alarm i odprowadza gaz, zapewniając, że ciśnienie w przekaźniku nie przekracza bezpiecznego zakresu.

• Uzupełnianie gazu i pomiar ciśnienia: Po operacji uzupełniania gazu, można monitorować ciśnienie w przekaźniku, aby upewnić się, że osiągnęło wymaganą wartość.

Podczas przeprowadzania pomiaru mikrowody, połącz instrument do pomiaru mikrowody z samozawierającym zaworem. Otwórz przełącznik instrumentu do pomiaru mikrowody, pozwól, aby gaz w systemie wszedł do instrumentu do pomiaru mikrowody, a następnie zamknij przełącznik instrumentu do pomiaru. Po zakończeniu pomiaru, odłącz instrument do pomiaru mikrowody, aby zakończyć operację pomiaru mikrowody. Nie ma potrzeby przerwania zasilania podczas procesu pomiaru.

Podczas kalibracji relé gęstości, zamknij przełącznik sterujący urządzenia, połącz kalibrator gęstości z samozawierającym zaworem do wykonania prac kalibracyjnych. Po zakończeniu prac, odłącz kalibrator gęstości i otwórz przełącznik sterujący. Nie ma potrzeby przerwania zasilania podczas procesu pomiaru.

Urządzenie do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆ bez demontażu integruje pomiary mikrowodne, kalibrację relé gęstości oraz operacje doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźniku za pomocą instrumentów bez przerwania zasilania. Przed operacjami doładowywania i uzupełniania gazu, może automatycznie usuwać powietrze, wilgoć i zanieczyszczenia w systemie doładowywania. W trakcie operacji doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźniku, może realizować detekcję ciśnienia i sygnalizację ostrzegawczą o odciążeniu. Jest łatwe i szybkie w obsłudze i nie wpływa na normalną pracę przekaźnika.

3 Podsumowanie

Urządzenie do detekcji, doładowywania i uzupełniania gazu w przekaźnikach SF₆ bez demontażu może całkowicie usunąć powietrze, wilgoć i zanieczyszczenia w rurociągu i systemie przed uzupełnieniem gazu w przekaźniku. Ponadto, w trakcie procesu doładowywania, gdy ciśnienie gazu w systemie osiąga wartość nominalną, może automatycznie odprowadzać gaz i sygnalizować alarm. Urządzenie jest wyposażone w przełącznik sterujący systemem, umożliwiający pomiary mikrowodne i kalibrację relé gęstości bez przerwania zasilania. Jest łatwe i szybkie w obsłudze i nie wpływa na normalną pracę przekaźnika. Jest stosowane do importowanych przekaźników SF₆ o napięciu powyżej 110 kV, francuskich przekaźników Alstom FXT11 i krajowych przekaźników SF₆ o napięciu powyżej 110 kV. Wytrzymuje wysokie ciśnienia, w zakresie od 0,5 do 16 MPa, i jest bezpieczne i niezawodne.