Teknisk analyse intern buefejl modstand og optimering af SF6 fuldt isolerede gasisolerede ringhovedenheder (RMUs)

SF6 fuldt isolerede gas-isolerede ringhovedenheder (herafter refereret til som RMUs) består primært af lastskifterenheder og højspændings AC lastskifter-fuse kombinationsapparater (herafter refereret til som kombinationsapparater). Afhængigt af brugernes krav kan de konfigureres som enten fælles-tank eller enhedssystemer.

I praktiske ingeniøranvendelser opbygges elektriske forbindelser typisk ved hjælp af enten topmonterede solid-isolerede busbarer eller side-monterede plug-in busbarer. Blandt de forskellige tekniske parametre repræsenterer overførselsstrømmen i kombinationsapparatet og lukningskapaciteten af lastskifterenheden nøgleudfordringer i udviklingen. Desuden har interne buefejl i stigende grad trukket brugernes opmærksomhed i de seneste år på grund af voksende sikkerhedsbekymringer.

1. Analyse af tekniske problemer

Under udvikling og produktion af RMUs kræver følgende aspekter omhyggelig overvejelse:

1.1 Overførselsstrøm

Overførselsstrømmen for et kombinationsapparat refererer til den trefas symmetriske strøm, hvorafbrydelsesfunktionen overføres fra fusen til lastskifteren. For strømme, der overstiger dette værdi, udføres afbrydelsen udelukkende af fusene. Inden for lavere fejlstrømmeområder viser smeltningstiderne for de trefas fusene inbygget variabilitet. Fussen med den korteste smeltningstid afbryder først, og dens striker aktiverer, hvilket udløser mekanismen til at åbne lastskifteren.

Afbrydelsen af de to resterende faser afhænger af en sammenligning mellem de faktiske tids-strøm karakteristikker for de respektive fusene (hvor strømmen i de to resterende faser er cirka 87% af den trefas strøm) og åbningsperioden for lastskifteren, initieret af strikeren af den første afbrydende fuse. Hvis fussen smelter forsinket, afbrydes de to resterende faser af lastskifteren. Dermed er fejlstrømmeafbrydelsen i dette område delt mellem fussen og lastskifteren.

Overførselsstrømmen for kombinationsapparatet fastsættes af to nøglesammenhænge: udløsningsperioden for lastskifteren, initieret af fussen striker, og de faktiske tids-strøm karakteristikker for fussen. Den nominerede overførselsstrøm er en kritisk teknisk parameter, der repræsenterer den maksimale strøm, som lastskifteren kan afbryde sikkert. Når man vælger strømbegrænsende fusser, skal deres tids-strøm karakteristikker evalueres for at sikre, at den resulterende overførselsstrøm er under den nominerede overførselsstrøm for kombinationsapparatet. Dette sikrer en pålidelig og sikker koordinering mellem lastskifteren og fussen, hvilket gør det muligt at effektivt beskytte transformatorer.

1.2 Lukningskapacitet

Under test af lastskiftere finder ulignede lukningsoperationer lejlighedsvis sted, generelt inddeles de i to kategorier: manglende opfyldelse af det påkrævede antal lukningsoperationer eller evnen til at lukke ved nomineret kortslutningsstrøm. Analyse af testresultater indikerer, at sådanne mislykkede operationer primært skyldes overdreven erosion af hovedkontakter, hvilket nedsætter deres evne til at transportere den nominerede kortslutningsstrøm.

Derfor er det afgørende at minimere eller forhindre erosion af hovedkontakter for at opnå succesfulde testresultater. Forskning og omfattende tester har vist, at tilføjelse af hjælpekontakter lavet af koppar-krom legemér med højt smeltepunkt til de originale hovedkontakter kan indirekte beskytte de lavere smeltepunktets koppar hovedkontakter. Den specifikke designmetode kan fleksibelt tilpasses baseret på den anvendte kontaktstruktur - om det er lineær bevægelse eller roterende bladtype.

2. Udholdenhed mod interne budefejl

En elektrisk bue reagerer voldsomt med omgivende luft, hvilket forårsager hurtige temperatur- og trykstigninger. Hvis den ikke behandles korrekt, kan den udgøre alvorlige risici for personale og udstyr. Interne budefejltester bør udføres separat for gaskammeret (skifterkammeret) og kabelkammeret i RMU'en. For at bestå testen, skal følgende kriterier opfyldes:

• Paneler og døre på skifteret må forblive lukkede; begrænset deformation er acceptabel.

• Beholderen må ikke sprænges, og ingen fragmenter tungere end 60 g må blive udslynget.

• Der må ikke dannes huller på tilgængelige overflader af skifteret op til en højde på 2 m.

• Horisontale og vertikale indikatorer, der bruges under testen, må ikke tændes af varme gasser.

• Beholderen må forblive forbundet til jordningspunktet gennem hele testen.

2.1 Nomineret kortslutningsafbrydelsesstrøm

Den nominerede kortslutningsafbrydelsesstrøm for kombinationsapparatet fastsættes af den valgte fuse. Følgende overvejelser gælder:

• Fusens nominerede kortslutningsafbrydelsesstrøm skal være større end eller lig med den maksimale potentielle fejlstrøm i distributionsnettet på installationsstedet.

• Fusens nominerede kortslutningsafbrydelsesstrøm skal være fornuftigt matchet med lastskifterens nominerede kortvarig udholdenhedsstrøm i kombinationsapparatet.

• Tre fusser af samme model og specifikation skal installeres; ellers kan afbrydelsesydeevnen blive negativt påvirket.

• Fusser skal korrekt og fuldt ud installeres for at sikre, at strikeren aktiveres på det passende tidspunkt og pålideligt udløser lastskifterens trip-mekanisme.

• Efter at en eller to fusser har virket, bør alle tre erstattes, medmindre det er sikkert, at de uafbrudte fusser ikke bar strøm.

2.2 Operation på høj højde

Designet af tætede gaskammer i RMU'er er typisk baseret på operation under 1.000 m højde. På højere højder bliver luften tyndere, og atmosfæriske tryk falder. Da den interne gasdensitet forbliver konstant, øges det relative tryk inden for det tætede kammer. Dette kan føre til øget mekanisk spænding på beholderen, hvilket resulterer i deformation og en højere risiko for gaslekkage. I sådanne tilfælde bør beholderens styrke passende forsterkes og validere gennem test. At reducere gasfyllingstrykket (eller densiteten) er ikke en videnskabeligt begrundet eller anbefalet løsning.

2.3 Kontrol af fugtindhold

Klausul 6.5.1 i DL/T 791-2001, Retningslinjer for valg af indendørs AC gas-isoleret skifterutstyr, specificerer fugtindhold i gaskammer: “Når det nominerede fyllingstryk ikke overstiger 0,05 MPa, må fugtindholdet ikke overstige 2.000 μL/L (pr. volumen).” Andre standarder giver ikke specifik vejledning. I RMU-produktion anses kontrollen af fugtindhold på 1.000 μL/L (ved 20°C) for at være rimelig, baseret på følgende:

• Lastskifteren afbryder relativt små strømme (630 A), med en maksimumsoverførselsstrøm (cirka 1.500-2.200 A).

• Fyllingspresset er lavt (nomineret på 0,03-0,05 MPa), betydeligt lavere end for højspændings GIS (omkring 0,5 MPa).

• Tætningsydeevnen er fremragende, hvilket resulterer i meget langsom indvanding af fugt fra den eksterne miljø.

• Testresultater viser minimal SF6 nedbrydelsesprodukter efter afbrydelse.

• Under testing blev prøver ikke bevidst fugtkontrolleret, og ingen fejl pga. for højt fugtindhold blev observeret.

Derfor er det ubegrundet at helt ignorere fugtkontrol under produktion, ligesom det er at strengt holde sig til isoleringsbaserede grænser uden at tage højde for buedempningskrav. Baseret på års erfaringer med praktisk produktion og drift er det teknisk berettiget og rimeligt at opretholde fugtindholdet på 1.000 μL/L (ved 20°C) under produktion.

3. Konklusion

RMU'er er blevet produceret og driftsat i Kina i mange år, hvilket demonstrerer moden teknologi, stabil ydeevne og stærk markedsaccept. Det håbes, at flere producenter vil indgå i dette felt og fortsætte med at udforske, diskutere og dele indsigt om tekniske udfordringer, der opstår i forskning, produktion og drift, og dermed kollektivt fremme RMU-teknologi og fremme dens vedvarende forbedring.