ניתוח טכני, עמידה בפני תקלה פנימית של קשת חשמלית והשגת אופטימיזציה של יחידות מעגלים ראשיים גז-מבודדים מלאים בסולפור הקספלואוריד (RMUs)

יחידות טבעות מבודדות מלאות בגז SF6 (להלן RMUs) מורכבות בעיקר מיחידות מפסק טעינה וממכשירים משולבים של מפסק טעינה בזרם חילופין ברמה גבוהה ופוזרים (להלן מכשירים משולבים). בהתאם לדרישות המשתמש, הן יכולות להיות מוגדרות כמבנה טנק משותף או מבנה מודולרי.

ביישומים הנדסיים מעשיים, החיבורים החשמליים נוצרות בדרך כלל באמצעות חוטי אסדה מבודדים מוצקים במונטג' עליון או חוטי אסדה פלגיים במונטג' צידי. מבין הפרמטרים הטכנולוגיים השונים, זרם ההעברה של יחידת המכשיר המשולב והיכולת לסגור של יחידת מפסק הטעינה מייצגים אתגרים מפתחים מרכזיים. בנוסף, עקב דאגות גוברות לבטיחות, תקלות קשת פנימיות מושכות תשומת לב הגוברת מצד משתמשים בשנים האחרונות.

1. ניתוח בעיות טכנולוגיות

בפיתוח וביצור של RMUs, יש להתייחס בזהירות לתאים הבאים:

1.1 זרם העברה

זרם ההעברה של מכשיר משולב מתאר את הזרם הסימטרי בשלושת הפאזה בו פונקציית התערובות עוברת מהפוזר למפסק הטעינה. עבור זרמים שמעלים ערך זה, התערובות מתבצעת אך ורק על ידי הפוזרים. עבור טווחי זרמים נמוכים יותר של תקלות, זמני ההתפרקות של הפוזרים בשלושת הפאזה הם משתנים באופן מובנה. הפוזר עם זמן ההתפרקות הקצר ביותר מתפרק ראשון, והמכתש שלו מפעיל את מנגנון הקפיצן כדי לפתוח את מפסק הטעינה.

התערובות של שתי הפאזה השונות תלויה בהשוואה בין מאפייני הזמן-זרם הממשיים של הפוזרים שלהם (כאשר הזרם בשתי הפאזה השונות הוא בערך 87% מהזרם בשלושת הפאזה) לבין זמן הפתיחה של מפסק הטעינה שנתחיל על ידי המכתש של הפוזר הראשון להתפרק. אם זמן ההתפרקות של הפוזר מתאחר, שתי הפאזה השונות מתפרקות על ידי מפסק הטעינה. לכן, התערובות של זרם התקלה בתחום זה מתבצעת בין הפוזר למפסק הטעינה.

זרם ההעברה של המכשיר המשולב נקבע על ידי שני גורמים מרכזיים: זמן הקפיצן של מפסק הטעינה שנתחיל על ידי המכתש של הפוזר ומאפייני הזמן-זרם הממשיים של הפוזר. הזרם המוערך של ההעברה הוא פרמטר טכנולוגי קריטי, המייצג את הזרם המקסימלי שמפסק הטעינה יכול להפריד באופן בטוח. בעת בחירת פוזרים מגבילים זרם, יש להעריך את מאפייני הזמן-זרם שלהם כדי לוודא שהזרם המועבר הנובע יהיה מתחת לזרם המוערך של ההעברה של המכשיר המשולב. זה מבטיח תיאום надежный и безопасный между выключателем нагрузки и предохранителем, обеспечивая эффективную защиту трансформаторов.

1.2 Способность к включению

Во время испытаний выключателя нагрузки иногда происходят неудачные операции включения, которые обычно делятся на две категории: недостижение необходимого количества операций включения или невозможность включения при номинальных короткозамкнутых токах. Анализ результатов испытаний показывает, что такие отказы в основном вызваны чрезмерным износом основных контактов, что снижает их способность пропускать номинальный короткозамкнутый ток.

Поэтому минимизация или предотвращение износа основных контактов является ключевым для достижения успешных результатов испытаний. Исследования и обширные испытания показали, что добавление вспомогательных контактов из медно-хромового сплава с высокой температурой плавления к исходным основным контактам может косвенно защитить основные медные контакты с более низкой температурой плавления. Конкретный подход к дизайну может быть гибко адаптирован в зависимости от используемой структуры контактов — линейного движения или поворотного типа.

2. Выдерживание внутренних дуговых дефектов

Электрическая дуга реагирует агрессивно с окружающим воздухом, вызывая быстрое увеличение температуры и давления. Если ее не удерживать должным образом, она может представлять серьезную опасность для персонала и оборудования. Испытания на внутренние дуговые дефекты должны проводиться отдельно для газового отсека (отсека выключателя) и отсека кабеля RMU. Для успешного прохождения испытаний необходимо выполнить следующие критерии:

• Панели и двери коммутационного оборудования должны оставаться закрытыми; допускается ограниченная деформация.

• Корпус не должен разрушаться, и не должно быть выброшено фрагментов весом более 60 г.

• На доступных поверхностях коммутационного оборудования до высоты 2 м не должно образовываться отверстий.

• Горизонтальные и вертикальные индикаторы, используемые во время испытаний, не должны воспламеняться горячими газами.

• Корпус должен оставаться подключенным к точке заземления на протяжении всего испытания.

2.1 Номинальный ток отключения короткого замыкания

Номинальный ток отключения короткого замыкания комбинированного устройства определяется выбранным предохранителем. Применяются следующие соображения:

• Номинальный ток отключения короткого замыкания предохранителя должен быть больше или равен максимальному расчетному току короткого замыкания в точке установки в распределительной системе.

• Номинальный ток отключения короткого замыкания предохранителя должен быть разумно согласован с номинальным током кратковременной выдержки выключателя нагрузки в комбинированном устройстве.

• Должны быть установлены три предохранителя одной модели и спецификации; в противном случае производительность отключения может быть неблагоприятно затронута.

• Предохранители должны быть правильно и полностью установлены, чтобы обеспечить активацию удара в нужное время и надежное срабатывание механизма срабатывания выключателя нагрузки.

• После работы одного или двух предохранителей все три должны быть заменены, если только не будет достоверно известно, что невыключенные предохранители не пропускали ток.

2.2 Работа на большой высоте

Проектирование герметичных газовых отсеков в RMU обычно основано на работе на высотах ниже 1000 м. На больших высотах воздух становится реже, а атмосферное давление уменьшается. Поскольку плотность внутреннего газа остается постоянной, относительное давление внутри герметичного отсека увеличивается. Это может привести к увеличению механических напряжений на корпусе, что вызывает деформацию и повышенный риск утечки газа. В таких случаях прочность корпуса должна быть соответствующим образом усиленна и проверена испытаниями. Уменьшение давления заполнения газа (или плотности) не является научно обоснованным или рекомендованным решением.

2.3 Контроль содержания влаги

Пункт 6.5.1 стандарта DL/T 791-2001, "Руководство по выбору внутреннего коммутационного оборудования с газовой изоляцией", указывает на содержание влаги в газовых отсеках: "Если номинальное давление заполнения не превышает 0,05 МПа, содержание влаги не должно превышать 2000 мкл/л (по объему)". Другие стандарты не предоставляют конкретных руководств. При производстве RMU считается разумным контролировать содержание влаги на уровне 1000 мкл/л (при 20°C), исходя из следующего:

• Выключатель нагрузки прерывает относительно малые токи (630 А), с максимальным током передачи (около 1500-2200 А).

• Давление заполнения низкое (номинальное 0,03-0,05 МПа), значительно ниже, чем у высоковольтного GIS (около 0,5 МПа).

• Прочность герметизации отличная, что приводит к очень медленному проникновению влаги из внешней среды.

• Результаты испытаний показывают минимальное количество продуктов разложения SF6 после прерывания.

• Во время испытаний образцы не контролировались специально по влаге, однако не было наблюдено отказов из-за избыточной влаги.

Следовательно, полное игнорирование контроля влажности при производстве неоправданно, как и строгое соблюдение ограничений, основанных на изоляции, без учета требований к гашению дуги. На основе многолетнего практического опыта производства и эксплуатации, поддержание содержания влаги на уровне 1000 мкл/л (при 20°C) при производстве является технически обоснованным и разумным.

3. Заключение

RMU производятся и эксплуатируются в Китае уже много лет, демонстрируя зрелую технологию, стабильные характеристики и сильное принятие рынком. Надеемся, что больше производителей войдут в эту область и продолжат исследовать, обсуждать и делиться идеями по техническим проблемам, возникающим в исследованиях, производстве и эксплуатации, тем самым совместно продвигая технологию RMU и способствуя ее непрерывному совершенствованию.