Teknisk analys intern bågefelståndhållning och optimering av SF6 fullt isolerade gasisoleringsslingor (RMUs)

SF6 fullt isolerade gasisoleringssvingdörrar (hädanefter kallade RMU) består huvudsakligen av belastningsbrytare och högspännings-AC-belastningsbrytare-fusenhet (hädanefter kallade kombinationsenheter). Beroende på användarnas behov kan de konfigureras som antingen gemensamma tankar eller enhetsstrukturer.

I praktiska ingenjörstillämpningar etableras elektriska anslutningar vanligtvis med hjälp av antingen överstmonterade solidisolereda busbarer eller sidomonterade inpluggningsbara busbarer. Bland de olika tekniska parametrarna representerar överföringsströmmen för kombinationsenheten och stängningsförmågan för belastningsbrytaruniteten viktiga utmaningar i utvecklingen. Dessutom har interna bågfel under de senaste åren dragit allt mer uppmärksamhet från användare på grund av ökande säkerhetsbekymmer.

1. Analys av tekniska problem

Under utveckling och produktion av RMU kräver följande aspekter noggrann övervägning:

1.1 Överföringsström

Överföringsströmmen för en kombinationsenhet refererar till den trefasiga symmetriska strömmen vid vilken avbrytningsfunktionen övergår från fuset till belastningsbrytaren. För strömmar som överstiger detta värde utförs avbrott endast av fusen. Inom lägre felströmsintervall visar smältningstiderna för de tre fasernas fuser inbyggd variabilitet. Fuset med den kortaste smältningstiden avbryter först, och dess släger aktiveras, vilket utlöser mekanismen för att öppna belastningsbrytaren.

Avbrottet av de återstående två faserna beror på en jämförelse mellan de faktiska tids-strömskarakteristikerna för respektive faser (där strömmen i de återstående två faserna är ungefär 87% av den trefasiga strömmen) och öppningstiden för belastningsbrytaren initierad av släggen från det först avbrytande fuset. Om smältningen dröjer ut avbryts de återstående två faserna av belastningsbrytaren. Således delas felströmsavbrott inom detta intervall mellan fuset och belastningsbrytaren.

Överföringsströmmen för kombinationsenheten bestäms av två viktiga faktorer: utlösningstiden för belastningsbrytaren initierad av fusesläggen och de faktiska tids-strömskarakteristikerna för fuset. Den nominella överföringsströmmen är en kritisk teknisk parameter som representerar den maximala strömmen som belastningsbrytaren kan avbryta på ett säkert sätt. Vid val av strömavbrytande fuser måste deras tids-strömskarakteristika utvärderas för att säkerställa att den resulterande överföringsströmmen ligger under den nominella överföringsströmmen för kombinationsenheten. Detta säkerställer en tillförlitlig och säker samordning mellan belastningsbrytaren och fuset, vilket möjliggör effektiv skydd av transformatorer.

1.2 Stängningsförmåga

Under provning av belastningsbrytare inträffar ibland misslyckade stängningsoperationer, vilka generellt faller inom två kategorier: oförmåga att uppfylla det krävda antalet stängningsoperationer eller oförmåga att stänga vid nominell kortslutningsström. Analyser av provresultaten indikerar att sådana misslyckanden främst orsakas av överdriven erosion av huvudkontakter, vilket nedsätter deras förmåga att bära nominell kortslutningsström.

Därför är det avgörande att minimera eller förhindra erosion av huvudkontakter för att nå framgångsrika provresultat. Forskning och omfattande provning har visat att tillägg av hjälpkontakter gjorda av koppar-kromlegering med högt smältpunkt kan indirekt skydda de lägre smältpunktskopparhuvudkontakter. Den specifika designansatsen kan flexibelt anpassas beroende på den kontaktkonstruktion som används, oavsett om det är linjär rörelse eller rotationsbladstyp.

2. Motståndskraft mot interna bågfel

En elektrisk båge reagerar våldsamt med omgivande luft, vilket leder till snabba temperatur- och tryckökningar. Om den inte hålls in kan den utgöra allvarliga risker för personal och utrustning. Interna bågfelförsök bör genomföras separat för gasfacket (brytarfacket) och kabelfacket i RMU. För att passera testet måste följande kriterier uppfyllas:

• Panlar och dörrar på brytarmaskinen måste vara stängda; begränsad deformation är acceptabel.

• Höljet får inte spricka, och inga fragment tyngre än 60 g får ej skjutas ut.

• Inga hål får bildas på tillgängliga ytor på brytarmaskinen upp till en höjd av 2 m.

• Horisontella och vertikala indikatorer som används under testet får inte tändas av varma gaser.

• Höljet måste vara anslutet till jordningspunkten under hela testet.

2.1 Nominell kortslutningsavbrottsström

Nominell kortslutningsavbrottsström för kombinationsenheten bestäms av det valda fuset. Följande överväganden gäller:

• Fusets nominella kortslutningsavbrottsström måste vara större än eller lika med den maximala förväntade felströmmen vid installationspunkten i distributionsnätet.

• Fusets nominella kortslutningsavbrottsström måste vara rimligt matchad med belastningsbrytarens nominella korttidsuthållighetsström inom kombinationsenheten.

• Tre fuser av samma modell och specificering måste installeras; annars kan avbrottsprestandan påverkas negativt.

• Fuser måste korrekt och helt installeras för att säkerställa att släggen aktiveras vid rätt tidpunkt och pålitligt utlöst belastningsbrytarens utlösarmekanism.

• Efter att ett eller två fuser har fungerat ska alla tre ersättas om det inte är säkert att de ofusede fuserna inte bar ström.

2.2 Drift vid högaltitud

Designen av gasfack i RMU är vanligtvis baserad på drift vid höjder under 1 000 m. På högre höjder blir luften tunnare och atmosfärstrycket minskar. Eftersom den interna gasdensiteten förblir konstant, ökar det relativa trycket inuti det sigillade facket. Detta kan leda till ökad mekanisk spänning på höljet, vilket resulterar i deformation och en högre risk för gasläckage. I sådana fall bör höljes styrka lämpligt förstärkas och verifieras genom test. Att minska gasfyllningstrycket (eller densiteten) är inte en vetenskapligt välgrundad eller rekommenderad lösning.

2.3 Kontroll av fuktinnehåll

Paragraf 6.5.1 i DL/T 791-2001, Riktlinjer för urval av inomhus AC-gasisoleringssvingdörrar, anger fuktinnehåll i gasfack: "När den nominella fyllningstrycket inte överstiger 0,05 MPa får fuktinnehållet inte överstiga 2 000 µL/L (per volym)." Andra standarder ger inte specifika riktlinjer. I RMU-produktion anses kontroll av fuktinnehåll på 1 000 µL/L (vid 20°C) vara rimligt, baserat på följande:

• Belastningsbrytaren avbryter relativt små strömmar (630 A), med en maximum överföringsström (ungefär 1 500–2 200 A).

• Fyllningstrycket är lågt (nominellt 0,03–0,05 MPa), betydligt lägre än för högspännings GIS (cirka 0,5 MPa).

• Siggens prestanda är utmärkt, vilket resulterar i mycket långsam fukttillförsel från det externa miljön.

• Provresultat visar minimal SF6-dekomposition efter avbrott.

• Under testning kontrollerades proverna inte avsiktligt för fukt, men inga misslyckanden på grund av för mycket fukt observerades.

Därför är det obegripligt att helt ignorera fuktkontroll under produktion, liksom att strikt hålla sig till isoleringsbaserade gränser utan att ta hänsyn till bågbrytningskrav. Baserat på årtals praktisk produktion och driftserfarenhet, är det både tekniskt välgrundat och rimligt att bibehålla fuktinnehåll på 1 000 µL/L (vid 20°C) under tillverkning.

3. Slutsats

RMU har producerats och drivits i Kina i många år, vilket visar en mogna teknologi, stabilt beteende och stark marknadsacceptans. Det hoppas att fler tillverkare kommer att gå in på detta område och fortsätta att utforska, diskutera och dela insikter om de tekniska utmaningar som uppstår i forskning, produktion och drift, för att tillsammans främja RMU-tekniken och bidra till dess kontinuerliga förbättring.