Технічний аналіз, витривалість на внутрішні дугові замикання та оптимізація повністю ізольованих газонаповнених кільцевих головних пультів (RMUs) з SF6
Повністю ізольовані газові кільцеві головні блоки (далі - RMU) на основі SF6 в основному складаються з блоків комутаційних пристроїв та комбінованих пристроїв високого напруги (далі - комбіновані пристрої). В залежності від потреб користувача, вони можуть бути сконфігуровані як спільнобакова або модульна структура.
У практичних інженерних застосуваннях, електричні з'єднання зазвичай встановлюються за допомогою верхньо-розташованих твердих ізоляційних шин або бічно-розташованих шин з'єднання. Серед різноманітних технічних параметрів, перетворювальний струм комбінованого пристрою та здатність до закриття комутаційного пристрою представляють ключові виклики у розробці. Крім того, через зростання безпекових побоювань, внутрішні дугові аварії останнім часом все більше залучають увагу користувачів.
1. Аналіз технічних питань
Під час розробки та виробництва RMU, слід обережно врахувати наступні аспекти:
1.1 Перетворювальний струм
Перетворювальний струм комбінованого пристрою вказує на трифазний симетричний струм, при якому функція переривання переходить від плавкого пристрою до комутаційного пристрою. Для струмів, що перевищують це значення, переривання виконується лише плавкими пристроями. У нижчих діапазонах аварійних струмів, часи плавлення трифазних плавких пристроїв мають власну варіативність. Плавкий пристрій, який має найкоротший час плавлення, перериває першим, і його ударник активується, запускаючи механізм відключення для відкриття комутаційного пристрою.
Переривання двох залишилися фаз залежить від порівняння фактичних характеристик часу-струму їхніх відповідних плавких пристроїв (де струм у двох залишилися фазах приблизно становить 87% від трифазного струму) та часу відкриття комутаційного пристрою, запущеного ударником першого перериваючого плавкого пристрою. Якщо плавлення плавкого пристрою затримується, дві залишилися фази перериваються комутаційним пристроєм. Таким чином, переривання аварійного струму в цьому діапазоні розподіляється між плавким пристроєм та комутаційним пристроєм.
Перетворювальний струм комбінованого пристрою визначається двома ключовими факторами: часом відключення комутаційного пристрою, запущеного ударником плавкого пристрою, та фактичними характеристиками часу-струму плавкого пристрою. Номінальний перетворювальний струм є важливим технічним параметром, що представляє максимальний струм, який комутаційний пристрій може безпечне перервати. При виборі плавких пристроїв обмеження струму, їхні характеристики часу-струму повинні бути оцінені, щоб забезпечити, що отриманий перетворювальний струм є нижчим за номінальний перетворювальний струм комбінованого пристрою. Це забезпечує надійне та безпечне координаційне взаємодію між комутаційним пристроєм та плавким пристроєм, що дозволяє ефективну захист трансформаторів.
1.2 Здатність до закриття
Під час тестування комутаційних пристроїв, іноді відбуваються неуспішні операції закриття, як правило, вони поділяються на дві категорії: невідповідність необхідній кількості операцій закриття або неможливість закриття при номінальному короткочасному струмі. Аналіз результатів тестів показує, що такі невдачі в основному викликані надмірними ерозіями основних контактів, що погіршує їхню здатність проводити номінальний короткочасний струм.
Тому, мінімізація або запобігання ерозії основних контактів є ключовою для досягнення успішних результатів тестів. Дослідження та розширений тестування показали, що додавання допоміжних контактів з високоплавкої мідно-хромової сплаву до оригінальних основних контактів може прямо захищати основні контакти з нижчою температурою плавлення. Специфічний підхід до проектування може бути гнучко адаптований відповідно до використаної конструкції контактів - чи лінійного руху, чи поворотного типу.
2. Суперечка внутрішнім дуговим аваріям
Електрична дуга сильно взаємодіє з оточуючим повітрям, що призводить до швидкого зростання температури та тиску. Якщо її правильно не зберегти, вона може створити серйозні ризики для особистого складу та обладнання. Тести внутрішніх дугових аварій повинні проводитися окремо для газового відсіку (комутаційного відсіку) та кабельного відсіку RMU. Для проходження тесту, повинні бути виконані наступні критерії:
Панелі та двері комутаційного пристрою повинні залишатися закритими; обмежена деформація допустима.
Оболонка не повинна розриватися, і жодні фрагменти важчі 60 г не повинні вилітати.
На доступних поверхнях комутаційного пристрою до висоти 2 м не повинні утворюватися отвори.
Горизонтальні та вертикальні індикатори, використовувані під час тесту, не повинні запалюватися гарячими газами.
Оболонка повинна залишатися з'єднаною з точкою заземлення протягом всього тесту.
2.1 Номінальний короткочасний струм відключення
Номінальний короткочасний струм відключення комбінованого пристрою визначається вибраним плавким пристроєм. На наступні розгляди впливають:
Номінальний короткочасний струм відключення плавкого пристрою повинен бути більшим або дорівнювати максимально можливому аварійному струму в точці встановлення в системі розподілу.
Номінальний короткочасний струм відключення плавкого пристрою повинен бути розумно співвіднесений з номінальним короткочасним струмом витримки комутаційного пристрою в комбінованому пристрої.
Повинні бути встановлені три плавких пристрої однакової моделі та специфікації; інакше, характеристики переривання можуть бути неблагополучно вплинуті.
Плавкі пристрої повинні бути правильно та повністю встановлені, щоб забезпечити, що ударник активується в потрібний час та надійно запускає механізм відключення комутаційного пристрою.
Після роботи одного або двох плавких пристроїв, всі три повинні бути замінені, якщо не впевнено, що неперервані плавкі пристрої не проводили струм.
2.2 Робота на високогір'ї
Дизайн герметичних газових відсіків RMU зазвичай базується на роботі на висоті нижче 1000 м. На вищих висотах повітря стає рідше, а атмосферний тиск зменшується. Оскільки внутрішня густина газу залишається постійною, відносний тиск всередині герметичного відсіку збільшується. Це може призвести до збільшення механічного напруження на оболонку, що призводить до деформації та вищого ризику витоку газу. У таких випадках, міцність оболонки повинна бути відповідно підсиблена та перевірена через тестування. Зниження тиску заповнення газу (або густини) не є науково обґрунтованим або рекомендованим рішенням.
2.3 Контроль вмісту вологи
Розділ 6.5.1 DL/T 791-2001, «Керівництво з вибору внутрішніх комутаційних пристроїв з газовою ізоляцією», вказує на вміст вологи в газових відсіках: «Коли номінальний тиск заповнення не перевищує 0,05 МПа, вміст вологи не повинен перевищувати 2000 мкЛ/л (за об'ємом).» Інші стандарти не надають конкретних рекомендацій. При виробництві RMU, контроль вмісту вологи на рівні 1000 мкЛ/л (при 20°C) вважається розумним, на основі наступного:
Комутаційний пристрій перериває відносно малі струми (630 A), з максимальним перетворювальним струмом (приблизно 1500-2200 A).
Тиск заповнення низький (номінальний 0,03-0,05 МПа), значно нижчий, ніж у високовольтних GIS (приблизно 0,5 МПа).
Міцність запечатки відмінна, що призводить до дуже повільного проникнення вологи ззовні.
Результати тестів показують мінімальні продукти розкладу SF6 після переривання.
Під час тестів, зразки не контролювалися відносно вологи, але не було спостережено відмов через надмірну вологу.
Отже, повна небрежність до контролю вологи під час виробництва є необґрунтованою, як і строге дотримання меж ізоляції без врахування вимог до гасіння дуг. На основі років практичного виробництва та експлуатації, підтримання вмісту вологи на рівні 1000 мкЛ/л (при 20°C) під час виробництва є технічно обґрунтованим та розумним.
3. Висновок
RMU виготовляються та експлуатуються в Китаї протягом багатьох років, демонструючи зрілу технологію, стабільну продуктивність та сильну ринкову прийнятність. Сподівається, що більше виробників вступить у цю галузь та продовжить досліджувати, обговорювати та ділитися думками щодо технічних викликів, з якими стикаються під час досліджень, виробництва та експлуатації, щоб разом підвищувати технологію RMU та сприяти її постійному покращенню.
