Разработка электротехнического оборудования с элегазовой изоляцией
Повторное использование элегаза в электротехническом оборудовании и его утилизация
разработано
Рабочей группой целевого назначения 01 СИГРЭ B3. 02
P Glaubitz (Convenor),
S Stangherlin (Secretary),
J L Bessede, W Degen, Y Fushimi,
J Henriot, A Holm, G Mauthe, M Meguro,
L Niemeyer, P O'Connell, M Pittroff,
P Prieur, L Roethlisberger,
P Sieber, S Theoleyre
РЕФЕРАТ
В настоящем документе рассматриваются все значительные аспекты рециркуляции элегаза, использованного в электротехническом оборудовании. В нем даются рекомендации по разработке электротехнического оборудования, с использованием элегаза, обеспечивающие возможность рециркуляции газа, предлагаются к применению соответствующие газотехнологические методики и методики по рециркуляции газа, а также описываются важнейшие характеристики газотехнологического оборудования и оборудования для рециркуляции газа. В нем также определяются источники, количества и воздействия загрязняющих примесей, появление которых ожидается в элегазе, используемом в электротехническом оборудовании, и предлагаются стандарты по чистоте, до которой следует очищать элегаз для его безопасного повторного использования. Приводятся методы проверки качества регенерированного газа, как например, предложения по транспортировке газа с различной степенью загрязненности. Кроме того, предлагается принцип утилизации, с помощью которого элегаз может быть выведен из эко-цикла и преобразован в экологически совместимые вещества. Наконец, в документе даются общие рекомендации, которыми пользоваться при проведении газотехнологических операций с элегазом при обращении элегаза, а также рекомендации для изготовителей электротехнического оборудования, пользователей и изготовителей элегаза. Ряд вопросов все еще требует разрешения, они представлены в виде рекомендации для проведения дальнейших работ. В приложениях приведена обширная вводная информация по важнейшим проблемам.
Первая редакция настоящего руководства была опубликована в 1997 г. (документ СИГРЭ № 117); в редакции 2003 г. учтены знания, приобретенные в течение последних 6 лет.
Содержание
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
3.1 Малые потери
3.2 Контроль давления газа/плотности
3.3 Загрязнение газа
3.4 Рециркуляция газа
4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЭЛЕГАЗА В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
4.1 Источник возникновения загрязнений
4.1.1 Загрязнение при проведении газотехнологических операций
4.1.2 Загрязнение при утечке
4.1.3 Загрязнение при десорбции
4.1.4 Разложение при возникновении электрических разрядов
4.1.5 Механическое образование частиц пыли
4.2 Влияние загрязнения
4.3 Максимально допустимые уровни примесей при повторном использовании элегаза в электротехническом оборудовании
4.3.1 Краткий перечень единиц измерения примесей
4.3.2 Отклонение максимально допустимых уровней примесей при повторном использовании.
4.3.3 Взаимосвязь с другими стандартами
5. РЕГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕГАЗА, ИСПОЛЬЗУЕМОГО В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
5.1 Общие соображения
5.2 Классификация газа
5.3 Оборудование для регенерации
5.4 Методики регенерации
5.5 Газ, не подвергающийся воздействию дуги
5.6 Газ, подвергающийся воздействию дуги
5.7 Газ, подвергающийся сильному воздействию дуги
5.8 Проверки качества газа
5.9 Услуги, связанные с элегазом
6. ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА ОТРАБОТАННОГО ЭЛЕГАЗА
6.1 Категории газа
6.2 Хранение
6.3 Транспортные контейнеры
6.4 Способы транспортировки
6.5 Правила транспортировки безрельсовым и морским транспортом
7. ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЦИРКУЛИРУЮЩЕГО ГАЗА
8. УТИЛИЗАЦИЯ ОТРАБОТАННОГО ЭЛЕГАЗА
9. ВЫВОДЫ
10. РЕКОМЕНДАЦИИ
10.1 Общие рекомендации
10.2 Рекомендации изготовителям электротехнического оборудования
10.3 Рекомендации пользователям электротехнического оборудования, проводящим газотехнологические операции
10.4 Рекомендации изготовителям элегаза
11. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДАЛЬНЕЙШИХ РАБОТ
12. ЛИТЕРАТУРА
1 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УХУДШЕНИЕ ИЗ-ЗА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ
2 Коррозия....................................................................................................................................
3 Характеристики газовой изоляции..............................................................................................
4 Характеристики поверхностной изоляции
4.1 Конденсация электропроводной жидкости............................................................................
4.2 Образование Проводящих Поверхностных слоев на Изоляторах из-за Коррозии
4.3 Осаждение проводящих сухих веществ.................................................................................
5 Коммутационная способность....................................................................................................
6 Теплообмен................................................................................................................................
7 Литература к Приложению 1.......................................................................................................
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕРКИ КАЧЕСТВА ЭЛЕГАЗА
1 Влажность..................................................................................................................................
1.1 Приборы для измерения точки росы......................................................................................
1.2 Электронные приборы для измерения точки росы
1.3 Трубки для проведения химических реакций с визуальной индикацией
1.4 Краткое изложение требуемых свойств приборов для измерения точки росы
2 Химически активные Газы (Побочные продукты Разложения элегаза)
3 Химически не активные Газы (воздух и CF4)................................................................................
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ЭЛЕГАЗА
1 Предварительный фильтр для элегаза, подвергающегося сильному воздействию дуги
2 Фильтр для улавливания частиц ................................................................................................
3 Вакуумный насос........................................................................................................................
4 Вакуумный компрессор..............................................................................................................
5 Элегазовый поршневой компрессор...........................................................................................
6 Газовые фильтры/фильтры защиты от влаги
7 Хранение SF6..............................................................................................................................
8 Дозаправка SF6...........................................................................................................................
9 Пример конструкции...................................................................................................................
10 Меры обеспечения безопасности............................................................................................
11 Способность сохранять первичное качество газа
12 Транспортируемость...............................................................................................................
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ВЛАЖНОСТЬ
1 Общие положения......................................................................................................................
2 Устройства для измерения влажности........................................................................................
3 Практика измерения влажности..................................................................................................
3.1 Влияние давления и температуры...........................................................................................
3.2 Зависимость измерений содержания влаги и измерений точки росы
4 Основной Уровень содержания влаги в Оборудовании
ВВЕДЕНИЕ
Гексафторид серы, элегаз, является важнейшим веществом для высоковольтного электрического оборудования, и представляет собой тепличный газ с долгой продолжительностью пребывания в атмосфере [1.1]. В последних полученных данных приводятся более низкие, но все еще значительные цифры [1.2]. По этому вопросу РГ 23.02 СИГРЭ подготовила 2 статьи [1.3] и [1.4]. В первой обсуждаются все возможные воздействия элегаза на окружающую среду, а во второй утверждается, что вклад элегаза в полный искусственный парниковый эффект в 1999 составлял менее 0.1 %.
Так как большая часть элегаза, приобретенного электротехнической промышленностью, предназначена для использования во вновь устанавливаемом герметизированном электротехническом оборудовании, его вклад в наблюдаемую глобальную интенсивность испускания незначителен. Однако, ввиду долговечности элегаза в атмосфере, отмеченной в [1.1], [1.2], [1.3] и [1.4] выброс элегаза из электротехнического оборудования должен быть сведен к минимуму путем предотвращения преднамеренного выброса и систематической рециркуляции. Под термином «рециркуляция», понимают, восстановление и повторное использование, дальнейшую очистку газа, который не может быть быстро регенерирован, и экологически совместимым образом выведен из эко-цикла. Пользователи электротехнического оборудования с элегазовой изоляцией практикуют рециркуляцию элегаза до различной степени. Однако пользователям не достает всестороннего руководства, охватывающего все аспекты рециркуляции элегаза. Этот документ - попытка заполнить нишу путем выдачи рекомендаций по удобному для рециркуляции электротехническому оборудованию, с описанием источника и влияния загрязнения элегаза, а также допустимых примесей газа, предназначенного для многократного использования. Кроме того, дается анализ соответствующего оборудования и методик регенерации, хранения, транспортировки и методик повторного использования, а также методик проведения газотехнологических операций с газом аза, который не может многократно использоваться.
Так как элегаз, применяемый в электротехническом оборудовании, по существу, содержится, а не расходуется или сбрасывается в атмосферу, то рециркуляция может рассматриваться как часть газотехнологических операций. Поэтому, потребители элегаза должны выработать стратегию по сведению к минимуму потерь элегаза в атмосферу, посредством снижения потерь от утечки из оборудования, а также посредством систематической рециркуляции. Эта стратегия должна поддерживаться соответствующими стандартами, методиками и оборудованием. Получаемые от этого выгоды:
· Согласованность с общественной политикой, направленной на устранение выбросов искусственных газов в окружающую среду;
· Сохранение ценного материала;
· Демонстрация сознательной деятельности, направленной на сокращение выбросов без официальных директив органов власти.
В прошлом задача сокращения потерь от утечки из оборудования была проблемной. Разработка газоизолированного оборудования вызвала интенсивность утечки порядка 0.1% в год. Существуют также герметизированные барические системы, не требующие проведения никаких газотехнологических операций в течение всего срока их службы. [1.5].
Желательно, как с экологической, так и с экономической точек зрения, хранить элегаз при низком уровне загрязнения за счет осторожного с ним обращения так, чтобы он мог использоваться многократно.
Элегаз должен использоваться многократно при разработке оборудования, проведении испытаний изделий, вводе их в экcплуатацию, техническом обслуживании, проведении ремонтных работ и выводе из эксплуатации. Его также можно перекачивать из оборудования, производство которого постепенно прекращается, во вновь монтируемое оборудование. Таким образом, он проходит непрерывный цикл повторного использования.
Такое систематическое повторное использование элегаза требует, чтобы газ хранился с заданным уровнем качества, при котором он может исполнять свои функции. Это может быть достигнуто надлежащим обращением с газом и его регенерацией.
При наличии должным образом разработанного и обслуживаемого оборудования для регенерации, почти всегда можно снизить содержание влаги и химически активных побочных продуктов при повторном использовании до допустимых примесных уровней.
Только в редких случаях газ не может быть достаточно очищен на месте эксплуатации, например, в результате чрезмерного загрязнения химически не реактивными газами типа воздуха и / или CF4. В этих случаях, очистительный процесс на месте эксплуатации предусматривает транспортировку однократно используемого газа как нетоксичного газа, подобного новому элегазу для проведения очистки на предприятии, занимающемся рециркуляцией, с целью его многократного использования. Такой сторонний процесс очистки приводит к тому, что для утилизации приходится обрабатывать только малую часть отходов.
Успешное проведение газотехнологических операций с элегазом и его рециркуляция требуют:
- Знания источника и количества загрязняющих примесей, ожидаемых в элегазе, использованном в электротехническом оборудовании;
- Электротехнического оборудования, разработанного для облегчения рециркуляции;
- Стандартов по чистоте регенерированного элегаза, предназначенного для повторного использования в электротехническом оборудовании;
- Соответствующего оборудования для проведения газотехнологических операций и рециркуляции;
- Соответствующих методик проведения газотехнологических операций и рециркуляции;
- Методов проверки качества регенерированного газа;
- В свете долгосрочных перспектив, дополнительно, требуется концепция утилизации, в соответствии с которой элегаз может быть выведен из эко-цикла путем преобразования в экологически совместимые субстанции.
Эти 7 проблем и рассматриваются в настоящем документе.
Для анализа компетентности потребителей элегаза по проблемам проведения газотехнологических операций с элегазом и его рециркуляции, РГ 23 - 02 СИГРЭ была разослaна потребителям элегаза (изготовителям элегазового оборудования и электростанциям) анкета, на которую ответили приблизительно 50 организаций.
ПО результатам этого опроса можно сделать следующие выводы:
(1) В настоящее время практически отсутствует согласованность в подходе к осуществлению на практике газотехнологических операций и рециркуляции элегаза .
(2) Только потребители высоковольтных комплектных распределительных устройств (КРУЭ) систематически рециркулируют элегаз. При наличии другого электротехнического оборудования, использующего малые количества элегаза, рециркуляция зачастую не проводится.
(3) Причинами, по которым не проводится рециркуляция элегаза, являются стоимость оборудования и рабочей силы, а также
чрезвычайно строгие требования к чистоте, продиктованные стандартом МЭК 60376, для нового газа, и заданные некоторыми изготовителями для обеспечения технического состояния оборудования.
(4) Имеющееся в продаже оборудование для проведения газотехнологических операций и рециркуляции элегаза варьируется от самого простого до очень сложного.
(5) Применяемое в настоящее время оборудование для проведения газотехнологических операций и рециркуляции элегаза постоянно модернизируется и является частично несовместимым.
(6) Применяемые критерии чистоты рециркулирующего газа изменяются в широком диапазоне.
(7) Количественные данные по фактическим потерям от утечки и при проведении газотехнологических операций часто являются недостаточными.
(8) Ориентировочная стоимость / экономический эффект от рециркуляции чрезвычайно широко варьируются.
Основной вывод:
Признается необходимость проведения рециркуляции элегаза, однако срочно необходимы всеобъемлющие рекомендации по проведению газотехнологических операций и рециркуляции, а также практические стандарты по чистоте регенерированного элегаза, который требуется многократно использовать в электротехническом оборудовании. Продолжающийся в настоящее время пересмотр публикации МЭК 60480 имеет своей целью отвечать этим требованиям.
В настоящем документе даются основные принципы таких рекомендаций и предложения для будущего стандарта по чистоте.
Первый вариант этого руководства был опубликован в 1997 (документ СИГРЭ N. 117); в новой редакции 2003 г. учитываются знания, приобретенные в течение последних 6 лет.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем документе используется ряд терминов, которые требуют разъяснения, они приведены ниже:
Рециркуляция:В контексте настоящего документа под этим термином понимаются следующие описываемые процессы восстановления, регенерации, хранения, повторного использования, проведения газотехнологических операций и утилизации.
Регенератор:Устройство очистки отработанного газа для повторного использования
Регенерированный газ:Газ, обработанный регенератором.
Восстановление:Перекачивание газа из электротехнического оборудования в регенератор или контейнер для хранения.
Хранение:Промежуточное хранение регенерированного газа.
Повторное использование:Использование регенерированного газа для заполнения нового или существующего электрооборудования.
Контроль качества газа:Проверка регенерированного газа на соответствие требованиям по чистоте при повторном использовании.
Проведение дополнительных газотехнологических операций:Дополнительный процесс очистки газа, который не удовлетворяет необходимым условиям по чистоте при повторном использовании.
Утилизация:Преобразование газа в вещества, которые могут либо использоваться для других целей, либо утилизироваться экологически совместимым способом.
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Малые потери
Были проведены международные дискуссии, посвященные вопросам снижения выбросов в атмосферу всех тепличных газов, и, в результате многие потребители элегаза сосредоточили свое внимание на сокращение своих потерь. Утечки элегаза и потери в результате проведения газотехнологических операций составили значительную часть этих выбросов.
В течение всего срока службы характеристики надежности зависят от оптимизированного качества всех компонентов коммутационной аппаратуры. С точки зрения утечек элегаза большое значение имеет качество герметизации, включая материал, процесс механической обработки, конструктивное исполнение прокладок и сам изолирующий материал. Герметичность газоизолированной коммутационной аппаратуры в течение всей продолжительности эксплуатации является не только условием надежного функционирования коммутационной аппаратуры, но также и предотвращения утечек элегаза.
Конструктивные исполнения уплотнений варьируются между одинарным кольцевым уплотнением, применяемым в качестве статической изоляции, типа фланцевых соединений оболочки, до множественных уплотнений с закрытыми смазочными коробками для вращающихся уплотнений и осевой динамической изоляции.
Элегазовая технология непрерывно совершенствуется, начиная с 1964, когда элегаз начал использоваться в коммутационной аппаратуре. Много фундаментальных исследований элегазовых уплотнительных систем было проведено, с точки зрения материалов, размеров, поверхностей и т.д. Кроме того, была разработана технология обработки всех типов фланцевых соединений и контактных поверхностей, предотвращающая коррозию.
Большая часть смонтированного в настоящее время электротехнического оборудования с элегазовой изоляцией разработана на низкие интенсивности утечки в соответствии с международными стандартами МЭК 60694 (будущий 62271 часть 1), МЭК 62271 часть 100 (бывший 60056), МЭК 60298 (будущий 62271 часть 200), МЭК 60517 (будущий 62271 часть 203), МЭК 61634 (будущий 62271 часть 303) , а также национальными стандартами.
При таких условиях можно гарантировать создание конструкции с интенсивностью утечки менее 1 %/в год на отсек. В настоящее время, в стандартах на электротехническое оборудование с элегазовой изоляцией. Предварительные данные, полученные от электростанций, указывают, что фактические скорости утечки в эксплуатационном оборудовании - часто значительно ниже, по опыту скорость утечки в течение более 30 лет в среднем была менее 0.5 %/год, а в некоторых случаях, благодаря конструктивному исполнению отсеков, даже менее < 0.1 %/год.
Для распределения энергии, изготавливаются герметизированные барические системы, в которых достигаются скорости утечки менее 0.1 %. Для нового оборудования перерабатывается стандарт МЭК 62271 часть 1 раздел 203, на предмет снижения допустимой скорости утечки до менее 0.5%/год. Обсуждался вопрос снижения этого значения даже до 0.1 %. Однако это предложенное предельное значение может быть измерено только в лабораторных условиях, и поэтому неприемлемо при эксплуатации. Все будущее оборудование должно быть полностью разработано на скорость утечки установки менее 0.1 % /год. До тех пор пока не появится возможность проведения более чувствительных приемо-сдаточных испытаний, необходимо пользоваться при проведении приемо-сдаточных испытаний лучшими из имеющихся методов контроля скорости утечки из испытательных установок. В последние годы разработка коммутационной аппаратуры с элегазовой изоляцией была в основном направлена на сокращение используемых материалов и затрат при чрезвычайно высокой надежности.
В результате на рынке появились очень компактные конструкции подстанций со следующими изменениями по отношению к более старому оборудованию:
- Сокращение до 98% занимаемых площадей по сравнению с комплектными распредустройствами с воздушной изоляцией;
- Уменьшение до 75% объема SF6;
- Поставка полностью замкнутых и испытанных узлов ячейки до 245 кВ;
- Скорости утечки менее 0.5 % в год на отсек.
Однако, следует упомянуть, что потери элегаза - не только вопрос конструктивного исполнения. Выполнение газотехнологических операций с элегазом во время монтажа и при техобслуживании вносит большой вклад в интенсивность общих потерь элегаза. В то время как в прошлом техобслуживание главным образом проводилось по временному критерию, и иногда оказывалось просто ненужной работой, в настоящее время в основном проводится техническое обслуживание в зависимости от состояния оборудования. Только специалисты и квалифицированный персонал, умеющие обращаться с элегазом, могут проводить необходимое техническое обслуживание.
Для снижения в максимальной степени потерь при проведении газотехнологических операций распредустройства разрабатывают таким образом, чтобы свести к минимуму продолжительность газотехнологических операций, а процессы монтажа, обслуживания и ремонта описываются изготовителями максимально подробно.
3.2 Контроль давления / плотности газа
Коммутационная аппаратура может правильно функционировать только в том случае, если в отдельных газовых отсеках имеется заданная плотность газа. В случае пробоя или недопустимого отклонения срабатывают визуальный и-или звуковой аварийные сигналы. И только, если эти отклонения достигают таких значений, что штатное функционирование больше не может поддерживаться, срабатывают автоматические блокировки.
Однако, точность обычно применяемых газовых контрольно-измерительных устройств позволяет подавать аварийный сигнал после утечки от 5 до 10 % газа. Оборудование разработано таким образом, чтобы нормально функционировать при такой потере газа, и при этом все еще иметь запас прочности.
Давление/плотность газа в отсеке должны контролироваться непрерывно по показаниям контрольно-измерительного устройства и посредством анализа тенденции изменения давления / плотности газа в зависимости от времени. Если давление/плотность газа снижается на измеримые значения, учитывая, что давление изменяется в зависимости от температуры, в то время как плотность независима, то срочно должны быть приняты корректирующие меры.
Начальная стадия добавления газа для восстановления газосодержания, необходимого для нормальной эксплуатации, должна сопровождаться операцией определения места и устранения утечки. Довольно большие утечки, допускаемые системами текущего контроля газа не должны подразумевать, что большие скорости утечки являются либо нормальными, либо приемлемыми.
Современные системы контроля газа, с помощью которых осуществляется непрерывное измерение содержания элегаза (плотности), предоставляют информацию о скорости утечки, позволяющую выявить небольшие утечки на ранней стадии.
Загрязнение газа
Отсеки оборудования, в особенности, выполняющие операции коммутации, такие как разъединители, выключатели нагрузки, выключатели, всегда оснащаются адсорбером, размеры которых выбираются такими, чтобы они могли поглощать не только влагу, но и все химически активные, коррозионные и токсичные продукты распада, которые могут образовываться в течение максимально заданного рабочего цикла (более подробно, см. Главу 4).
Рециркуляция газа
Следующие конструктивные особенности газоизолированного электротехнического оборудования способствуют успешному применению рециркулированного газа:
(1) Удаление внутренними адсорберами продуктов разложения и влаги сохраняет уровни загрязнения газа очень низкими , и, таким образом, облегчают очистку газа в процессе рециркуляция.
(2) Уменьшение газового объема и давления уменьшает количество газа, которое должно быть рециркулировано.
(3) Деление оборудования на замкнутые отсеки ограничивает количество газа, которое должно быть рециркулировано, особенно при возникновении дугового пробоя, когда требуется обработать сильно загрязненный элегаз
(4) Уплотнительные системы, которые разработаны, таким образом, чтобы выдерживать, как давление, так и вакуум, который может возникнуть в ходе откачивания/заполнения, и избегать возможного загрязнения элегаза воздухом и влагой.
(5) Наличие штуцеров и стопорных клапанов предотвращает случайные утечки газа или загрязнение воздухом в результате ошибки из-за неправильного [неумелого] обращения.
(6) Сокращение внешних газопроводов снижает утечку от коррозии или в результате механического повреждения.
Вышеупомянутые особенности могут реализовываться прямым способом, с учетом термических и механических аспектов, и внедрены в большей части современного оборудования. Старое оборудование может быть модернизировано при проведении техобслуживания по относительно низкой цене.