Từ SF₆ đến C4F7N: Tại sao các tiện ích cần nhiều hơn chỉ là một hệ thống GIS mới

Giới thiệu

Ngành truyền tải điện đang bước vào một kỷ nguyên mới.

Trong hơn 50 năm, SF₆ là loại khí cách điện và dập tắt hồ quang được ưa chuộng dùng cho thiết bị đóng cắt điện áp cao, GIS, GIL và cầu dao. Nhờ độ bền điện môi tuyệt vời và hiệu suất chuyển mạch, SF₆ đã trở thành tiêu chuẩn toàn cầu cho thiết bị cách điện bằng khí.

Tuy nhiên, mối lo ngại về môi trường ngày càng tăng và các quy định ngày càng nghiêm ngặt đang đẩy nhanh việc áp dụng các loại khí cách nhiệt thay thế.

Các nhà sản xuất như Hitachi Energy, Siemens Energy, GE Vernova và Mitsubishi Electric đã giới thiệu các giải pháp thiết bị đóng cắt thân thiện với môi trường dựa trên C4F7N, C5-FK, không khí khô và các công nghệ GWP thấp khác.

Hầu hết các cuộc thảo luận đều tập trung vào thiết bị đóng cắt.

Nhưng vẫn còn một câu hỏi thực tế hơn:

Điều gì xảy ra sau khi các hệ thống cách nhiệt bằng khí mới này được lắp đặt?

Câu trả lời rất đơn giản.

Các tiện ích cần nhiều hơn một hệ thống GIS mới.

Họ cần một chiến lược quản lý khí đốt hoàn toàn mới.

Tại sao C4F7N lại trở thành giải pháp thay thế SF₆ phổ biến

C4F7N (fluoronitril) đã nổi lên như một trong những lựa chọn thay thế hứa hẹn nhất cho SF₆ trong các ứng dụng điện áp cao.

Không giống như các hệ thống SF₆ thuần túy, C4F7N thường được sử dụng trong các hỗn hợp được kiểm soát cẩn thận với CO₂ và O₂.

Những loại khí hỗn hợp này có một số lợi thế:

• Tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) thấp hơn đáng kể
• Hiệu suất điện môi tuyệt vời
• Thiết kế thiết bị nhỏ gọn
• Khả năng tương thích với bố trí trạm biến áp hiện có
• Khả năng gián đoạn đáng tin cậy

Do đó, công nghệ C4F7N hiện đang được áp dụng trong GIS, GIL và các máy cắt điện áp cao trên toàn thế giới.

Thử thách tiềm ẩn: Quản lý nhiều công nghệ khí đốt

Hầu hết các trạm biến áp được xây dựng trong hai thập kỷ tới sẽ không hoàn toàn không có SF₆.

Thay vào đó, các tiện ích sẽ vận hành kết hợp:

• SF₆ GIS truyền thống
• thiết bị cách điện SF₆/N₂
• Hệ thống SF₆/CF₄
• GIS khí hỗn hợp C4F7N
• Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí khô

Điều này tạo ra một thách thức hoạt động mới.

Các đội bảo trì phải xác định, kiểm tra, xử lý, phục hồi và nạp lại một số công nghệ khí khác nhau một cách chính xác.

Sử dụng sai loại khí hoặc nồng độ khí không đúng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất cách nhiệt và độ tin cậy của thiết bị.

Thử thách 1: Nhận dạng khí

Với nhiều công nghệ cách nhiệt hoạt động trong cùng một mạng, việc xác định khí trở thành bước đầu tiên trong quá trình bảo trì và vận hành thử.

Các kỹ sư phải nhanh chóng xác định:

• Khí nào có mặt
• Liệu ô nhiễm có tồn tại hay không
• Liệu nồng độ khí có đáp ứng đặc điểm kỹ thuật hay không

Nếu không có nhận dạng thích hợp, lỗi bảo trì ngày càng dễ xảy ra.

Do đó, các trạm biến áp hiện đại yêu cầu thiết bị nhận dạng khí tiên tiến có khả năng phân biệt giữa SF₆, C4F7N, N₂, O₂ và các thành phần khí khác.

Thử thách 2: Xác minh chất lượng khí và tỷ lệ pha trộn

Không giống như thiết bị SF₆ truyền thống, công nghệ khí môi trường phụ thuộc vào thành phần khí chính xác.

Ngay cả những sai lệch nhỏ trong tỷ lệ khí cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất điện môi.

Các tiện ích phải xác minh:

• nồng độ C4F7N
• nồng độ CO₂
• nồng độ O₂
• Độ tinh khiết của khí
• Độ ẩm
• Theo dõi ô nhiễm SF₆

Vì lý do này, phân tích khí đang trở thành một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất trong quá trình vận hành thử và bảo trì định kỳ.

Thử thách 3: Phát hiện rò rỉ khí môi trường

Mặc dù hỗn hợp gốc C4F7N có tác động môi trường thấp hơn nhiều so với SF₆ nhưng sự rò rỉ vẫn tạo ra rủi ro vận hành.

Rò rỉ khí có thể dẫn đến:

• Giảm hiệu suất cách nhiệt
• Tỷ lệ khí không chính xác
• Tăng chi phí bảo trì
• Mất điện ngoài kế hoạch

Khi việc lắp đặt các thiết bị đóng cắt môi trường ngày càng gia tăng, các công nghệ phát hiện rò rỉ chuyên dụng sẽ trở thành một phần thiết yếu của các chương trình bảo trì trạm biến áp.

Thử thách 4: Thu hồi và tái chế khí

Khí cách nhiệt môi trường có giá trị hơn đáng kể so với khí công nghiệp thông thường.

Trong quá trình bảo trì, dự án trang bị thêm hoặc thay thế thiết bị, việc thu hồi khí trở nên quan trọng về mặt kinh tế.

Các tiện ích ngày càng yêu cầu thiết bị có khả năng:

• Thu hồi khí
• Kho chứa khí
• Bơm chân không
• Lọc khí
• Nạp gas

Tái chế khí hiệu quả giúp giảm chi phí vận hành và giảm thiểu thất thoát khí trong suốt vòng đời của thiết bị.

Tiện ích sẽ cần những thiết bị gì?

Quá trình chuyển đổi từ SF₆ sang C4F7N đòi hỏi phạm vi thiết bị kiểm tra và xử lý rộng hơn so với mong đợi ban đầu của nhiều công ty điện lực.

Các yêu cầu điển hình bao gồm:

Những công cụ này giúp đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong toàn bộ vòng đời của thiết bị đóng cắt thân thiện với môi trường.

KSTONE hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang công nghệ khí môi trường như thế nào

Công ty TNHH Phát triển Công nghệ Yushi Thượng Hải (KSTONE) đã mở rộng danh mục đầu tư của mình ngoài thiết bị SF₆ truyền thống để hỗ trợ thế hệ thiết bị đóng cắt thân thiện với môi trường tiếp theo.

KSTONE hiện cung cấp giải pháp quản lý khí C4F7N hoàn chỉnh, bao gồm:

• Máy phân tích hỗn hợp khí KS30-C4 C4F7N
• Máy kiểm tra toàn diện KS30-C4-4 C4F7N
• Máy dò rò rỉ định lượng LF-300-C4
• Bộ trộn khí KSC4-C4-CO₂-O₂
• Hệ thống khôi phục KSC4-30WY/20-400Z C4F7N

Các giải pháp này bao gồm các ứng dụng kiểm tra khí, trộn khí, phát hiện rò rỉ, thu hồi khí và tái chế khí.

Phần kết luận

Quá trình chuyển đổi từ SF₆ sang C4F7N không chỉ đơn thuần là thay thế loại khí này bằng loại khí khác.

Nó đòi hỏi một hệ sinh thái hoàn chỉnh bao gồm các thiết bị thử nghiệm, phân tích, xử lý, phục hồi và bảo trì.

Khi các công ty điện lực tiếp tục triển khai hệ thống GIS và cầu dao thân thiện với môi trường, việc quản lý khí hiệu quả sẽ trở nên quan trọng như chính thiết bị đóng cắt.

Các tổ chức chuẩn bị ngay hôm nay sẽ có vị thế tốt hơn để quản lý thế hệ hệ thống điện cao thế tiếp theo một cách an toàn, hiệu quả và bền vững.