Sáu mươi năm sau khi ngành công nghiệp điện được coiBộ ngắt mạch SF6Là "Chén Thánh của hồ quang dập tắt", khí này đã từng viết lại lịch sử truyền tải và chuyển đổi quyền lực đang phải đối mặt với những nghi ngờ chưa từng có. Khi Thỏa thuận khí hậu toàn cầu liệt kê SF6 là khí đốt được kiểm soát và khi các vụ tai nạn rò rỉ thiết bị GIS thường xuyên xảy ra, ngành công nghiệp phải đối mặt với thực tế là "anh hùng" này chịu trách nhiệm nặng nề của hoạt động an toàn của hệ thống điện đang trở thành một cái cùm kỹ thuật hạn chế sự phát triển bền vững của ngành?
I. Rủi ro môi trường: Bom thời gian sinh thái ẩn
1. Tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) vượt quá tiêu chuẩn
Giá trị GWP của SF6 cao tới 23.500 (tương đương CO2). Một thiết bị GIS 550kV duy nhất rò rỉ 1kg SF6 tương đương với việc phát ra 23,5 tấn CO2. Theo dữ liệu lưới điện của EU, rò rỉ SF6 hàng năm ở châu Âu đạt 270 tấn và hiệu ứng nhà kính được tạo ra tương đương với 6,3 triệu tấn khí thải CO2.
2. Khủng hoảng cuộc sống khí quyển
Khí có thể vẫn còn trong khí quyển trong tối đa 3.200 năm, vượt xa chu kỳ 200- năm của CO2. Các quan sát của NASA đã xác nhận rằng nồng độ SF6 toàn cầu đang tăng với tốc độ hàng năm là 8,6%, tạo thành tích lũy môi trường không thể đảo ngược.
3. Độc tính của các sản phẩm phân hủy
SF4, SOF2 và các chất khác được tạo ra bằng cách arcing có tính ăn mòn cao. Có một trường hợp ở Thụy Sĩ, nơi thất bại của thiết bị GIS gây ra ngộ độc cấp tính của các nhà khai thác trạm biến áp.
Ii. Chi phí vận hành và bảo trì lỗ đen: Nghịch lý kinh tế của toàn bộ vòng đời
| Mục chi phí | Bộ ngắt mạch SF6 | Bộ ngắt mạch chân không |
| Đầu tư ban đầu | $ 450, 000 (mức 145kV) | $ 280, 000 (cùng điện áp) |
| Chi phí bảo trì hàng năm | $ 18, 000 (bao gồm cả quản lý khí) | $6,500 |
| Chi phí xử lý ngừng hoạt động | $ 25, 000 (Phục hồi khí + Tinh chế) | $3,200 |
| Chi phí thuế carbon (EU) | $ 7.500/tấn SF6 tương đương | 0 |
Lưu ý: Dữ liệu đến từ Giấy trắng vòng đời thiết bị 2023 của ABB.
Iii. Tổ chức tắc nghẽn công nghệ tiến hóa
1. Thiết kế của buồng dập tắt hồ quang được củng cố
Để duy trì hiệu quả dập tắt hồ quang cao của SF6, bộ ngắt mạch phải duy trì áp suất khí nhiều hơn 0. 6MPa, dẫn đến độ dày thành buồng vòng cung là 35mm (5 lần so với buồng cung chân không), hạn chế sự phát triển của thiết bị thu nhỏ.
2. Sự thỏa hiệp khí hỗn hợp
Mặc dù việc sử dụng khí hỗn hợp SF6/N2 có thể làm giảm giá trị GWP 80%, khả năng dập tắt vòng cung bị suy giảm 42%. Các phép đo thực tế tại một trạm chuyển đổi ở Đức cho thấy thời gian sử dụng của bộ ngắt mạch khí hỗn hợp được mở rộng đến 21ms khi phá vỡ dòng điện 31,5KA (SF6 thuần túy chỉ mất 15ms).
3. Trần công nghệ chân không
Hiện tại, có nhiều rủi ro phân tích nặng nề trong các buồng cung chân không ở mức điện áp trên 126kV. Khối lượng của 145kVBộ ngắt mạch chân khôngĐược phát triển bởi Toshiba ở Nhật Bản gấp 2,3 lần so với thiết bị SF6.
Iv. Quy định và chính sách Noose: Quy định toàn cầu tiếp tục tăng
1. Thời gian biểu cấm EU
"Quy định khí fluorin hóa" quy định rằng việc sử dụng SF6 trong thiết bị dưới 72,5kV bị cấm trước năm 2030 và nó bị cấm ở tất cả các mức điện áp vào năm 2040.
2. Liên kết thị trường carbon của Trung Quốc
Từ năm 2025, việc sử dụng SF6 sẽ được đưa vào hệ thống giao dịch carbon quốc gia, dự kiến sẽ tăng 18%chi phí vòng đời của thiết bị GIS.
3. Tái thiết tiêu chuẩn kỹ thuật
Phiên bản mới của IEC {{0}} yêu cầu tỷ lệ rò rỉ của thiết bị SF6 phải nhỏ hơn hoặc bằng 0.
V. Nguy cơ an toàn: Rủi ro vận hành và bảo trì do tính chất vật lý mang lại
1. Nguy cơ hóa lỏng nhiệt độ thấp
Khi nhiệt độ môi trường dưới mức -30, SF6 bắt đầu hóa lỏng, gây ra sự sụt giảm đột ngột trong áp suất buồng khí. Trạm trạm biến áp Bắc cực Na Uy từng bị hỏng cách điện do hóa lỏng, dẫn đến sự cố mất điện 72- giờ.
2. Sự lắng đọng sản phẩm phân hủy vòng cung
Sau khi hoạt động lâu dài, một lớp lắng đọng sunfua vonfram sẽ hình thành trên bề mặt của tiếp xúc đồng vonfram trong buồng dập tắt hồ quang, làm cho khả năng tiếp xúc tăng 35% và gây ra quá nóng cục bộ.
3. Tích lũy năng lượng nổ
Áp suất cao được tạo ra bởi sự phân hủy khí SF6 dưới tác dụng của ARC có thể đạt 8 lần áp suất vận hành bình thường. Năng lượng được giải phóng bởi vụ tai nạn vụ nổ GIS tại một trạm biến áp ở Ấn Độ vào năm 2022 tương đương với 300kg TNT tương đương.
Vi. Làn sóng thay thế công nghệ: Đổi mới đột phá đã đạt đến điểm quan trọng
1. Đột phá trong SF 6- Công nghệ miễn phí
Gas G³ (C 4- Fn/CO2 hỗn hợp) được phát triển bởi GE đạt được hiệu suất dập tắt vòng cung tương đương ở mức 145kV, với giá trị GWP là<1. China Pinggao Electric has applied this technology to the Zhangbei flexible direct current project.
2. Bước nhảy vọt công nghệ chân không
Công nghệ điều khiển từ trường trục mới của Siemens cho phépBộ ngắt mạch chân khôngĐể vượt qua 40KA, và thiết bị 126kV đã thông qua chứng nhận Kema.
3. Cuộc cách mạng ngắt mạch trạng thái rắn
Bộ ngắt mạch bán dẫn của ABB có thể cắt đứt dòng lỗi trong vòng 5μS, hoàn toàn loại bỏ sự phụ thuộc khí và đã được thương mại hóa trong các hệ thống phân phối năng lượng của trung tâm dữ liệu.
Kết luận: Lựa chọn vào lúc hoàng hôn
Khi các nhà khai thác lưới điện toàn cầu bắt đầu định nghĩa thiết bị SF6 là "tài sản bị mắc kẹt" và các kỹ sư phải thực hiện sự đánh đổi khó khăn giữa hiệu suất thiết bị và trách nhiệm môi trường, bữa tiệc công nghệ nửa thế kỷ này cuối cùng sẽ chấm dứt. Nhưng các cuộc khủng hoảng thường sinh ra cuộc sống mới-trong trạm biến áp bằng không carbon trong các vịnh hẹp Na Uy và trong lưới điện đôi kỹ thuật số của Xiongan mới, một thế hệ thiết bị năng lượng mới đang viết một bức tranh trong tương lai của de-SF6. Luật tiến hóa của lịch sử công nghệ một lần nữa được tiết lộ: không có giải pháp tối ưu vĩnh cửu, chỉ là một cách bền vững để theo kịp thời đại.
