Perancangan dan Penerapan Penghubung Mekanis Tiga Fasa untuk Pemutus Sirkuit SF₆ Bertipe Tangki 252kV dalam Jaringan Listrik Bertegangan Tinggi di China
Dalam jaringan transmisi bertegangan tinggi di China, sistem transmisi tiga fasa secara universal diterapkan, dengan peralatan listrik bertegangan tinggi juga dikonfigurasi dalam susunan tiga fasa. Sebagian besar pemutus sirkuit SF₆ bertipe tangki 252kV yang ada memiliki desain terpisah per fasa, di mana setiap fasa dilengkapi dengan mekanisme operasional motor-spring independen. Penghubungan mekanis tiga fasa dicapai melalui penghubungan listrik melalui kotak kontrol junction. Namun, penghubungan listrik rentan terhadap pengaruh eksternal, sering kali menyebabkan masalah seperti operasi non-tiga fasa penuh dan sinkronisasi beralih tiga fasa yang buruk. Masalah-masalah ini memberikan dampak signifikan pada stabilitas jaringan listrik karena meningkatnya stres lonjakan pada garis transmisi. Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini dan meningkatkan keandalan operasional, struktur penghubung mekanis tiga fasa telah dikembangkan untuk memastikan drive sinkron oleh satu mekanisme, sehingga meningkatkan sinkronisasi tiga fasa dan mencegah kegagalan hilang fasa.
Skema Desain
Perbandingan Antara Penghubungan Listrik dan Mekanis
Penghubungan Listrik Tiga Fasa: Menggunakan tiga mekanisme operasional independen (misalnya, mekanisme CT20 motor-spring untuk produk LW24-252), dengan koordinasi antar fasa dicapai melalui koneksi listrik di dalam kotak junction. Poros penggerak setiap fasa langsung terhubung ke ruang padam busurnya masing-masing. Sistem perlindungan menggunakan relai ketidakcocokan posisi tiga fasa untuk memicu trip.
Penghubungan Mekanis Tiga Fasa: Menggunakan satu mekanisme operasional hidrolik-spring, dengan ruang padam busur tiga fasa terhubung melalui batang penghubung mekanis. Untuk pemutus sirkuit bertipe tangki 252kV dengan susunan ruang padam busur horizontal (umum di substasi luar ruangan), mekanisme operasional dan sistem penggerak ditempatkan di depan ruang-ruang tersebut, memerlukan perancangan ulang yang dioptimalkan untuk pemasangan mekanisme, rantai penggerak, dan struktur penyangga.
Retrofit Pemutus Sirkuit LW24-252
Pemutus sirkuit LW24-252 asli memiliki operasi terpisah per fasa dengan tiga mekanisme CT20. Untuk mencapai penghubungan mekanis:
Mekanisme Operasional Ditingkatkan: Diganti dengan mekanisme hidrolik-spring berdaya tinggi (misalnya, CYA5-5) untuk memenuhi kebutuhan energi operasional yang lebih tinggi (energi beralih per fasa yang dihitung membutuhkan desain hidrolik yang kuat).
Peningkatan Struktur Penyegelan: Diubah dari penyegelan langsung (menggunakan segel V-PTFE tekanan tinggi dengan gesekan dan biaya tinggi) menjadi segel bibir rotari untuk mengurangi gaya operasional dan meningkatkan keandalan.
Penahan Antar Fasa Rigid: Dipasang pelat penghubung untuk mempertahankan jarak antar fasa dan meningkatkan kekakuan penggerak.
Sistem Batang Pengikat Ganda: Menggunakan dua batang pengikat untuk mentransmisikan torsi dan mencegah deformasi selama beralih, memastikan gerakan sinkron.
Kotak Mekanisme Terintegrasi: Dirancang ulang untuk menampung mekanisme hidrolik tunggal, menyederhanakan antarmuka kontrol dan mekanis.
Prinsip Kerja dan Struktur
Mekanisme hidrolik-spring menggerakkan batang piston dalam gerakan linear, yang kemudian diubah menjadi gerakan rotasi melalui lengan penggerak. Gerakan ini ditransmisikan melalui batang pengikat untuk mensinkronkan tiga fasa. Kotak lengan kemudian mengubah gerakan rotasi kembali menjadi gerakan linear untuk mengaktifkan kontak bergerak di dalam ruang padam busur.
Proses Penutupan: Batang piston bergerak ke kanan, mendorong lengan penggerak untuk memutar poros penggerak berlawanan arah jarum jam. Gerakan ini ditransfer melalui batang pengikat ke semua tiga fasa, mendorong batang pengikat internal ke dalam hingga kontak tertutup sepenuhnya.
Proses Pembukaan: Gerakan dibalik, dengan batang piston ditarik kembali untuk membuka kontak.
Desain Kekuatan Komponen Penggerak
Untuk mempertahankan karakteristik mekanis asli di bawah penghubungan tiga fasa, energi operasional tinggi mekanisme hidrolik-spring (misalnya, 10.000J total energi beralih) memerlukan lengan penggerak dan batang pengikat yang diperkuat. Analisis elemen hingga memastikan distribusi stres dalam batas material selama operasi berenergi tinggi.
Pemilihan dan Debugging Mekanisme
Ciri-ciri Mekanisme Hidrolik-Spring
Keunggulan: Desain kompak, integrasi tinggi, energi operasional besar (2540J untuk penutupan, 10005J untuk pembukaan), dampak suhu minimal, dan keandalan tinggi.
Parameter Teknis:
Siklus operasi nominal: Buka - 0,3s - Tutup-buka - 180s - Tutup-buka
Tekanan minyak nominal: 48,7MPa ±3MPa
Waktu penyimpanan energi: ≤60s per siklus
Umur mekanis: 5000 siklus (Kelas M2: 10.000 siklus)
Debugging dan Performa
Keseimbangan Energi: Mekanisme CYA5-5 (10.000J total energi) memenuhi persyaratan pemutus sirkuit 252kV (6500J untuk pembukaan, 3500J untuk penutupan), dengan margin keamanan yang terjamin.
Sinkronisasi: Sinkronisasi beralih tiga fasa ditingkatkan hingga ≤3ms (vs. baseline LW24-252 konvensional 3ms), dicapai melalui regulasi aliran hidrolik di katup solenoida.
Efisiensi Biaya: Mengganti tiga mekanisme terpisah dengan satu mengurangi biaya sekitar 15% (85% dari desain terpisah fasa konvensional) sambil meningkatkan nilai penjualan 1,5 kali karena keandalan yang ditingkatkan.
Uji Tipe
Kesimpulan
Sistem penghubung mekanis tiga fasa yang dikembangkan untuk pemutus sirkuit SF₆ bertipe tangki 252kV mengatasi masalah kritis keandalan dalam jaringan bertegangan tinggi. Dengan menghilangkan kesalahan sinkronisasi fasa dan mengurangi jumlah komponen, inovasi ini meningkatkan stabilitas jaringan sambil mencapai penghematan biaya. Dengan standar teknis internasional terkemuka dan hak kekayaan intelektual mandiri, solusi ini mengisi celah teknologi domestik, memberikan dukungan peralatan yang kuat untuk ekspansi jaringan listrik China dan menawarkan prospek pasar yang luas, termasuk potensi aplikasi dalam sistem peralihan hibrida.
Masuk
