تصميم مخطط للنقل الميكانيكي ثلاثي الأطوار لقواطع الدائرة ذات الفولاذ الستة فلوريد الكبريت من نوع الخزان بجهد 252 كيلوفولت

تصميم وتطبيق الربط الميكانيكي ثلاثي الأطوار لقواطع الدائرة من نوع SF₆ ذات الخزان بجهد 252 كيلوفولت في شبكة الكهرباء ذات الجهد العالي في الصين

في شبكة النقل الكهربائي ذات الجهد العالي في الصين، يتم تبني أنظمة نقل الطاقة ثلاثية الأطوار بشكل عام، مع تكوين المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي في تخطيطات ثلاثية الأطوار. معظم قواطع الدائرة من نوع SF₆ ذات الخزان بجهد 252 كيلوفولت الموجودة حالياً تتميز بتصميمات مفصولة للأطوار، حيث يتم تجهيز كل طور بميكانيكية تشغيل مستقلة تعمل بالمحرك والربيع. يتم تحقيق الربط الميكانيكي ثلاثي الأطوار عبر روابط كهربائية بواسطة صندوق التحكم المشترك. ومع ذلك، فإن الروابط الكهربائية عرضة للتأثيرات الخارجية، مما يؤدي غالبًا إلى مشاكل مثل التشغيل غير الكامل للأطوار والتزامن الفقير في التحويل بين الأطوار. هذه المشاكل لها تأثير كبير على استقرار الشبكة الكهربائية بسبب زيادة الإجهاد الناتج عن الموجات على خطوط النقل. لحل هذه التحديات وتعزيز الموثوقية التشغيلية، تم تطوير بنية ربط ميكانيكي ثلاثي الأطوار لضمان التشغيل المتزامن بواسطة ميكانيكية واحدة، مما يحسن التزامن الثلاثي للأطوار ويمنع أعطال فقدان الطور.

خطة التصميم
المقارنة بين الربط الكهربائي والميكانيكي

• الربط الكهربائي ثلاثي الأطوار: يستخدم ثلاثة آليات تشغيل مستقلة (مثل آليات CT20 للمحرك والربيع للمنتجات LW24-252)، مع تحقيق التنسيق بين الأطوار عبر الاتصالات الكهربائية في صندوق التحكم المشترك. يرتبط محور الدفع لكل طور مباشرة بغرفة إخماد القوس الخاصة به. تستخدم أنظمة الحماية أجهزة مراقبة عدم التطابق بين مواقع الأطوار الثلاثة لتحفيز القطع.

• الربط الميكانيكي ثلاثي الأطوار: يستخدم آلية تشغيل هيدروليكية وربيعية واحدة، مع ربط غرف إخماد القوس الثلاثية بالأطوار عبر قضبان اتصال ميكانيكية. بالنسبة لقواطع الدائرة من نوع SF₆ ذات الخزان بجهد 252 كيلوفولت ذات توزيع أفقي لغرف إخماد القوس (شائع في المحطات الفرعية الخارجية)، يتم وضع الآلية التشغيلية ونظام الدفع أمام الغرف، مما يتطلب إعادة تصميم محسنة لتركيب الآلية والأنظمة الدافعة والهياكل الداعمة.

ترقية قاطع الدائرة LW24-252

يتميز LW24-252 الأصلي بتشغيل مفصول للأطوار مع ثلاثة آليات CT20. لتحقيق الربط الميكانيكي:

• آلية تشغيل محدثة: تم استبدالها بآلية هيدروليكية وربيعية عالية القوة (مثل CYA5-5) لتلبية متطلبات الطاقة التشغيلية المتزايدة (حيث تتطلب الطاقة الحسابية للتحويل الفردي تصميماً هيدروليكياً قوياً).

• تحسين هيكل الختم: تم تحويله من ختم مباشر (استخدام شريط PTFE مضغوط V-shape ذو احتكاك وكلفة عالية) إلى ختم شفاه دوراني لخفض القوة التشغيلية وتحسين الموثوقية.

• التثبيت الثابت بين الأطوار: تم تركيب لوحات اتصال لحفظ المسافة بين الأطوار وتعزيز صلابة الدفع.

• نظام القضيبين المزدوج: تم استخدام قضيبين مزدوجين لنقل العزم ومنع التشوه أثناء التحويل، مما يضمن الحركة المتزامنة.

• صندوق الآلية المتكامل: تم إعادة تصميمه لاستيعاب الآلية الهيدروليكية الواحدة، مما يسهل واجهات التحكم والميكانيكية.

مبدأ العمل والهيكل

تدفع الآلية الهيدروليكية والربيعية قضيباً متحركاً في حركة خطية، والتي يتم تحويلها إلى حركة دائرية عبر ذراع الدفع. يتم نقل هذه الحركة عبر قضبان الربط لتنسق الأطوار الثلاثة. ثم يقوم صندوق ذراع الدفع بتحويل الحركة الدائرية مرة أخرى إلى حركة خطية لتشغيل الأقطاب المتحركة داخل غرف إخماد القوس.

• عملية الإغلاق: يتحرك القضيب المائل نحو اليمين، مما يدفع ذراع الدفع لتدوير محور الدفع عكس اتجاه عقارب الساعة. يتم نقل هذه الحركة عبر قضبان الربط إلى جميع الأطوار الثلاثة، مما يدفع قضبان الربط الداخلية نحو الداخل حتى يتم إغلاق الأقطاب بشكل كامل.

• عملية الفتح: يتم عكس الحركات، حيث ينسحب القضيب المائل ليقوم بفصل الأقطاب.

تصميم قوة مكونات الدفع

لمحافظة على الخصائص الميكانيكية الأصلية تحت الربط الثلاثي للأطوار، تتطلب الطاقة التشغيلية العالية للآلية الهيدروليكية والربيعية (مثل 10,000 جول من الطاقة الكلية للتحويل) تعزيز أذرع الدفع وقضبان الربط. تضمن التحليلات العناصر المحدودة توزيع الإجهاد ضمن حدود المواد خلال العمليات عالية الطاقة.

اختيار وتهيئة الآلية
ميزات الآلية الهيدروليكية والربيعية

• المزايا: تصميم مدمج، دمج عالي، طاقة تشغيل كبيرة (2540 جول لإغلاق، 10005 جول لفتح)، تأثير درجة الحرارة محدود، ومعظم الموثوقية.

• المعلمات التقنية:

• الدورة التشغيلية المعينة: فتح - 0.3 ثانية - إغلاق-فتح - 180 ثانية - إغلاق-فتح

• الضغط النفاث المعين: 48.7 ميجا باسكال ±3 ميجا باسكال

• وقت تخزين الطاقة: ≤60 ثانية لكل دورة

• الحياة الميكانيكية: 5000 دورة (درجة M2: 10,000 دورة)

تهيئة والأداء

• تطابق الطاقة: تتوافق الآلية CYA5-5 (10,000 جول من الطاقة الكلية) مع متطلبات قاطع الدائرة بجهد 252 كيلوفولت (6500 جول لفتح، 3500 جول لإغلاق)، مع ضمان الهوامش الأمنية.

• التزامن: تم تحسين التزامن في التحويل ثلاثي الأطوار إلى ≤3 ميلي ثانية (مقارنة بـ 3 ميلي ثانية لـ LW24-252 التقليدية)، وذلك من خلال تنظيم تدفق السائل الهيدروليكي في الصمامات الكهرومغناطيسية.

• الكفاءة الاقتصادية: يقلل استبدال الآليات الثلاثة المستقلة بأخرى واحدة من التكاليف بنسبة حوالي 15% (85% من التصميمات التقليدية المنفصلة للأطوار) بينما يزيد قيمة البيع بنسبة 1.5 مرة بسبب الموثوقية المحسنة.

اختبار النوع

• المعايير: متوافقة مع DL/T593، GB1984، IEC62271-100.

• الاختبارات الرئيسية:

• الاستقرار الديناميكي/الحراري: 50 كيلو أمبير لمدة 3 ثوان؛ 125 كيلو أمبير لمدة 0.3 ثانية

• اختبارات الأعطال النهائية (T100s): 50 كيلو أمبير

• الحياة الميكانيكية: تم إكمال 5000 دورة بنجاح

• تقييم IP: يمر صندوق الآلية بفحوصات مستوى الحماية.

الخاتمة

يحل نظام الربط الميكانيكي ثلاثي الأطوار المطور لقواطع الدائرة من نوع SF₆ ذات الخزان بجهد 252 كيلوفولت مشاكل موثوقية حرجة في شبكات الكهرباء ذات الجهد العالي. من خلال القضاء على أخطاء التزامن بين الأطوار وتقليل عدد المكونات، يعزز هذا الابتكار استقرار الشبكة بينما يحقق توفير التكاليف. وبفضل المعايير التقنية الرائدة دولياً والحقو