Проект на трифазна механична преносна система за високонапреговен сълфур хексафлуориден прекъсвач от тип резервоар 252кВ

Проектиране и приложение на трифазна механична връзка за 252кВ резервоарни SF₆ прекъсвачи в китайската високонапрегнато електроенергийна мрежа

В китайската високонапрегната електроенергийна мрежа се използват повсеместно трифазни системи за пренос на енергия, а високонапрегнатото електрооборудване също е конфигурирано в трифазен разпоред. Повечето съществуващи 252кВ резервоарни SF₆ прекъсвачи имат фазно разделени конструкции, където всяка фаза разполага с независим механизъм за управление от тип двигател-пружина. Трифазната механична връзка се постига чрез електрически връзки чрез контролен щиф. Електрическите връзки обаче са уязвими към външни влияния, което често води до проблеми като недостиг на пълната фазова операция и лоша трифазна синхронизация при превключване. Тези проблеми оказват значително влияние върху стабилността на електроенергийната мрежа, тъй като увеличават ударните напрежения върху линиите за пренос. За да се справят с тези предизвикателства и да се подобри надеждността на операциите, беше разработена трифазна механична връзка, която осигурява синхронизирано управление от един единствен механизъм, като така се подобрява трифазната синхронизация и се предотвратяват грешки при фазова работа.

Проектна схема
Сравнение между електрическа и механична връзка

• Трифазна електрическа връзка: Използва три независими механизма за управление (например CT20 двигатели-пружини за продуктите LW24-252), с междупазовата координация, постигната чрез електрически връзки в контролната кутия. Водещата ос на всяка фаза се свързва директно със съответната камера за угасяване на дъга. Системите за защита използват реле за несъответствие на положението на трите фази, за да активират спускането.

• Трифазна механична връзка: Използва един единствен хидравлическо-пружинен механизъм за управление, с камерите за угасяване на дъга, свързани чрез механични връзки. За 252кВ резервоарни прекъсвачи с хоризонтален разположение на камерите за угасяване на дъга (често срещано в открити трансформаторни станции), механизъмът за управление и системата за привеждане се разполагат пред камерите, което изисква повторно оптимизиране на проектирането на монтирането на механизма, привеждащите системи и опорните структури.

Модернизация на прекъсвачите LW24-252

Оригиналният LW24-252 работи с фазно разделено управление с три механизма CT20. За да се постигне механична връзка:

• Обновен механизъм за управление: Заменен с високомощен хидравлическо-пружинен механизъм (например CYA5-5) за удовлетворяване на увеличените оперативни енергийни изисквания (изчисленията за енергията за превключване на една фаза изискват робустен хидравлически дизайн).

• Подобрена герметична конструкция: Преобразувана от пряка герметизация (с използване на компресирани PTFE V-уплотнения с високо триене и цена) към ротационни уплътнения за намалена оперативна сила и подобрена надеждност.

• Фиксиране на междупазовото пространство: Инсталирани връзни плочи за поддържане на междупазовото разстояние и засилване на жесткостта на привеждането.

• Двуосна система: Извършена с двойни връзни стерженти за предаване на момента и предотвратяване на деформация при превключване, за осигуряване на синхронизирано движение.

• Интегрирана кутия за механизъм: Редизайнена, за да вместим един единствен хидравлически механизъм, опростявайки контролния и механичния интерфейс.

Работен принцип и конструкция

Хидравлическо-пружинният механизъм привежда в действие поршнев стержент в линейно движение, което се преобразува в ротационно движение чрез привеждащ кривошип. Това движение се предава чрез връзни стерженти, за да се синхронизира трифазната работа. Кривошипната кутия след това преобразува ротационното движение обратно в линейно, за да задейства подвижните контакти в камерите за угасяване на дъга.

• Процес на затваряне: Поршневият стержент се движи надясно, привеждайки кривошипа да завърти привеждащия вал против посоката на часовниковата стрелка. Това движение се предава чрез връзни стерженти към всички три фази, бутайки вътрешните връзни стерженти надясно, докато контактите се затворят напълно.

• Процес на отваряне: Движенията се обръщат, с поршневия стержент, който се връща, за да разтвори контактите.

Конструкция на силата на привеждащите компоненти

За да се запазят оригиналените механични характеристики при трифазна връзка, високата оперативна енергия (например общо 10,000J за превключване) на хидравлическо-пружинния механизъм изисква засилване на кривошиповете и връзните стерженти. Анализът с крайни елементи осигурява разпределение на напреженията в рамките на материали при високоенергийни операции.

Избор и отстраняване на грешки на механизъма
Характеристики на хидравлическо-пружинния механизъм

• Преимущества: Компактен дизайн, висока интеграция, голяма оперативна енергия (2540J за затваряне, 10005J за спускане), минимално влияние на температурата и висока надеждност.

• Технически параметри:

• Номинална циклична операция: Отваряне - 0.3с - Затваряне-отваряне - 180с - Затваряне-отваряне

• Номинално масло налягане: 48.7MPa ±3MPa

• Време за зареждане: ≤60с за цикъл

• Механичен живот: 5000 цикли (M2 клас: 10,000 цикли)

Отстраняване на грешки и производителност

• Съвместимост на енергията: Механизъмът CYA5-5 (общо 10,000J енергия) отговаря на изискванията на 252кВ прекъсвача (6500J за спускане, 3500J за затваряне), с осигурени резервни капацитети.

• Синхронизация: Трифазната синхронизация при превключване се подобрява до ≤3мс (в сравнение с 3мс за стандартния LW24-252), постигнато чрез регулиране на хидравлическия поток в електромагнитните вентили.

• Економичност: Замяната на три отделни механизма с един единствен намалява разходите с ~15% (85% от стандартните фазно разделени дизайни), като увеличава продажната стойност с 1.5x поради подобрена надеждност.

Типово тестирование

• Стандарти: Съответстват на DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Основни тестове:

• Динамична/термична стабилност: 50кА за 3с; 125кА за 0.3с

• Тестове на терминални дефекти (T100s): 50кА

• Механичен живот: Успешно завършени 5000 цикли

• IP клас: Кутията на механизъма преминава тестовете за степен на защита.

Заключение

Разработената трифазна механична връзка за 252кВ резервоарни SF₆ прекъсвачи решава ключови въпроси на надеждността в високонапрегнатите мрежи. Чрез елиминиране на грешки при фазова синхронизация и намаление на броя на компонентите, това новаторство подобрява стабилността на мрежата, като постига икономии. С международни водещи технически стандарти и независими интелектуални права, това решение попълва технологичен пробел в страната, предлагайки робустна оборудвана поддръжка за разширяването на китайската електроенергийна мрежа и предлагайки широки пазарни перспективи, включително потенциални приложения в хибридни комутационни системи.