Disseny d'esquema de transmissió mecànica trifàsica per a interrumpidors d'hexafluorur de sòlid de tensió alta de 252kV de tipus tanca

Disseny i aplicació d'una tracció mecànica trifàsica per a interrumpidors SF₆ de tipus tanca de 252kV en la xarxa elèctrica d'alta tensió de la Xina

En la xarxa de transmissió d'alta tensió de la Xina, els sistemes de transmissió trifàsica són universalment adoptats, amb l'equipament elèctric d'alta tensió també configurat en disposicions trifàsiques. La majoria dels interrumpidors SF₆ de tipus tanca existents de 252kV presenten dissenys separats per fases, on cada fase està dotada d'un mecanisme d'operació motor-molla independent. La tracció mecànica trifàsica s'aconsegueix mitjançant enllaços elèctrics a través d'una caixa de control de juntures. No obstant això, els enllaços elèctrics són susceptibles a influències externes, sovint provocant problemes com l'operació no trifàsica completa i una sincronització pobra en la commutació trifàsica. Aquests problemes tenen un impacte significatiu en la estabilitat de la xarxa elèctrica degut al creixement de tensions en les línies de transmissió. Per abordar aquests reptes i millorar la fiabilitat operativa, s'ha desenvolupat una estructura de tracció mecànica trifàsica per assegurar una conducció sincronitzada per un sol mecanisme, millorant així la sincronització trifàsica i prevenint faltes de fase.

Esquema de Disseny
Comparació entre Enllaços Elèctrics i Mecànics

• Enllaç Elèctric Trifàsic: Utilitza tres mecanismes d'operació independents (p. ex., mecanismes CT20 motor-molla per a productes LW24-252), amb la coordinació entre fases assolida mitjançant connexions elèctriques a la caixa de juntures. L'eix motriz de cada fase es connecta directament a la seva respectiva cambra d'extinció d'arc. Els sistemes de protecció utilitzen relés de desplaçament de posició trifàsica per disparar el trepitjament.

• Enllaç Mecànic Trifàsic: Emplea un sol mecanisme d'operació hidràulic-molla, amb les tres cambres d'extinció d'arc enllaçades mitjançant rods de connexió mecànica. Per als interrumpidors de 252kV de tipus tanca amb disposicions horitzontals de les cambres d'extinció d'arc (comuns en subestacions exteriors), el mecanisme d'operació i el sistema de conducció es col·loquen davant de les cambres, necessitant un redisseny reoptimitzat per al muntatge del mecanisme, les cames de conducció i les estructures de suport.

Retrofít dels Interrumpidors LW24-252

L'LW24-252 original presenta una operació separat per fases amb tres mecanismes CT20. Per aconseguir l'enllaç mecànic:

• Mecanisme d'Operació Millorat: Sustituit per un mecanisme hidràulic-molla d'alta potència (p. ex., CYA5-5) per complir amb els requeriments incrementats d'energia operativa (l'energia de commutació monofàsica calculada necessita un disseny hidràulic robust).

• Millora de la Estructura de Tancament: Convertit de joints directes (utilitzant juntes V de PTFE comprimit amb alta fricció i cost) a joints rotatius de labi per reduir la força d'operació i millorar la fiabilitat.

• Ajust Rígid Interfase: Instal·lades plaques de connexió per mantenir l'espaiat interfase i augmentar la rigidesa de la conducció.

• Sistema de Rod Doble: Utilitzat per transmetre el moment i prevenir deformacions durant la commutació, assegurant el moviment sincronitzat.

• Caixa de Mecanisme Integrada: Redissenyada per acomodar el sol mecanisme hidràulic, simplificant les interfícies de control i mecàniques.

Principi de Funcionament i Estructura

El mecanisme hidràulic-molla impulsa un pistó en moviment lineal, que es converteix en moviment rotatori mitjançant un braç de cremallera motriz. Aquest moviment es transmet a través de rods de connexió per sincronitzar les tres fases. Una caixa de braç de cremallera llavors converteix el moviment rotatori de nou en moviment lineal per actuar sobre els contactes mòbils dins de les cambres d'extinció d'arc.

• Procés de Tancament: El pistó es mou cap a la dreta, impulsant el braç de cremallera a girar l'eix motriz en sentit antihorari. Aquest moviment es transmet a través de rods de connexió a totes tres fases, empent els rods interns fins que els contactes es tanquin completament.

• Procés d'Obertura: Els moviments es revertiran, amb el pistó retraient-se per separar els contactes.

Disseny de Resistència dels Components de Conducció

Per mantenir les característiques mecàniques originals sota l'enllaç trifàsic, l'alta energia operativa del mecanisme hidràulic-molla (p. ex., 10.000J d'energia total de commutació) requereix braços de cremallera i rods de connexió reforçats. L'anàlisi d'elements finits assegura la distribució de tensions dins dels límits del material durant les operacions d'alta energia.

Selecció i Depuració del Mecanisme
Característiques del Mecanisme Hidràulic-Molla

• Avantatges: Disseny compacte, alta integració, gran energia operativa (2540J per tancament, 10005J per trepitjament), mínim impacte de temperatura i alta fiabilitat.

• Paràmetres Tècnics:

• Cicle d'operació nominal: Obertura - 0,3s - Tancament-obertura - 180s - Tancament-obertura

• Pressió òleo nominal: 48,7MPa ±3MPa

• Temps d'emmagatzematge d'energia: ≤60s per cicle

• Vida útil mecànica: 5000 cicles (grau M2: 10.000 cicles)

Depuració i Prestacions

• Compatibilitat Energètica: El mecanisme CYA5-5 (10.000J d'energia total) compleix amb els requisits de l'interruptor de 252kV (6500J per trepitjament, 3500J per tancament), amb marges de seguretat assegurats.

• Sincronització: La sincronització de la commutació trifàsica s'ha millorat a ≤3ms (vs. la base de 3ms del LW24-252 convencional), aconseguida a través de la regulació del flux hidràulic en els electrovàlvules.

• Eficiència de Cost: Reemplaçar tres mecanismes independents amb un sol reduix els costos en ~15% (85% dels dissenys convencionals separat per fases) mentre augmenta el valor de venda en 1,5 vegades degut a la fiabilitat millorada.

Proves de Tipus

• Normes: Compliant amb DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Proves Clau:

• Estabilitat dinàmica/tèrmica: 50kA durant 3s; 125kA durant 0,3s

• Proves de falla terminal (T100s): 50kA

• Vida útil mecànica: Completades amb èxit 5000 cicles

• Classificació IP: La caixa del mecanisme supera les proves de nivell de protecció.

Conclusió

El sistema d'enllaç mecànic trifàsic desenvolupat per a interrumpidors SF₆ de tipus tanca de 252kV aborda qüestions crítiques de fiabilitat en les xarxes d'alta tensió. Eliminant errors de sincronització de fases i reduint el nombre de components, aquesta innovació millora la estabilitat de la xarxa mentre aconsegueix economies de cost. Amb estàndards tècnics internacionals líder i drets de propietat intel·lectual independents, aquesta solució omple un buit tecnològic intern, proporcionant un suport d'equipament robust per a l'expansió de la xarxa elèctrica de la Xina i oferint amplis prospects de mercat, incloent possibles aplicacions en sistemes d'interruptors híbrids.