Návrh a aplikace třífázového mechanického spojení pro 252kV nádržové přerušovače SF₆ v čínské vysokonapěťové síti
V čínské vysokonapěťové přenosové síti jsou univerzálně používány třífázové přenosové systémy, s vysokonapěťovým elektrickým zařízením také uspořádaným v třífázových rozloženích. Většina stávajících 252kV nádržových přerušovačů SF₆ má fázově oddělený design, kde každá fáze je vybavena samostatným motor-sprinovým pohonem. Třífázové mechanické spojení je dosaženo prostřednictvím elektrických spojů přes připojovací kontrolní skříň. Elektrická spojení však mohou být zasažena vnějšími vlivy, což často vede k problémům jako je neúplná fázová operace a špatná synchronizace přepínání tří fází. Tyto problémy mají významný dopad na stabilitu elektrické sítě kvůli zvýšenému přetížení přenosových linek. Pro řešení těchto výzev a zlepšení spolehlivosti provozu byla vyvinuta třífázová mechanická spojovací struktura, která zajišťuje synchronizovaný pohyb jedním mechanismem, čímž se zlepšuje třífázová synchronizace a prevence fázových selhání.
Návrh
Porovnání elektrického a mechanického spojení
Třífázové elektrické spojení: Používá tři samostatné pohonné mechanismy (např. CT20 motor-sprinové mechanismy pro produkty LW24-252), s mezfázovou koordinací dosaženou prostřednictvím elektrických spojů v připojovací skříni. Každý fázový pohon přímo spojuje s odpovídající uhasičskou komorou. Systémy ochrany používají třífázové relé pro nepřesnou polohu pro aktivaci odpojení.
Třífázové mechanické spojení: Používá jeden hydraulicko-sprinový pohonný mechanismus, s třími fázovými uhasičskými komorami propojenými mechanickými spojkami. Pro 252kV nádržové přerušovače s horizontálním rozložením uhasičských komor (obvyklé v venkovních transformačních stanicích) je pohonný mechanismus a pohonný systém umístěn před komory, což vyžaduje opětovně optimalizovaný návrh montáže mechanismu, pohonných tras a nosných struktur.
Modernizace přerušovačů LW24-252
Původní LW24-252 má fázově oddělený provoz s třemi mechanismy CT20. Pro dosažení mechanického spojení:
Zmodernizovaný pohonný mechanismus: Nahrazen výkonově silnějším hydraulicko-sprinovým mechanismem (např. CYA5-5) pro splnění zvýšených požadavků na operační energii (vypočtená energie pro přepnutí jedné fáze vyžaduje robustní hydraulický design).
Vylepšení uzávěrové struktury: Převedeno z přímějších uzávěr (s použitím stlačených PTFE V-tvarových podložek s vysokým třením a náklady) na rotující hřebenové uzávěry pro snížení síly pohybu a zlepšení spolehlivosti.
Pevné mezfázové upevnění: Nainstalovány spojovací desky pro udržení mezifázového rozestupu a zlepšení pevnosti pohonu.
Systém dvojitých spojovacích tyčí: Použity dvojité spojovací tyče pro přenos točivého momentu a prevenci deformace během přepínání, což zajišťuje synchronizovaný pohyb.
Celková mechanická skříň: Znovu navržena pro umístění jednoho hydraulického mechanismu, zjednodušení kontroly a mechanických rozhraní.
Princip fungování a struktura
Hydraulicko-sprinový mechanismus pohání pístovou tyč v lineárním pohybu, který je převeden na otáčivý pohyb prostřednictvím pohonového křídlátka. Tento pohyb je předán přes spojovací tyče pro synchronizaci tří fází. Křídlatková skříň pak převede otáčivý pohyb zpět na lineární pohyb pro pohyb pohyblivých kontaktů uvnitř uhasičských komor.
Proces zavírání: Pístová tyč se posouvá doprava, ovládá křídlátka k otáčení pohonového hřídele proti směru hodinových ručiček. Tento pohyb je předán přes spojovací tyče do všech tří fází, kdy vnitřní spojovací tyče jsou posunuty dovnitř, dokud se kontakty plně nezavřou.
Proces otevírání: Pohyby jsou obráceny, pístová tyč se stahuje, aby oddělila kontakty.
Konstrukce pevnosti pohonných komponent
Pro udržení původních mechanických charakteristik pod třífázovým spojením vyžaduje hydraulicko-sprinový mechanismus s vysokou operační energií (např. 10 000 J celkové přepínací energie) zesílená křídlátka a spojovací tyče. Metoda konečných prvků zajistí rozložení napětí v materiálu v rámci limit během vysokonapěťových operací.
Výběr a ladění mechanismu
Vlastnosti hydraulicko-sprinového mechanismu
Výhody: Kompaktní návrh, vysoká integrace, velká operační energie (2540 J pro zavírání, 10005 J pro odpojení), minimální vliv teploty a vysoká spolehlivost.
Technické parametry:
Nominální cyklus provozu: Otevření - 0,3 s - Zavření-otevření - 180 s - Zavření-otevření
Nominální tlak oleje: 48,7 MPa ±3 MPa
Čas akumulace energie: ≤60 s na cyklus
Mechanický životnost: 5000 cyklů (M2 stupeň: 10 000 cyklů)
Ladění a výkon
Doplnění energie: Mechanismus CYA5-5 (10 000 J celková energie) splňuje požadavky 252kV přerušovače (6500 J pro odpojení, 3500 J pro zavírání), s bezpečnostními rezervami zajištěny.
Synchronizace: Třífázová synchronizace přepínání je zlepšena na ≤3 ms (proti konvenčnímu LW24-252 s bázovými 3 ms), dosaženo prostřednictvím regulace hydraulického toku v elektromagnetických ventilách.
Hospodárnost: Nahrazení tří samostatných mechanismů jedním snižuje náklady o ~15% (85% konvenčních fázově oddělených návrhů), zatímco zvyšuje prodejní hodnotu o 1,5x díky zvýšené spolehlivosti.
Typové zkoušky
Závěr
Vyvinutý třífázový mechanický spojovací systém pro 252kV nádržové přerušovače SF₆ řeší klíčové problémy spolehlivosti v vysokonapěťových sítích. Odstraněním chyb synchronizace fází a snížením počtu komponent tento inovační systém zlepšuje stabilitu sítě a zároveň dosahuje úspor. S mezinárodními vedoucími technickými standardy a nezávislými duševními vlastnickými právy tento řešení zaplňuje domácí technologickou mezera, poskytuje robustní zařízení pro rozšíření čínské elektrické sítě a nabízí široké tržní perspektivy, včetně potenciálního použití v hybridních přepínacích zařízeních.
