Design af skema for trefased mekanisk overførsel til 252kV tanktype højspændings svovlhexafluorid bryder

Design og Anvendelse af Tre-fase Mekanisk Kopling for 252kV Tanktype SF₆ Bredbåndsafbrydere i Kinas Højspændingsnet

I Kinas højspændings transmissionsnet anvendes tre-fase strømforsyningssystemer universelt, og højspændings elektriske udstyr er også konfigureret i tre-fase opstilling. De fleste eksisterende 252kV tanktype SF₆ bredbåndsafbrydere har en faseopdeling design, hvor hver fase er udstyret med et selvstændigt motor-forhårdspræparat. Tre-fase mekanisk kopling opnås gennem elektriske koblinger via en junctionkontrolboks. Elektriske koblinger er imidlertid sårbar over for eksterne indflydelsesfaktorer, hvilket ofte fører til problemer som ikke-full-fase drift og dårlig tre-fase skiftsynkronisering. Disse problemer har betydelig indflydelse på netstabiliteten på grund af øget bølgebelastning på transmissionslinjer. For at løse disse udfordringer og forbedre driftsfiabiliteten, er en tre-fase mekanisk koplingsstruktur udviklet for at sikre synkroniseret drev af en enkelt mekanisme, hvilket forbedrer tre-fase synkronisering og forebygger fase-tab fejl.

Designskema
Kontrast mellem Elektriske og Mekaniske Koblinger

• Tre-fase Elektrisk Kobling: Bruger tre selvstændige driftsmekanismer (fx CT20 motor-forhårdspræparater for LW24-252 produkter), med interphase koordinering opnået gennem elektriske forbindelser i junctionboksen. Hver fases drevakse forbinder direkte til dens respektive buelokkammer. Beskyttelsessystemer anvender tre-fase positionsmismatch relæer for at udløse trip.

• Tre-fase Mekanisk Kobling: Bruger en enkelt hydraulisk-forhårdspræparat, med de tre-fase buelokkammer forbundet via mekaniske forbindelsesstænger. For 252kV tanktype bredbåndsafbrydere med horisontal buelokkammerlayout (almindelig i udendørs understationsanlæg), er driftsmechanismen og drivsystemet placeret foran kammerne, hvilket kræver reoptimering af montering, drivsystemer og støttekonstruktioner.

Opgradering af LW24-252 Bredbåndsafbrydere

Den originale LW24-252 har faseopdelt drift med tre CT20 mekanismer. For at opnå mekanisk kobling:

• Opgraderet Driftsmechanisme: Erstattet med en høj effekt hydraulisk-forhårdspræparat (fx CYA5-5) for at møde de øgede driftsenergi krav (beregnet single-phase switching energi kræver et robust hydraulisk design).

• Forklaring af Tætningsstruktur: Konverteret fra direkte virkende tætninger (ved hjælp af komprimerede PTFE V-gasket med høj friktion og omkostninger) til roterende lip-tætninger for reduceret driftskraft og forbedret fiabilitet.

• Rigid Interphase Fastgørelse: Installeret forbindelsesplader for at fastholde interphase afstand og forbedre driftrigiditet.

• Dobbelt Bindestang System: Anvendt dobbelt bindestanger for at overføre drejningsmoment og forhindre deformation under skift, hvilket sikrer synkroniseret bevægelse.

• Integreret Mechanisme Boks: Redesignet for at rumme den enkeltstående hydrauliske mekanisme, der strømliner kontrol- og mekaniske grænseflader.

Arbejdsgangen og Strukturen

Hydraulisk-forhårdspræparat drev en kolbenstang i lineær bevægelse, som omdannes til rotationsbevægelse via en drevkurbelarm. Denne bevægelse overføres gennem bindestanger for at synkronisere de tre faser. En kurbelarm boks omdanner derefter rotationsbevægelsen tilbage til lineær bevægelse for at aktiverer de bevægelige kontakter inden for buelokkammerne.

• Lukningsproces: Kolbenstangen bevæger sig til højre, driver kurbelarmen til at rotere drevaksen mod uret. Denne bevægelse overføres gennem bindestanger til alle tre faser, der skubber de interne bindestanger indtil kontakterne lukker fuldt.

• Åbningsproces: Bevægelserne er vendt om, med kolbenstangen der trækkes tilbage for at skille kontakterne.

Styrke Design af Drevkomponenter

For at opretholde de originale mekaniske egenskaber under tre-fase kobling, kræver hydraulisk-forhårdspræparatets høje driftsenergi (fx 10.000J total switching energi) forstærkede kurbelarme og bindestanger. Finit element analyse sikrer stressfordeling inden for materialgrænser under højenergi drift.

Mekanisme Valg og Fejlfinding
Hydraulisk-Forhårdspræparat Egenskaber

• Fordele: Kompakt design, høj integration, stor driftsenergi (2540J for lukning, 10005J for trip), minimal temperaturindflydelse, og høj fiabilitet.

• Tekniske Parametre:

• Rettet driftscyklus: Åbn - 0.3s - Luk-åbn - 180s - Luk-åbn

• Rettet olie tryk: 48.7MPa ±3MPa

• Energilager tid: ≤60s per cyklus

• Mekanisk levetid: 5000 cykluser (M2 klasse: 10.000 cykluser)

Fejlfinding og Ydeevne

• Energi Matching: CYA5-5 mekanismen (10.000J total energi) opfylder 252kV bredbåndsafbryderens krav (6500J for trip, 3500J for lukning), med sikkerhedsmarginaler sikret.

• Synkronisering: Tre-fase switching synkronisering er forbedret til ≤3ms (mod konventionelle LW24-252's 3ms baseline), opnået gennem hydraulisk flow regulering i solenoideventiler.

• Kostnadseffektivitet: Erstatning af tre separate mekanismer med én reducerer omkostninger med ~15% (85% af konventionelle faseopdelt designs) mens salgs værdi øges med 1.5x på grund af forbedret fiabilitet.

Type Test

• Standarder: Overholder DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Nøgle Tests:

• Dynamisk/termisk stabilitet: 50kA for 3s; 125kA for 0.3s

• Terminal fejl tests (T100s): 50kA

• Mekanisk levetid: Erfolgt fuldført 5000 cykluser

• IP rating: Mekanismeboks passer beskyttelsesniveau tests.

Konklusion

Den udviklede tre-fase mekaniske koblingssystem for 252kV tanktype SF₆ bredbåndsafbrydere adresserer vigtige fiabilitetsproblemer i højspændingsnet. Ved at eliminere fase synkroniseringsfejl og reducere antallet af komponenter, forbedrer denne innovation netstabiliteten samtidig med at det opnår kostnadsbesparelser. Med internationale førende tekniske standarder og uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder, fyller denne løsning en national teknologisk kløft, leverer robust udstyr support for Kinas netudvidelse og tilbyder brede markedsudsikter, herunder potentielle anvendelser i hybrid switchgear systemer.