طرح طراحی انتقال مکانیکی سه فاز برای شیرکنارکننده هگزافلوئورید سولفور با ولتاژ بالا ۲۵۲kV نوع رزروار

طراحی و کاربرد پیوند مکانیکی سه فاز برای شیرکنترهای SF₆ نوع ظرفی 252kV در شبکه برق بالاولت چین

در شبکه انتقال برق بالاولت چین، سیستم‌های انتقال برق سه فاز به طور گسترده استفاده می‌شود و تجهیزات برق بالاولت نیز در آرایش سه فاز تنظیم شده‌اند. بیشتر شیرکنترهای SF₆ نوع ظرفی 252kV موجود دارای طراحی جداگانه هر فاز با مکانیسم عملکردی مستقل موتور-فنر هستند. پیوند مکانیکی سه فاز از طریق پیوندهای الکتریکی از طریق جعبه کنترل اتصالی به دست می‌آید. با این حال، پیوندهای الکتریکی به تأثیرات خارجی حساس هستند و معمولاً مشکلاتی مانند عملکرد غیر کامل فازها و عدم همزمانی خوب قطع و بستن سه فاز را ایجاد می‌کنند. این مشکلات تأثیرات قابل توجهی بر پایداری شبکه برق دارند زیرا تنش‌های ناشی از امواج بر خطوط انتقال افزایش می‌یابد. برای حل این چالش‌ها و افزایش قابلیت اطمینان عملکرد، یک ساختار پیوند مکانیکی سه فاز توسعه یافته است که با یک مکانیسم واحد همزمانی را تضمین می‌کند و بدین ترتیب همزمانی سه فاز را بهبود می‌بخشد و خطاها را جلوگیری می‌کند.

طرح طراحی
مقایسه پیوندهای الکتریکی و مکانیکی

• پیوند الکتریکی سه فاز: از سه مکانیسم عملکردی مستقل (مثلاً مکانیسم‌های موتور-فنر CT20 برای محصولات LW24-252) استفاده می‌کند و هماهنگی بین فازها از طریق اتصالات الکتریکی در جعبه کنترل انجام می‌شود. محور محرک هر فاز مستقیماً به کامره خاموش‌سازی آن فاز متصل می‌شود. سیستم‌های محافظ از رله‌های اختلاف موقعیت سه فاز برای تحریک قطع استفاده می‌کنند.

• پیوند مکانیکی سه فاز: از یک مکانیسم عملکردی هیدرولیک-فنر واحد استفاده می‌کند و کامره‌های خاموش‌سازی سه فاز از طریق میله‌های اتصال مکانیکی به هم متصل می‌شوند. برای شیرکنترهای 252kV نوع ظرفی با آرایش کامره خاموش‌سازی افقی (که در زیرстанسیون‌های بیرونی رایج است)، مکانیسم عملکردی و سیستم محرک در جلوی کامره‌ها قرار دارد و نیاز به طراحی مجدد بهینه برای نصب مکانیسم، سیستم‌های محرک و ساختارهای پشتیبان وجود دارد.

به‌روزرسانی شیرکنترهای LW24-252

LW24-252 اصلی دارای عملکرد جداگانه هر فاز با سه مکانیسم CT20 است. برای دستیابی به پیوند مکانیکی:

• به‌روزرسانی مکانیسم عملکردی: با مکانیسم هیدرولیک-فنر با قدرت بالا (مثلاً CYA5-5) جایگزین شده تا نیازهای انرژی عملکردی افزایش یافته (انرژی تبدیل فاز تکی محاسبه شده نیازمند یک طراحی هیدرولیک قوی است).

• بهبود ساختار مهر و موم: از مهر و موم مستقیم (با استفاده از مهر و موم V-shape PTFE فشرده با اصطکاک و هزینه بالا) به مهر و موم لبه‌ای چرخشی تغییر یافته تا نیروی عملکرد کاهش یابد و قابلیت اطمینان افزایش یابد.

• ثابت‌سازی سخت بین فازها: صفحات اتصال نصب شده‌اند تا فاصله بین فازها را حفظ کرده و سختی محرک را افزایش دهند.

• سیستم دو میله‌ای: از دو میله استفاده شده تا گشتاور را منتقل کرده و جلوگیری از تغییر شکل در حین تبدیل کند و حرکت همزمان را تضمین کند.

• جعبه مکانیسم یکپارچه: طراحی مجدد شده تا مکانیسم هیدرولیک واحد را در خود جای دهد و رابط‌های کنترلی و مکانیکی را ساده کند.

اصول کار و ساختار

مکانیسم هیدرولیک-فنر یک میله پیستون را در حرکت خطی می‌راند که از طریق یک دسته محرک به حرکت دورانی تبدیل می‌شود. این حرکت از طریق میله‌ها به سه فاز منتقل می‌شود. سپس یک جعبه دسته محرک حرکت دورانی را دوباره به حرکت خطی تبدیل می‌کند تا تماس‌های متحرک در کامره‌های خاموش‌سازی را فعال کند.

• فرآیند بستن: میله پیستون به سمت راست حرکت می‌کند و دسته محرک را به چرخش در جهت عقربه‌های ساعت می‌راند. این حرکت از طریق میله‌ها به سه فاز منتقل می‌شود و میله‌های داخلی را به داخل می‌برد تا تماس‌ها کاملاً ببندند.

• فرآیند باز کردن: حرکات معکوس می‌شوند و میله پیستون به عقب کشیده می‌شود تا تماس‌ها را از هم جدا کند.

طراحی مقاومت اجزای محرک

برای حفظ ویژگی‌های مکانیکی اصلی تحت پیوند سه فاز، انرژی عملکردی بالای مکانیسم هیدرولیک-فنر (مثلاً 10,000J انرژی کل تبدیل) نیازمند دسته‌های محرک و میله‌های تقویت شده است. تحلیل المان محدود توزیع تنش را در محدوده مواد در حین عملکرد با انرژی بالا تضمین می‌کند.

انتخاب و تست مکانیسم
ویژگی‌های مکانیسم هیدرولیک-فنر

• مزایا: طراحی فشرده، ادغام بالا، انرژی عملکردی زیاد (2540J برای بستن، 10005J برای قطع)، تأثیر دمایی کم و قابلیت اطمینان بالا.

• پارامترهای فنی:

• چرخه عملکرد نامی: باز - 0.3s - بسته-باز - 180s - بسته-باز

• فشار روغن نامی: 48.7MPa ±3MPa

• زمان ذخیره انرژی: ≤60s در هر چرخه

• عمر مکانیکی: 5000 چرخه (سطح M2: 10,000 چرخه)

تست و عملکرد

• تطابق انرژی: مکانیسم CYA5-5 (10,000J انرژی کل) نیازهای شیرکنتر 252kV (6500J برای قطع، 3500J برای بستن) را برآورده می‌کند و حاشیه‌های ایمنی تضمین می‌شوند.

• همزمانی: همزمانی تبدیل سه فاز به ≤3ms (در مقابل 3ms خط پایه LW24-252 معمولی) با تنظیم جریان هیدرولیک در ولوم‌های الکترومغناطیسی به دست آمده است.

• اقتصادی بودن: جایگزینی سه مکانیسم جداگانه با یک مکانیسم هزینه‌ها را تقریباً 15% (85% از طرح‌های جداگانه فازی معمولی) کاهش می‌دهد و ارزش فروش را 1.5 برابر می‌کند به دلیل قابلیت اطمینان افزایش یافته.

تست نوع

• استانداردها: مطابق با DL/T593، GB1984، IEC62271-100.

• تست‌های کلیدی:

• پایداری دینامیکی/حرارتی: 50kA برای 3s؛ 125kA برای 0.3s

• تست‌های خطا در پایانه (T100s): 50kA

• عمر مکانیکی: 5000 چرخه موفقیت‌آمیز انجام شد

• درجه IP: جعبه مکانیسم از آزمون‌های سطح محافظت عبور کرده است.

نتیجه‌گیری

سیستم پیوند مکانیکی سه فاز توسعه یافته برای شیرکنترهای SF₆ نوع ظرفی 252kV مشکلات مهم قابلیت اطمینان در شبکه‌های برق بالاولت را حل می‌کند. با حذف خطاها در همزمانی فازها و کاهش تعداد قطعات، این نوآوری پایداری شبکه را افزایش می‌دهد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. با استانداردهای فنی رهبری بین‌المللی و حق امتیاز مالکیت معنوی مستقل، این راه‌حل شکاف فنی داخلی را پر می‌کند و تجهیزات قوی برای گسترش شبکه برق چین فراهم می‌کند و بازارهای گسترده‌ای را ارائه می‌دهد، از جمله کاربردهای بالقوه در سیستم‌های تجهیزات ترکیبی.