Conception de schéma de transmission mécanique triphasée pour disjoncteur haute tension à soufre hexafluoridé de type cuve 252 kV

Conception et application d'un système de liaison mécanique triphasée pour les disjoncteurs SF₆ de type cuve 252kV dans le réseau électrique haute tension chinois

Dans le réseau de transport à haute tension en Chine, les systèmes de transmission triphasés sont universellement adoptés, avec un équipement électrique haute tension également configuré en mise en œuvre triphasée. La plupart des disjoncteurs SF₆ de type cuve 252kV existants présentent une conception phase par phase, où chaque phase est équipée d'un mécanisme d'entraînement ressort-moteur indépendant. La liaison mécanique triphasée est réalisée via des liaisons électriques par l'intermédiaire d'une boîte de jonction de contrôle. Cependant, les liaisons électriques sont sensibles aux influences externes, ce qui conduit souvent à des problèmes tels que le fonctionnement non triphasé complet et une mauvaise synchronisation de commutation triphasée. Ces problèmes ont un impact significatif sur la stabilité du réseau électrique en raison des contraintes de surtension accrues sur les lignes de transmission. Pour relever ces défis et améliorer la fiabilité opérationnelle, une structure de liaison mécanique triphasée a été développée pour assurer un entraînement synchronisé par un seul mécanisme, améliorant ainsi la synchronisation triphasée et prévenant les pannes de phase.

Schéma de conception
Comparaison entre les liaisons électriques et mécaniques

• Liaison électrique triphasée : Utilise trois mécanismes d'entraînement indépendants (par exemple, les mécanismes CT20 ressort-moteur pour les produits LW24-252), avec une coordination interphase réalisée par des connexions électriques dans la boîte de jonction. L'arbre d'entraînement de chaque phase est directement connecté à sa chambre d'extinction d'arc respective. Les systèmes de protection utilisent des relais de décalage de position triphasée pour déclencher le déclenchement.

• Liaison mécanique triphasée : Emploie un seul mécanisme d'entraînement hydraulique-ressort, avec les chambres d'extinction d'arc triphasées liées par des tiges de liaison mécanique. Pour les disjoncteurs de type cuve 252kV avec une disposition horizontale des chambres d'extinction d'arc (commune dans les postes extérieurs), le mécanisme d'entraînement et le système de transmission sont positionnés devant les chambres, nécessitant une redéfinition optimisée du montage du mécanisme, des transmissions et des structures de support.

Rétrofit des disjoncteurs LW24-252

Le modèle original LW24-252 présente un fonctionnement phase par phase avec trois mécanismes CT20. Pour réaliser la liaison mécanique :

• Mécanisme d'entraînement amélioré : Remplacé par un mécanisme hydraulique-ressort haute puissance (par exemple, CYA5-5) pour répondre aux exigences accrues en énergie opérationnelle (l'énergie de commutation monophasée calculée nécessite une conception hydraulique robuste).

• Amélioration de la structure de joint : Converti des joints à action directe (utilisant des joints V en PTFE compressé avec un frottement élevé et un coût élevé) à des joints rotatifs à lèvre pour réduire la force d'entraînement et améliorer la fiabilité.

• Fixation rigide interphase : Installé des plaques de liaison pour maintenir l'espacement interphase et renforcer la rigidité de l'entraînement.

• Système de double barre de liaison : Utilisé des doubles barres de liaison pour transmettre le couple et prévenir la déformation lors de la commutation, assurant un mouvement synchronisé.

• Boîtier de mécanisme intégré : Redessiné pour accueillir le mécanisme hydraulique unique, rationalisant les interfaces de contrôle et mécaniques.

Principe de fonctionnement et structure

Le mécanisme hydraulique-ressort entraîne une tige de piston en mouvement linéaire, qui est converti en mouvement rotatif via un bras de levier d'entraînement. Ce mouvement est transmis par des barres de liaison pour synchroniser les trois phases. Une boîte de bras de levier convertit ensuite le mouvement rotatif en mouvement linéaire pour actionner les contacts mobiles à l'intérieur des chambres d'extinction d'arc.

• Processus de fermeture : La tige de piston se déplace vers la droite, entraînant le bras de levier à faire tourner l'arbre d'entraînement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ce mouvement est transféré par les barres de liaison à toutes les trois phases, poussant les barres de liaison internes vers l'intérieur jusqu'à ce que les contacts soient fermés complètement.

• Processus d'ouverture : Les mouvements sont inversés, avec la tige de piston se rétractant pour séparer les contacts.

Conception de la résistance des composants d'entraînement

Pour maintenir les caractéristiques mécaniques originales sous la liaison triphasée, l'énergie opérationnelle élevée du mécanisme hydraulique-ressort (par exemple, 10 000 J d'énergie de commutation totale) nécessite des bras de levier et des barres de liaison renforcés. L'analyse par éléments finis assure une distribution de contrainte dans les limites des matériaux lors des opérations à haute énergie.

Sélection et débogage du mécanisme
Caractéristiques du mécanisme hydraulique-ressort

• Avantages : Conception compacte, forte intégration, grande énergie opérationnelle (2540 J pour la fermeture, 10005 J pour le déclenchement), faible impact de température et haute fiabilité.

• Paramètres techniques :

• Cycle d'opération nominal : Ouvert - 0,3 s - Fermé-ouvert - 180 s - Fermé-ouvert

• Pression d'huile nominale : 48,7 MPa ±3 MPa

• Temps de stockage d'énergie : ≤60 s par cycle

• Vie mécanique : 5000 cycles (grade M2 : 10 000 cycles)

Débogage et performance

• Adéquation énergétique : Le mécanisme CYA5-5 (10 000 J d'énergie totale) répond aux exigences du disjoncteur 252kV (6500 J pour le déclenchement, 3500 J pour la fermeture), avec des marges de sécurité assurées.

• Synchronisation : La synchronisation de commutation triphasée est améliorée à ≤3 ms (contre 3 ms de base pour le LW24-252 conventionnel), réalisée par la régulation du flux hydraulique dans les valves solénoïdes.

• Efficacité économique : Le remplacement de trois mécanismes distincts par un seul réduit les coûts de ~15 % (85 % des conceptions phase par phase conventionnelles) tout en augmentant la valeur de vente de 1,5 fois grâce à une fiabilité accrue.

Essais de type

• Normes : Conformes aux DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Essais clés :

• Stabilité dynamique/thermique : 50 kA pendant 3 s ; 125 kA pendant 0,3 s

• Essais de défaut terminal (T100s) : 50 kA

• Vie mécanique : 5000 cycles réussis

• Classement IP : Le boîtier du mécanisme passe les tests de niveau de protection.

Conclusion

Le système de liaison mécanique triphasée développé pour les disjoncteurs SF₆ de type cuve 252kV répond aux problèmes critiques de fiabilité dans les réseaux haute tension. En éliminant les erreurs de synchronisation de phase et en réduisant le nombre de composants, cette innovation améliore la stabilité du réseau tout en réalisant des économies de coûts. Avec des normes techniques internationales de pointe et des droits de propriété intellectuelle indépendants, cette solution comble un vide technologique national, offrant un soutien d'équipement robuste pour l'expansion du réseau électrique chinois et offrant des perspectives de marché larges, y compris des applications potentielles dans les systèmes de commutateurs hybrides.