Deseño do esquema de transmisión mecánica trifásico para interruptor de corrente de hexafluoruro de enxofre de alta tensión de 252kV de tipo tanque

Deseño e aplicación dunha ligazón mecánica trifásica para interruptores SF₆ de tipo tanque de 252kV na rede eléctrica de alta tensión de China

Na rede de transmisión de alta tensión de China, os sistemas de transmisión trifásica están universalmente adoptados, coa configuración do equipo eléctrico de alta tensión tamén en disposición trifásica. A maioría dos interruptores SF₆ de tipo tanque existentes de 252kV teñen un deseño separado por fases, onde cada fase está equipada cun mecanismo operativo independente motor-mola. A ligazón mecánica trifásica lograse mediante ligazóns eléctricas a través dunha caixa de control de xunción. Pero as ligazóns eléctricas son susceptibles ás influencias externas, o que frecuentemente leva a problemas como a operación non completa de todas as fases e a mala sincronización do conmutado trifásico. Estes problemas teñen un impacto significativo na estabilidade da rede eléctrica debido ao aumento das sobretensións nas liñas de transmisión. Para abordar estos desafíos e mellorar a fiabilidade operativa, desenvolveuse unha estrutura de ligazón mecánica trifásica para asegurar unha impulsión sincronizada por un único mecanismo, mellorando así a sincronización trifásica e previndo fallos por perda de fases.

Esquema de deseño
Comparación entre ligazóns eléctricas e mecánicas

• Ligazón eléctrica trifásica: Utiliza tres mecanismos operativos independentes (por exemplo, mecanismos motor-mola CT20 para produtos LW24-252), con a coordinación interfasial conseguida mediante conexiones eléctricas na caixa de xunción. O eixe de impulsión de cada fase conectase directamente coa respectiva cámara de extinción de arcos. Os sistemas de protección empregan relés de desacordo de posición trifásica para activar o disparo.

• Ligazón mecánica trifásica: Emprega un único mecanismo operativo hidráulico-mola, coas cámaras de extinción de arcos trifásicas ligadas mediante barras de conexión mecánica. Para interruptores de tipo tanque de 252kV con disposición horizontal das cámaras de extinción de arcos (común en subestacións ao aire libre), o mecanismo operativo e o sistema de impulsión situanse diante das cámaras, requirindo un redeseño optimizado para a montaxe do mecanismo, as transmisiones de impulsión e as estruturas de soporte.

Retrofit de interruptores LW24-252

O LW24-252 orixinal ten unha operación separada por fases con tres mecanismos CT20. Para lograr a ligazón mecánica:

• Mecanismo operativo mellorado: Substituído por un mecanismo hidráulico-mola de alta potencia (por exemplo, CYA5-5) para satisfacer os requisitos aumentados de enerxía operativa (a enerxía de conmutado monofásico calculada require un deseño hidráulico robusto).

• Mellora da estrutura de selado: Convertida de selos de acción directa (usando juntas V de PTFE comprimido con alta fricción e custo) a selos labiais rotativos para reducir a forza de operación e mellorar a fiabilidade.

• Fijación rígida interfasial: Instaláronse placas de conexión para manter o espazo interfasial e aumentar a rigidez de impulsión.

• Sistema de bielas duplas: Empregouse un sistema de bielas duplas para transmitir o par e prevenir a deformación durante o conmutado, asegurando o movemento sincronizado.

• Caja de mecanismo integrada: Redeseñada para acomodar o único mecanismo hidráulico, simplificando as interfaces de control e mecánicas.

Principio de funcionamento e estrutura

O mecanismo hidráulico-mola impulsa un pistón en movemento linear, que se convirte en movemento rotatorio mediante un brazo de impulsión. Este movemento transmite a través de bielas para sincronizar as tres fases. Unha caxa de brazo converte o movemento rotatorio de novo en movemento linear para actuar sobre os contactos móveis dentro das cámaras de extinción de arcos.

• Proceso de pechado: O pistón move cara a dereita, impulsando o brazo de impulsión para rotar o eixe de impulsión no sentido antihorario. Este movemento transmite a través de bielas a todas as tres fases, empurrando as bielas internas cara adentro ata que os contactos se pechen completamente.

• Proceso de apertura: Os movementos invértese, co pistón retraendo para separar os contactos.

Deseño de resistencia dos compoñentes de impulsión

Para manter as características mecánicas orixinais baixo a ligazón trifásica, a alta enerxía operativa do mecanismo hidráulico-mola (por exemplo, 10.000J de enerxía total de conmutado) require braços de impulsión e bielas reforzados. A análise por elementos finitos asegura a distribución de esforzos dentro dos límites do material durante as operacións de alta enerxía.

Selección e depuración do mecanismo
Características do mecanismo hidráulico-mola

• Vantaxes: Deseño compacto, alta integración, gran enerxía operativa (2540J para pechar, 10005J para disparar), mínimo impacto térmico e alta fiabilidade.

• Parámetros técnicos:

• Ciclo de operación nominal: Abrir - 0,3s - Pechado-abierto - 180s - Pechado-abierto

• Presión óleo nominal: 48,7MPa ±3MPa

• Tempo de almacenamento de enerxía: ≤60s por ciclo

• Vida útil mecánica: 5000 ciclos (grado M2: 10.000 ciclos)

Depuración e rendemento

• Compatibilidade de enerxía: O mecanismo CYA5-5 (10.000J de enerxía total) cumple cos requisitos do interruptor de 252kV (6500J para disparar, 3500J para pechar), cunha margen de seguridade asegurada.

• Sincronización: A sincronización do conmutado trifásico mellorouse a ≤3ms (en comparación coa base de 3ms do LW24-252 convencional), lograda mediante a regulación do fluxo hidráulico nos válvulas solenoide.

• Eficacia de custo: A substitución de tres mecanismos separados por un só reduce os custos en ~15% (85% do diseños convencionais separados por fases) mentres que aumenta o valor de venda en 1,5 veces debido á maior fiabilidade.

Ensaíos de tipo

• Normas: Cumprimento de DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Ensaíos clave:

• Estabilidade dinámica/térmica: 50kA durante 3s; 125kA durante 0,3s

• Ensaíos de fallos terminais (T100s): 50kA

• Vida útil mecánica: Completou satisfactoriamente 5000 ciclos

• Clasificación IP: A caxa do mecanismo supera os ensaíos de nivel de protección.

Conclusión

O sistema de ligazón mecánica trifásica desenvolvido para interruptores SF₆ de tipo tanque de 252kV aborda problemas críticos de fiabilidade nas redes de alta tensión. Ao eliminar erros de sincronización de fases e reducir o número de compoñentes, esta innovación mellora a estabilidade da rede mentres que logra ahorros de custos. Con estándares técnicos líderes internacionais e dereitos de propiedade intelectual independentes, esta solución cubre unha brecha tecnolóxica nacional, proporcionando un soporte robusto de equipos para a expansión da rede eléctrica de China e ofrecendo amplias perspectivas de mercado, incluíndo posibles aplicacións en sistemas de conmutadores híbridos.