Progettazione di un Trasmissione Meccanica Triphasica per Interruttori a Sestifluoruro di Zolfo ad Alta Tensione da 252kV a Serbatoio

Progettazione e Applicazione di un Accoppiamento Meccanico Triphasico per Interruttori SF₆ a Serbatoio da 252kV nella Rete Elettrica Ad Alta Tensione Cinese

Nella rete di trasmissione ad alta tensione cinese, i sistemi di trasmissione trifase sono universalmente adottati, con le apparecchiature elettriche ad alta tensione configurate in layout trifase. La maggior parte degli interruttori SF₆ a serbatoio da 252kV esistenti presenta una progettazione separata per fase, dove ogni fase è dotata di un meccanismo di operazione a motore-molla indipendente. L'interconnessione meccanica trifase viene realizzata attraverso collegamenti elettrici tramite una scatola di controllo di giunzione. Tuttavia, i collegamenti elettrici sono suscettibili a influenze esterne, spesso portando a problemi come l'operazione non trifase completa e la scarsa sincronizzazione dello spegnimento trifase. Questi problemi hanno un impatto significativo sulla stabilità della rete elettrica a causa dell'aumento degli stress di impulso sulle linee di trasmissione. Per affrontare queste sfide e migliorare l'affidabilità operativa, è stato sviluppato un sistema di accoppiamento meccanico trifase per garantire la guida sincronizzata da un singolo meccanismo, migliorando così la sincronizzazione trifase e prevenendo i guasti di perdita di fase.

Schema di Progettazione
Confronto tra Collegamenti Elettrici e Meccanici

• Collegamento Elettrico Trifase: Utilizza tre meccanismi di operazione indipendenti (ad esempio, meccanismi CT20 a motore-molla per prodotti LW24-252), con la coordinazione interfasce ottenuta attraverso connessioni elettriche nella scatola di giunzione. L'albero di comando di ogni fase si collega direttamente alla rispettiva camera di spegnimento. I sistemi di protezione utilizzano relè di disaccordo di posizione trifase per attivare il trip.

• Collegamento Meccanico Trifase: Utilizza un singolo meccanismo di operazione idraulico-molla, con le camere di spegnimento trifase collegate tramite bielle meccaniche. Per gli interruttori a serbatoio da 252kV con disposizione orizzontale delle camere di spegnimento (comune nelle sottostazioni all'aperto), il meccanismo di operazione e il sistema di trazione sono posizionati davanti alle camere, richiedendo una ridisegnazione ottimizzata per il montaggio del meccanismo, i treni di trazione e le strutture di supporto.

Retrofit degli Interruttori LW24-252

L'LW24-252 originale presenta un'operazione separata per fase con tre meccanismi CT20. Per realizzare l'accoppiamento meccanico:

• Meccanismo di Operazione Aggiornato: Sostituito con un meccanismo idraulico-molla ad alta potenza (ad esempio, CYA5-5) per soddisfare i requisiti di energia operativa aumentati (l'energia di commutazione monofase calcolata richiede un design idraulico robusto).

• Miglioramento della Struttura di Sigillatura: Convertito da sigillature a azione diretta (utilizzando guarnizioni V in PTFE compresso con alta attrito e costo) a sigillature labiali rotative per ridurre la forza di operazione e migliorare l'affidabilità.

• Fissaggio Rigido Interfasce: Installate piastre di connessione per mantenere lo spazio interfasce e migliorare la rigidità di trazione.

• Sistema a Doppia Biella: Utilizzato un sistema a doppia biella per trasmettere il momento e prevenire la deformazione durante la commutazione, assicurando il movimento sincronizzato.

• Scatola Integrata del Meccanismo: Ridisegnata per ospitare il singolo meccanismo idraulico, semplificando le interfacce di controllo e meccaniche.

Principio di Funzionamento e Struttura

Il meccanismo idraulico-molla muove un pistone in moto lineare, che viene convertito in moto rotatorio tramite un braccio di leva di trazione. Questo moto viene trasmesso attraverso bielle per sincronizzare le tre fasi. Una scatola di braccio di leva converte poi il moto rotatorio nuovamente in moto lineare per azionare i contatti mobili all'interno delle camere di spegnimento.

• Processo di Chiusura: Il pistone si muove verso destra, facendo ruotare il braccio di leva per far girare l'albero di trazione in senso antiorario. Questo moto viene trasferito tramite bielle a tutte e tre le fasi, spingendo le bielle interne verso l'interno fino a quando i contatti si chiudono completamente.

• Processo di Apertura: I movimenti vengono invertiti, con il pistone che si ritira per separare i contatti.

Progettazione della Resistenza dei Componenti di Trazione

Per mantenere le caratteristiche meccaniche originali con l'accoppiamento trifase, l'alta energia operativa del meccanismo idraulico-molla (ad esempio, 10.000J di energia totale di commutazione) richiede bracci di leva e bielle rinforzati. L'analisi agli elementi finiti garantisce la distribuzione dello stress entro i limiti del materiale durante le operazioni ad alta energia.

Selezione e Debugging del Meccanismo
Caratteristiche del Meccanismo Idraulico-Molla

• Vantaggi: Design compatto, alta integrazione, grande energia operativa (2540J per la chiusura, 10005J per il trip), minimo impatto della temperatura, alta affidabilità.

• Parametri Tecnici:

• Ciclo di funzionamento nominale: Apertura - 0,3s - Chiusura-apertura - 180s - Chiusura-apertura

• Pressione olio nominale: 48,7MPa ±3MPa

• Tempo di accumulo di energia: ≤60s per ciclo

• Vita meccanica: 5000 cicli (grado M2: 10.000 cicli)

Debugging e Prestazioni

• Abbinamento dell'Energia: Il meccanismo CYA5-5 (10.000J di energia totale) soddisfa i requisiti dell'interruttore da 252kV (6500J per il trip, 3500J per la chiusura), con margini di sicurezza assicurati.

• Sincronizzazione: La sincronizzazione della commutazione trifase è migliorata a ≤3ms (rispetto ai 3ms di base del LW24-252 convenzionale), raggiunta attraverso la regolazione del flusso idraulico nei valvole solenoide.

• Efficacia dei Costi: La sostituzione di tre meccanismi separati con uno solo riduce i costi del ~15% (85% dei design separati per fase tradizionali) mentre aumenta il valore di vendita di 1,5x grazie all'affidabilità migliorata.

Test di Tipo

• Standard: Conformi a DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Test Chiave:

• Stabilità dinamica/termica: 50kA per 3s; 125kA per 0,3s

• Test di guasto terminale (T100s): 50kA

• Vita meccanica: Completati con successo 5000 cicli

• Classificazione IP: La scatola del meccanismo supera i test di livello di protezione.

Conclusione

Il sistema di accoppiamento meccanico trifase sviluppato per gli interruttori SF₆ a serbatoio da 252kV affronta questioni critiche di affidabilità nelle reti ad alta tensione. Eliminando gli errori di sincronizzazione di fase e riducendo il numero di componenti, questa innovazione migliora la stabilità della rete e ottiene risparmi sui costi. Con standard tecnici internazionali di primo piano e diritti di proprietà intellettuale indipendenti, questa soluzione colma un vuoto tecnologico nazionale, fornendo un supporto robusto per l'espansione della rete elettrica cinese e offrendo ampie prospettive di mercato, inclusi potenziali applicazioni in sistemi di commutatori ibridi.