Ontwerp van driefase mechanische aandrijving voor 252kV tanktype hoogspannings zulfexafluoride schakelaar

Ontwerp en toepassing van een driefase mechanische koppeling voor 252kV tanktype SF₆ schakelaars in het Chinese hoogspanningsnetwerk

In het Chinese hoogspanningsverzendnetwerk worden universeel driefase energieoverdrachtsystemen gebruikt, met hoogspanningselectrische apparatuur die ook in een driefase opstelling is geconfigureerd. De meeste bestaande 252kV tanktype SF₆ schakelaars hebben fasescheidende ontwerpen, waarbij elke fase is uitgerust met een onafhankelijke motor-veer bedieningsmechanisme. Driefase mechanische koppeling wordt bereikt via elektrische verbindingen door middel van een verbindingsdoos. Elektrische koppelingen zijn echter vatbaar voor externe invloeden, wat vaak leidt tot problemen zoals niet-volledige faserijking en slechte driefase schakelsynchronisatie. Deze problemen hebben een significante impact op de stabiliteit van het elektriciteitsnet als gevolg van verhoogde stootspanningen op overdrachtlijnen. Om deze uitdagingen aan te pakken en de betrouwbaarheid van de operatie te verbeteren, is een driefase mechanische koppelingstructuur ontwikkeld om gesynchroniseerde aandrijving door één mechanisme te garanderen, waardoor de driefase synchronisatie wordt verbeterd en fasedefecten worden voorkomen.

Ontwerpschema
Vergelijking tussen elektrische en mechanische koppelingen

• Driefase elektrische koppeling: Gebruikt drie onafhankelijke bedieningsmechanismen (bijvoorbeeld CT20 motor-veer mechanismen voor LW24-252 producten), met interphase coördinatie bereikt via elektrische verbindingen in de verbindingsdoos. Elke fase's aandrijfas is direct verbonden met de respectievelijke boogblussingkamer. Beschermingssystemen gebruiken driefase positievermogensrelais om uitschakeling te activeren.

• Driefase mechanische koppeling: Gebruikt één hydraulisch-veer bedieningsmechanisme, met de driefase boogblussingkamers verbonden via mechanische verbinderstangen. Voor 252kV tanktype schakelaars met horizontale boogblussingkameropstellingen (gebruikelijk in buitenstations) staan het bedieningsmechanisme en het aandrijfsysteem voor de kamers, wat een heroptimalisatie van het montagedesign, aandrijfassen en dragende structuren vereist.

Upgrade van LW24-252 schakelaars

De originele LW24-252 heeft fasescheidende werking met drie CT20 mechanismen. Om mechanische koppeling te realiseren:

• Geüpgradeerd bedieningsmechanisme: Vervangen door een krachtig hydraulisch-veer mechanisme (bijvoorbeeld CYA5-5) om aan de verhoogde operationele energie-eisen te voldoen (berekeningen van single-phase schakelenergie vereisen een robuust hydraulisch ontwerp).

• Verbetering van de sluitconstructie: Overgegaan van direct werkende sluitingen (met samengeperste PTFE V-ringpakkingen met hoge wrijving en kosten) naar rotatieve lipseals voor verminderde bewegingskracht en verbeterde betrouwbaarheid.

• Rigide interphase vastlegging: Verbindingplaten geïnstalleerd om de interphase afstand te handhaven en de aandrijfrigiditeit te versterken.

• Dubbel stangensysteem: Gebruik gemaakt van dubbele stangen om moment over te brengen en vervorming tijdens schakeling te voorkomen, zodat gesynchroniseerde beweging wordt gewaarborgd.

• Geïntegreerde mechanismedos: Herontworpen om het enkele hydraulische mechanisme te huisvesten, waardoor de controle- en mechanische interfaces worden gestroomlijnd.

Werkprincipe en structuur

Het hydraulisch-veer mechanisme drijft een zuigerstang in lineaire beweging, die wordt omgezet in draaiende beweging via een aandrijfwiparm. Deze beweging wordt doorgegeven via stangen om de drie fasen te synchroniseren. Een wiparmdoos zet de draaiende beweging dan weer om in lineaire beweging om de bewegende contacten binnen de boogblussingkamers te bedienen.

• Sluitproces: De zuigerstang beweegt naar rechts, waardoor de wiparm de aandrijfas tegen de klok in roteert. Deze beweging wordt via stangen doorgegeven aan alle drie fasen, waardoor de interne stangen naar binnen worden geduwd totdat de contacten volledig gesloten zijn.

• Openproces: De bewegingen worden omgekeerd, met de zuigerstang die intrekt om de contacten te scheiden.

Sterkteontwerp van aandrijfonderdelen

Om de oorspronkelijke mechanische eigenschappen bij driefase koppeling te behouden, vereist de hoge operationele energie van het hydraulisch-veer mechanisme (bijvoorbeeld 10.000J totale schakelenergie) verstevigde wiparmen en stangen. Eindige elementanalyse zorgt ervoor dat de spanningverdeling binnen de materiaalgrenzen blijft tijdens hoge-energiebewerkingen.

Mechanisme selectie en debuggen
Kenmerken van het hydraulisch-veer mechanisme

• Voordelen: Compact ontwerp, hoge integratie, grote operationele energie (2540J voor sluiten, 10005J voor uitschakeling), minimale temperatuurinvloed en hoge betrouwbaarheid.

• Technische parameters:

• Genoemd bedieningscyclus: Open - 0,3s - Sluiten-open - 180s - Sluiten-open

• Genoemde oliedruk: 48,7MPa ±3MPa

• Energiereserveertijd: ≤60s per cyclus

• Mechanisch leven: 5000 cycli (M2 klasse: 10.000 cycli)

Debuggen en prestaties

• Energieovereenkomst: Het CYA5-5 mechanisme (10.000J totale energie) voldoet aan de eisen van de 252kV schakelaar (6500J voor uitschakeling, 3500J voor sluiten), met veiligheidsmarges verzekerd.

• Synchronisatie: Driefase schakelsynchronisatie is verbeterd tot ≤3ms (tegenover de conventionele LW24-252 basislijn van 3ms), bereikt door hydraulische stroomregeling in solenoïdekleppen.

• Kostenefficiëntie: Het vervangen van drie aparte mechanismen door één vermindert de kosten met ~15% (85% van de conventionele fasescheidende ontwerpen) terwijl de verkoopwaarde met 1,5x toeneemt door de verbeterde betrouwbaarheid.

Typeproeven

• Normen: Compatibel met DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Belangrijkste tests:

• Dynamische/thermische stabiliteit: 50kA voor 3s; 125kA voor 0,3s

• Terminaldefecttests (T100s): 50kA

• Mechanisch leven: Succesvol 5000 cycli voltooid

• IP-classificatie: Mechanismedos slaagt voor beschermingsniveautests.

Conclusie

Het ontwikkelde driefase mechanische koppelingssysteem voor 252kV tanktype SF₆ schakelaars biedt een oplossing voor cruciale betrouwbaarheidsproblemen in hoogspanningsnetwerken. Door fasesynchronisatiefouten te elimineren en het aantal componenten te verminderen, verbetert deze innovatie de netwerkstabiliteit en behaalt tegelijkertijd kostenbesparingen. Met internationaal leidend technische normen en onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten vult deze oplossing een technologische lacune in China, biedt robuuste apparatuursteun voor de expansie van het Chinese elektriciteitsnetwerk en biedt brede marktperspectieven, inclusief potentiële toepassingen in hybride schakelmateriaal systemen.