Oppskrift for trefase mekanisk overføring for 252kV tank-type høyspennings svovelheksafluorid bryter

Design and Application of Three-Phase Mechanical Linkage for 252kV Tank-Type SF₆ Circuit Breakers in China's High-Voltage Power Grid

I Kinas høyspenningsnettverk, er trefasstransmisjonssystemer universelt vedtatt, med høyspenningsutstyr også konfigurert i trefaslayout. De fleste eksisterende 252kV tanktype SF₆ strømbrytere har faseadskilte design, der hver fase er utstyrt med en uavhengig motor-fjærdrivemekanisme. Trefas mekanisk kobling oppnås gjennom elektriske koblinger via en forbindelseskontrollboks. Imidlertid er elektriske koblinger sårbare for eksterne påvirkninger, som ofte fører til problemer som ikke-fullfase drift og dårlig trefas skiftsynkronisering. Disse problemene har betydelige konsekvenser for nettets stabilitet på grunn av økte overbelastningsstress på transmisjonslinjer. For å løse disse utfordringene og forbedre driftsrelatert pålitelighet, er en trefas mekanisk koblingsstruktur utviklet for å sikre synkronisert driv av en enkelt mekanisme, dermed forbedrer trefas synkronisering og forebygger fase-tap feil.

Designløsning
Kontrast mellom elektrisk og mekanisk kobling

• Trefas elektrisk kobling: Bruker tre uavhengige driftsmekanismer (f.eks. CT20 motor-fjær mekanismer for LW24-252 produkter), med fasenivåkoordinasjon oppnådd gjennom elektriske forbindelser i forbindelseskortet. Hver fases drevaksel kobles direkte til dens respektive bukslukkingskammer. Beskyttelsessystemer bruker trefas posisjonsuoverensstemmelsesreler for å utløse koppeling.

• Trefas mekanisk kobling: Bruker en enkelt hydraulisk-fjær driftsmekanisme, med de trefas bukslukkingskamrene koblet sammen gjennom mekaniske koblingsstenger. For 252kV tanktype strømbrytere med horisontale bukslukkingskammeroppsett (vanlig i utendørs understasjoner), er driftsmekanismen og drevsystemet plassert foran kamrene, noe som krever reoptimalisert design for mekanismemontering, drevtrains og støttekonstruksjoner.

Ombygging av LW24-252 strømbrytere

Den originale LW24-252 har faseadskilt drift med tre CT20-mekanismer. For å oppnå mekanisk kobling:

• Oppgradert driftsmekanisme: Erstattet med en høyeffektiv hydraulisk-fjær mekanisme (f.eks. CYA5-5) for å møte økte driftsenergiforbruk (beregnet enefasedriftsenergi krever et robust hydraulisk design).

• Forbedret tettelementstruktur: Konvertert fra direkte virkende tettelementer (som bruker komprimert PTFE V-ring med høy friksjon og kostnad) til roterende lippelementer for redusert driftskraft og forbedret pålitelighet.

• Stiv fasenivå fastsetting: Installert koblingsplater for å opprettholde faseavstand og forbedre drevrigiditet.

• Dobbelt stangsystem: Brukt dobbel stang for å overføre dreiemoment og forhindre deformering under skifte, og sikre synkronisert bevegelse.

• Integrasjon av mekanismeboks: Omformet for å akkommodere den ene hydrauliske mekanismen, for å forenkle kontroll- og mekaniske grensesnitt.

Arbeidsprinsipp og struktur

Den hydrauliske-fjær mekanismen driver en kolbenstang i lineær bevegelse, som omgjøres til rotasjonell bevegelse gjennom en drevkrankarm. Denne bevegelsen overføres gjennom stanger for å synkronisere de tre fasene. En krankarmboks konverterer så rotasjonell bevegelse tilbake til lineær bevegelse for å aktiverer de bevegelige kontaktene inne i bukslukkingskamrene.

• Lukkeprosess: Kolbenstangen beveger seg mot høyre, drar krankarmen for å rotere drevakselen mot klokka. Denne bevegelsen overføres gjennom stanger til alle tre fasene, som presser de interne stangene innover til kontaktene lukkes fullstendig.

• Åpningprosess: Bevegelser blir reversert, med kolbenstangen som trekkes tilbake for å skille kontaktene.

Styrke design av drevkomponenter

For å opprettholde de originale mekaniske egenskapene under trefas kobling, krever den hydrauliske-fjær mekanismens høye driftsenergi (f.eks. 10,000J total skifteenergi) forsterket krankarmer og stanger. Finit elementanalyse sikrer stressfordeling innen materialegrenser under høyenergibetingelser.

Mekanismevalg og feilsøking
Egenskaper ved hydraulisk-fjær mekanisme

• Fordeler: Kompakt design, høy integrasjon, stor driftsenergi (2540J for lukking, 10005J for koppeling), minimal temperaturpåvirkning, og høy pålitelighet.

• Tekniske parametre:

• Nominell driftssyklus: Åpen - 0.3s - Lukket-åpen - 180s - Lukket-åpen

• Nominell olje trykk: 48.7MPa ±3MPa

• Energilagrings tid: ≤60s per syklus

• Mekanisk levetid: 5000 sykluser (M2 klasse: 10,000 sykluser)

Feilsøking og ytelse

• Energi match: CYA5-5 mekanismen (10,000J total energi) dekker 252kV strømbryterens krav (6500J for koppeling, 3500J for lukking), med sikkerhetsmarginer sikret.

• Synkronisering: Trefas skiftsynkronisering er forbedret til ≤3ms (vs. konvensjonelle LW24-252s 3ms basis), oppnådd gjennom hydraulisk flytregulering i solenoideventiler.

• Kostnadseffektivitet: Erstatning av tre separate mekanismer med en reduserer kostnader med ~15% (85% av konvensjonelle faseadskilte design) mens salgsverdi økes med 1.5 ganger på grunn av forbedret pålitelighet.

Type testing

• Standarder: Samsvarer med DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Kjerne tester:

• Dynamisk/termisk stabilitet: 50kA i 3s; 125kA i 0.3s

• Terminal feil tester (T100s): 50kA

• Mekanisk levetid: Fullført 5000 sykluser med suksess

• IP-rangering: Mekanismeboksen passer beskyttelsesnivåtester.

Konklusjon

Den utviklede trefas mekaniske koblingssystemet for 252kV tanktype SF₆ strømbrytere løser kritiske pålitelighetsutfordringer i høyspenningsnett. Ved å eliminere fase synkroniseringsfeil og redusere antall komponenter, bidrar denne innovasjonen til å forbedre nettets stabilitet samtidig som det oppnår kostnadsbesparelser. Med internasjonalt ledende tekniske standarder og uavhengig immaterialrettigheter, fyller denne løsningen en nasjonal teknologisk gap, gir robust utstyrstøtte for Kinas strømnets utvidelse, og tilbyr bred markedsutsikt, inkludert potensielle anvendelser i hybrid switchgear systemer.