Projekt układu trójfazowego napędu mechanicznego dla 252kV zbiornikowego wysokonapiężowego przekaźnika siarkowohexafluoranowego

Projektowanie i zastosowanie trójfazowego sprzężenia mechanicznego dla obwodników typu zbiornikowego SF₆ o napięciu 252kV w chińskiej sieci wysokiego napięcia

W chińskiej sieci przesyłowej wysokiego napięcia powszechnie stosowane są systemy przesyłu trójfazowego, a urządzenia elektryczne wysokiego napięcia są konfigurowane w układzie trójfazowym. Większość istniejących obwodników typu zbiornikowego SF₆ o napięciu 252kV ma konstrukcję jednofazową, gdzie każda faza jest wyposażona w niezależny mechanizm napędowy sprężynowo-motorowy. Trójfazowe sprzężenie mechaniczne osiągane jest poprzez połączenia elektryczne za pośrednictwem skrzynki kontrolnej. Jednak połączenia elektryczne są podatne na wpływy zewnętrzne, co często prowadzi do problemów takich jak operacja niepełnofazowa i słaba synchronizacja przełączania trójfazowego. Te problemy mają znaczący wpływ na stabilność sieci energetycznej ze względu na zwiększone naprężenia impulsowe na liniach przesyłowych. Aby rozwiązać te wyzwania i zwiększyć niezawodność działania, opracowano strukturę trójfazowego sprzężenia mechanicznego, która zapewnia zsynchronizowany napęd przez jeden mechanizm, co poprawia synchronizację trójfazową i zapobiega awariom faz.

Schemat projektowy
Porównanie sprzężeń elektrycznych i mechanicznych

• Trójfazowe sprzężenie elektryczne: Wykorzystuje trzy niezależne mechanizmy napędowe (np. mechanizmy CT20 dla produktów LW24-252), z koordynacją między fazami realizowaną poprzez połączenia elektryczne w skrzynce kontrolnej. Każdy wał napędowy bezpośrednio połączony jest z odpowiadającą mu komorą gasnącą. Systemy ochronne wykorzystują relacje nierówności położenia trójfazowego do wyzwalania odłączenia.

• Trójfazowe sprzężenie mechaniczne: Używa jednego mechanizmu hydrauliczno-sprężynowego, z trójfazowymi komorami gasnymi połączonymi poprzez łączniki mechaniczne. Dla obwodników typu zbiornikowego o napięciu 252kV z poziomym układem komór gasnych (często spotykanych w stacjach zewnętrznych), mechanizm napędowy i system napędowy są umieszczone przed komorami, co wymaga ponownego zoptymalizowania montażu mechanizmu, systemu napędowego i konstrukcji nośnej.

Modyfikacja obwodników LW24-252

Oryginalny model LW24-252 ma operację jednofazową z trzema mechanizmami CT20. Aby osiągnąć sprzężenie mechaniczne:

• Zaktualizowany mechanizm napędowy: Zastąpiono go mocnym mechanizmem hydrauliczno-sprężynowym (np. CYA5-5) aby spełnić zwiększone wymagania energetyczne (obliczona energia przełączania jednofazowego wymaga solidnej konstrukcji hydraulicznej).

• Ulepszenie uszczelki: Przekształcono z działającej bezpośrednio uszczelki (używającej sprężonej PTFE V-shaped gasket o wysokim tarcie i koszcie) na uszczelkę rotacyjną z obręczą, co zmniejsza siłę działania i poprawia niezawodność.

• Solidne zamocowanie między fazami: Zainstalowano płyty łączące, aby utrzymać odległość między fazami i zwiększyć sztywność napędu.

• System dwuszczeplowy: Zastosowano dwie sztywne belki, aby przekazywać moment obrotowy i zapobiegać deformacji podczas przełączania, zapewniając zsynchronizowane ruchy.

• Integrowana skrzynka mechanizmu: Przebudowano, aby pomieścić pojedynczy mechanizm hydrauliczny, upraszczając interfejsy sterujące i mechaniczne.

Zasada działania i konstrukcja

Mechanizm hydrauliczno-sprężynowy napędza tłok w ruchu liniowym, który jest przekształcany w ruch obrotowy za pomocą ramienia napędowego. Ten ruch jest przekazywany poprzez belki łączące, synchronizując trzy fazy. Skrzynka ramienia napędowego następnie przekształca ruch obrotowy z powrotem w ruch liniowy, aby uruchomić kontakty ruchome w komorach gasnych.

• Proces zamykania: Tłok przesuwa się w prawo, napędzając ramię napędowe do obrotu w lewo. Ten ruch jest przekazywany poprzez belki łączące do wszystkich trzech faz, pchając wewnętrzne belki łączące do wewnątrz, aż kontakty zostaną całkowicie zamknięte.

• Proces otwierania: Ruchy są odwrócone, z tłokiem cofającym się, aby rozdzielić kontakty.

Projektowanie siły elementów napędowych

Aby zachować oryginalne właściwości mechaniczne przy trójfazowym sprzężeniu, wysoka energia operacyjna mechanizmu hydrauliczno-sprężynowego (np. łączna energia przełączania 10,000J) wymaga wzmocnienia ramion napędowych i belek łączących. Analiza elementów skończonych zapewnia, że rozkład naprężeń pozostaje w granicach materiałów podczas operacji o wysokiej energii.

Wybór i dostosowanie mechanizmu
Cechy mechanizmu hydrauliczno-sprężynowego

• Zalety: Kompaktowa konstrukcja, wysoka integracja, duża energia operacyjna (2540J do zamykania, 10005J do odłączenia), minimalny wpływ temperatury, wysoka niezawodność.

• Parametry techniczne:

• Cykl pracy nominalny: Otwórz - 0,3s - Zamknij-otwórz - 180s - Zamknij-otwórz

• Ciśnienie oleju nominalne: 48,7MPa ±3MPa

• Czas magazynowania energii: ≤60s na cykl

• Życie mechaniczne: 5000 cykli (Klasa M2: 10,000 cykli)

Dostosowanie i wydajność

• Dopasowanie energii: Mechanizm CYA5-5 (łączna energia 10,000J) spełnia wymagania obwodnika 252kV (6500J do odłączenia, 3500J do zamykania), z zapewnieniem marginesów bezpieczeństwa.

• Synchronizacja: Synchronizacja przełączania trójfazowego jest poprawiona do ≤3ms (w porównaniu do standardowych 3ms dla LW24-252), osiągnięta poprzez regulację przepływu hydraulicznego w zaworach elektromagnetycznych.

• Efektywność kosztowa: Zastąpienie trzech oddzielnych mechanizmów jednym redukuje koszty o około 15% (85% tradycyjnych konstrukcji jednofazowych), jednocześnie zwiększając wartość sprzedaży o 1,5x dzięki zwiększonej niezawodności.

Testy typowe

• Normy: Zgodne z DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Główne testy:

• Stabilność dynamiczna/cieplna: 50kA przez 3s; 125kA przez 0,3s

• Testy awarii końcowych (T100s): 50kA

• Życie mechaniczne: Pomyślnie ukończone 5000 cykli

• Stopień ochrony IP: Skrzynka mechanizmu przechodzi testy stopnia ochrony.

Podsumowanie

Rozwinięty system trójfazowego sprzężenia mechanicznego dla obwodników typu zbiornikowego SF₆ o napięciu 252kV rozwiązuje kluczowe problemy niezawodności w sieciach wysokiego napięcia. Eliminując błędy synchronizacji faz i redukując liczbę komponentów, ta innowacja zwiększa stabilność sieci, jednocześnie osiągając oszczędności kosztów. Ze światowymi standardami technicznymi i własnymi prawami własności intelektualnej, to rozwiązanie wypełnia technologiczną lukę krajową, dostarczając solidne wsparcie sprzętowe dla rozwoju sieci energetycznej w Chinach i oferując szerokie perspektywy rynkowe, w tym potencjalne zastosowania w systemach hybrydowych.