Проектирование схемы трехфазной механической передачи для высоковольтного шестифтористого серного выключателя на 252 кВ бакового типа

Проектирование и применение трехфазной механической связи для выключателей SF₆ бакового типа на 252 кВ в высоковольтных сетях Китая

В высоковольтных сетях Китая повсеместно используются трехфазные системы передачи электроэнергии, а высоковольтное оборудование также устанавливается в трехфазной конфигурации. Большинство существующих выключателей SF₆ бакового типа на 252 кВ имеют раздельные конструкции, где каждая фаза оснащена независимым электромеханическим приводом. Трехфазная механическая связь осуществляется через электрические соединения посредством соединительного щита управления. Однако электрические связи подвержены внешним воздействиям, что часто приводит к проблемам, таким как неполнофазное управление и плохая синхронизация переключения фаз. Эти проблемы оказывают значительное влияние на стабильность энергосистемы из-за увеличения переходных процессов на линиях передачи. Для решения этих задач и повышения надежности эксплуатации была разработана трехфазная механическая система связи, обеспечивающая синхронизированное управление одной системой, что улучшает синхронизацию фаз и предотвращает потери фаз.

Проектная схема
Сравнение электрической и механической связей

• Трехфазная электрическая связь: Использует три независимых привода (например, механизмы CT20 для продуктов LW24-252), с координацией между фазами, достигаемой через электрические соединения в соединительном щите. Приводной вал каждой фазы напрямую соединяется с соответствующей камерой дугогашения. Системы защиты используют реле несовпадения положений фаз для срабатывания отключения.

• Трехфазная механическая связь: Использует один гидравлический-пружинный привод, с камерами дугогашения, связанными механическими тягами. Для выключателей SF₆ бакового типа на 252 кВ с горизонтальным расположением камер дугогашения (что характерно для открытых подстанций) привод и система привода расположены спереди камер, что требует переоптимизации конструкции крепления, приводных механизмов и опорных структур.

Модернизация выключателей LW24-252

Изначально LW24-252 имели раздельное управление с тремя механизмами CT20. Для достижения механической связи:

• Обновленный привод: Заменен на мощный гидравлический-пружинный механизм (например, CYA5-5) для удовлетворения повышенных требований к энергии управления (вычисленная энергия переключения одной фазы требует мощного гидравлического дизайна).

• Улучшение уплотнительной конструкции: Переход от прямодействующих уплотнений (с использованием компрессированных PTFE V-уплотнений с высоким трением и стоимостью) к роторным уплотнениям для снижения усилия управления и повышения надежности.

• Жесткое межфазное крепление: Установлены соединительные пластины для поддержания межфазного расстояния и усиления жесткости привода.

• Двухстержневая система: Использованы две тяги для передачи момента и предотвращения деформации при переключении, обеспечивая синхронизированное движение.

• Интегрированный корпус привода: Переработан для размещения одного гидравлического привода, упрощая контроль и механические интерфейсы.

Принцип работы и конструкция

Гидравлический-пружинный привод движет поршень в линейном движении, которое преобразуется в вращательное движение посредством рычага привода. Это движение передается через тяги для синхронизации трех фаз. Коробка рычагов затем преобразует вращательное движение обратно в линейное, чтобы активировать подвижные контакты внутри камер дугогашения.

• Процесс закрытия: Поршень перемещается вправо, приводя в движение рычаг, который вращает приводной вал против часовой стрелки. Это движение передается через тяги всем трем фазам, толкая внутренние тяги внутрь до полного закрытия контактов.

• Процесс открытия: Движения происходят в обратном порядке, с втягиванием поршня для разъединения контактов.

Проектирование прочности приводных элементов

Для сохранения исходных механических характеристик при трехфазной связи, высокая энергия управления (например, 10,000 Дж суммарной энергии переключения) гидравлического-пружинного привода требует усиленных рычагов и тяг. Метод конечных элементов гарантирует распределение напряжений в пределах допустимых значений при работе с высокой энергией.

Выбор и отладка привода
Характеристики гидравлического-пружинного привода

• Преимущества: Компактная конструкция, высокая степень интеграции, большая энергия управления (2540 Дж для закрытия, 10005 Дж для отключения), минимальное влияние температуры и высокая надежность.

• Технические параметры:

• Номинальный цикл операций: Открытие - 0,3 с - Закрытие-открытие - 180 с - Закрытие-открытие

• Номинальное давление масла: 48,7 МПа ±3 МПа

• Время накопления энергии: ≤60 с за цикл

• Механический ресурс: 5000 циклов (класс M2: 10,000 циклов)

Отладка и производительность

• Соответствие энергии: Механизм CYA5-5 (общая энергия 10,000 Дж) удовлетворяет требованиям выключателя на 252 кВ (6500 Дж для отключения, 3500 Дж для закрытия), обеспечивая запас прочности.

• Синхронизация: Синхронизация трехфазного переключения улучшена до ≤3 мс (по сравнению с базовым значением 3 мс для стандартного LW252-252), достигнутая регулировкой потока жидкости в электромагнитных клапанах.

• Экономическая эффективность: Замена трех отдельных механизмов одним снижает затраты на ~15% (85% от стоимости стандартных раздельных конструкций), при этом увеличивая продажную стоимость в 1,5 раза благодаря повышению надежности.

Типовые испытания

• Стандарты: Соответствие DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Основные испытания:

• Динамическая/термическая стабильность: 50 кА в течение 3 с; 125 кА в течение 0,3 с

• Испытания на терминальные отказы (T100s): 50 кА

• Механический ресурс: успешно завершено 5000 циклов

• IP-рейтинг: Корпус привода проходит тесты на степень защиты.

Заключение

Разработанная трехфазная механическая система связи для выключателей SF₆ бакового типа на 252 кВ решает ключевые вопросы надежности в высоковольтных сетях. Устранение ошибок синхронизации фаз и сокращение числа компонентов улучшают стабильность сети, одновременно снижая затраты. С международными передовыми техническими стандартами и собственными интеллектуальными правами, это решение заполняет технологический пробел в стране, предоставляя надежную поддержку оборудования для расширения энергосистемы Китая и открывая широкие перспективы рынка, включая возможные применения в гибридных коммутационных устройствах.