Načrt in uporaba trofaznega mehanskega preklopa za 252kV tanko oblikovane SF₆ preklopne naprave v visokonapetostni električni mreži Kitajske
V kitajski visokonapetostni prenosni mreži so univerzalno sprejeti trofazni sistemi prenosa energije, kjer je tudi visokonapetostna elektrooprema konfigurirana v trofaznih postavitvah. Večina obstoječih 252kV tanko oblikovanih SF₆ preklopnih naprav ima fazno ločene dizajne, kjer je vsaka faza opremljena z neodvisnim motor-jaglovim pogonom. Trofazni mehanski preklop je dosežen skozi električne povezave preko spojnega nadzornega škatla. Vendar so električne povezave občutljive na zunanje vplive, kar pogosto vodi do težav, kot so delovanje le nekaterih faz in slabo sinhronizacija preklopa med fazami. Te težave imajo velik vpliv na stabilnost električne mreže zaradi povečanega udarnega obremenjenja prenosnih linij. Za reševanje teh izzivov in izboljšanje zanesljivosti delovanja je bil razvit trofazni mehanski prekopni sistem, ki zagotavlja sinhroniziran pogon z enotnim mehanizmom, s tem pa izboljša sinhronizacijo med fazami in preprečuje težave z izgubo faze.
Načrt
Primerjava med električnimi in mehanskimi prekopi
Trofazni električni prekop: Uporablja tri neodvisne pogonske mehanizme (npr. CT20 motor-jaglove mehanizme za LW24-252 izdelke), z interfezensko koordinacijo, doseženo preko električnih povezav v spojnem škatlu. Vsak pogonski valj posamezne faze neposredno povezuje na njen odgovarjajoči zgasiščni prostor. Sistemi za zaščito uporabljajo trofazne rele priključke za odkrivanje neskladnosti položaja, ki sprožijo preklop.
Trofazni mehanski prekop: Uporablja en sam hidravsko-jaglov pogonski mehanizem, z trofaznimi zgasiščnimi prostori, povezanimi preko mehanskih povezovalnih valjkov. Za 252kV tanko oblikovane preklopne naprave s horizontalno razpostavitvijo zgasiščnih prostorov (običajne v odprtih pretvorilnikih) je pogonski mehanizem in pogonski sistem nameščen pred zgasiščnimi prostori, kar zahteva ponovno optimizirano oblikovanje montaže mehanizmov, pogonskih sistemov in nosilnih struktur.
Modernizacija LW24-252 preklopne naprave
Izvirna LW24-252 ima fazno ločeno delovanje z tremi CT20 mehanizmi. Za dosego mehanskega prekopa:
Nadgrajeni pogonski mehanizem: Nadomeščen z močnim hidravsko-jaglovim mehanizmom (npr. CYA5-5) za izpolnjevanje povečanih potreb po operacijski energiji (razčlenjena enofazna preklopna energija zahteva trdno hidravskega dizajna).
Izboljšana zaporna struktura: Pretvorjena iz neposredno delujočih zapornih (s pritiskom stisnjeni PTFE V-oblikni zaporne z visokim trenjem in stroški) na vrtilne usticne zaporne za zmanjšanje operacijske sile in izboljšanje zanesljivosti.
Trdno interfezensko priklopno: Nameščeni povezovalni platci za ohranjanje interfezenskega razmika in izboljšanje trdnosti pogona.
Dvojni povezovalni sistem: Uporaba dvojnih veznic za prenašanje torza in preprečevanje deformacije med preklopi, s tem pa zagotavljanje sinhroniziranega gibanja.
Združena mehanizemska škatla: Preoblikovana za sprejem enega hidravskega mehanizma, s tem pa poenostavitev nadzora in mehanskih vmesnikov.
Načelo delovanja in struktura
Hidravsko-jaglov mehanizem pogaja pistonov valj v linearnem gibanju, ki se pretvori v vrtilno gibanje preko pogonskega kraka. To gibanje se prenaša preko veznic za sinhronizacijo treh faz. Krakovska škatla nato pretvori vrtilno gibanje nazaj v linearno gibanje, da aktivira premikajoče kontaktnike znotraj zgasiščnih prostorov.
Postopek zapiranja: Pistonov valj se giblje desno, s tem pogaja krak, da se pogonski valj vrte proti urinegi. To gibanje se prenaša preko veznic na vse tri faze, s tem pa notranje veznice gibljejo vnoter, dokler se kontaktniki popolnoma zaprejo.
Postopek odpiranja: Gibanja so obrnjena, s tem se pistonov valj povleče, da razmakne kontaktnike.
Konstruiranje čvrstosti pogonskih komponent
Za ohranitev prvotnih mehanskih lastnosti pod trofaznim prekopom je potrebna močna operacijska energija (npr. 10.000J celotne preklopne energije) hidravsko-jaglovega mehanizma, kar zahteva okrepitve krakov in veznic. Analiza s končnimi elementi zagotavlja porazdelitev napetosti znotraj mej materiala med visokoenergijskimi operacijami.
Izbira in odpravljanje motenj mehanizmov
Značilnosti hidravsko-jaglovega mehanizma
Prednosti: Kompaktno oblikovanje, visoka integracija, velika operacijska energija (2540J za zapiranje, 10005J za preklop), minimalen vpliv temperature in visoka zanesljivost.
Tehnični parametri:
Nastavljeno delovno cikel: Odpiranje - 0,3s - Zapiranje-odpiranje - 180s - Zapiranje-odpiranje
Nastavljeno tlak olja: 48,7MPa ±3MPa
Čas shranjevanja energije: ≤60s na cikel
Mehansko življenje: 5000 ciklov (Razred M2: 10.000 ciklov)
Odpravljanje motenj in zmogljivost
Ujemanje energije: Mehanizem CYA5-5 (10.000J celotne energije) zadostva zahtevam 252kV preklopne naprave (6500J za preklop, 3500J za zapiranje), z varnostnimi maržami.
Sinhronizacija: Sinhronizacija preklopa med fazami je izboljšana na ≤3ms (vs. običajnih LW24-252 osnovnih 3ms), dosežena preko regulacije hidravskega pretoka v magnetnih ventilih.
Stroškovna učinkovitost: Zamenjava treh ločenih mehanizmov z enim zniža stroške za ~15% (85% običajnih fazno ločenih dizajnov), hkrati pa poveča prodajno vrednost za 1,5x zaradi izboljšane zanesljivosti.
Tipizacija preskusov
Zaključek
Razviti trofazni mehanski prekopni sistem za 252kV tanko oblikovane SF₆ preklopne naprave rešuje ključne zanesljivostne težave v visokonapetostnih mrežah. Z odpravljanjem napak sinhronizacije faz in zmanjšanjem števila komponent to novovede izboljša stabilnost mreže, hkrati pa doseže stroškovne uštevčenosti. Z mednarodno vodilnimi tehničnimi standardi in samostojnimi intelektualnimi lastniškimi pravicami ta rešitev izpolnjuje domačo tehnološko vrzel, prušča močno opremo za razširitev kitajske električne mreže in ponuja široke tržne možnosti, vključno z potencialnimi uporabami v hibridnih preklopnih napravah.
