Utformning av trefasmekanisk transmission för 252kV tanktyp högspännings svavhexafluorid strömavbrottsutrustning

Design och tillämpning av trefas-mekanisk koppling för 252kV tanktypens SF₆ strömavbrottsutrustningar i Kinas högspänningsnät

I Kinas högspänningsöverföringsnät används allmänt trefassystem för strömöverföring, med högspänningsutrustning också konfigurerad i trefaslayout. De flesta existerande 252kV tanktypens SF₆ strömavbrottsutrustningar har fas-separerade design, där varje fas är utrustad med en oberoende motor-fjäderdrivsystem. Trefas-mekanisk koppling uppnås genom elektriska kopplingar via en anslutningskontrollbox. Elektriska kopplingar är dock känsliga för externa påverkan, vilket ofta leder till problem som icke-fullfas-operation och dålig trefassynkronisering. Dessa problem har betydande inverkan på nätets stabilitеть, eftersom det ökar överbelastningen på överföringslinjerna. För att lösa dessa utmaningar och förbättra driftsäkerheten har en trefas-mekanisk kopplingsstruktur utvecklats för att säkerställa synkroniserad drivning av ett enda system, vilket förbättrar trefassynkroniseringen och förhindrar fasförlustfel.

Designschema
Kontrast mellan elektriska och mekaniska kopplingar

• Trefas-elektrisk koppling: Använder tre oberoende drivsystem (till exempel CT20 motor-fjäderdrivsystem för LW24-252 produkter), med fasövergripande samordning uppnådd genom elektriska kopplingar i anslutningsboxen. Varje fas drivaxel är direkt ansluten till sin respektive bågningskammare. Skyddssystem använder trefas positionsmismatch reläer för att utlösa avbrott.

• Trefas-mekanisk koppling: Använder ett enda hydraulisk-fjäderdrivsystem, med de tre fasernas bågningskammare kopplade via mekaniska sambandsstänger. För 252kV tanktypens strömavbrottsutrustningar med horisontell bågningskammare layout (vanligt i uteanläggningar) är drivsystemet och drivsystemet placerat framför kammarna, vilket kräver omoptimerad design för montering, drivsystem och stödstrukturer.

Uppgradering av LW24-252 strömavbrottsutrustningar

Den ursprungliga LW24-252 har fas-separerad drift med tre CT20-mekanismer. För att uppnå mekanisk koppling:

• Uppgraderat drivsystem: Ersatt med ett högeffektivt hydraulisk-fjäderdrivsystem (till exempel CYA5-5) för att möta ökade driftenergibehov (beräknad ensidig växlingsenergi kräver en robust hydraulisk design).

• Förbättrad tätningsstruktur: Konverterad från direktverkande tätningar (med komprimerade PTFE V-packings med hög friktion och kostnad) till roterande läppstätningsringar för minskad driftkraft och förbättrad tillförlitlighet.

• Hård fasövergripande fastsättning: Installerade sambandsplattor för att bibehålla fasavstånd och förbättra drivhårdhet.

• Dubbel stångsystem: Använt dubbla stänger för att överföra moment och förhindra deformation under växling, vilket säkerställer synkroniserad rörelse.

• Integrerad mekanisk box: Omformulerad för att passa det enda hydrauliska systemet, förenklar kontroll och mekaniska gränssnitt.

Arbetsprincip och struktur

Hydraulisk-fjädermekanism driver en kolvar i linjär rörelse, vilket konverteras till rotationsrörelse via en drivkurbel. Denna rörelse överförs genom stänger för att synkronisera de tre faserna. En kurbelbox konverterar sedan rotationsrörelsen tillbaka till linjär rörelse för att aktivera de rörliga kontaktarna i bågningskammarna.

• Stängningsprocess: Kolven rör sig åt höger, driver kurbeln att rotera drivaxeln moturs. Denna rörelse överförs via stänger till alla tre faser, trycker in de interna stängerna tills kontakterna stängs helt.

• Öppningsprocess: Rörelser är omvända, med kolven som dras tillbaka för att skilja kontakterna.

Konstruktion av drivkomponenter

För att behålla ursprungliga mekaniska egenskaper under trefaskoppling kräver hydraulisk-fjädermekanismens höga driftenergi (till exempel 10,000J total växlingsenergi) förstärkta kurbelar och stänger. Finit elementanalys säkerställer spänningsfördelning inom materialgränser under högenergioperationer.

Mekanismval och felsökning
Egenskaper hos hydraulisk-fjädermekanism

• Fördelar: Kompakt design, hög integration, stor driftenergi (2540J för stängning, 10005J för avbrott), minimal temperaturpåverkan, och hög tillförlitlighet.

• Tekniska parametrar:

• Nominal driftcykel: Öppna - 0.3s - Stäng-öppna - 180s - Stäng-öppna

• Nominal oljetryck: 48.7MPa ±3MPa

• Energilagrings tid: ≤60s per cykel

• Mekanisk livslängd: 5000 cykler (M2 klass: 10,000 cykler)

Felsökning och prestanda

• Energi matchning: CYA5-5-mekanismen (10,000J total energi) uppfyller 252kV strömavbrottsutrustningens krav (6500J för avbrott, 3500J för stängning), med säkerhetsmarginaler säkrade.

• Synkronisering: Trefas växlingsynkronisering förbättras till ≤3ms (mot konventionella LW24-252:s 3ms-baslinje), uppnådd genom hydraulisk flödesreglering i solenoideventilar.

• Kostnadseffektivitet: Att ersätta tre separata mekanismer med en reducerar kostnader med ~15% (85% av konventionella fas-separerade design) samtidigt som försäljningsvärdet ökar med 1.5x på grund av förbättrad tillförlitlighet.

Typprovning

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

• Nyckeltester:

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

• Terminalfeltest (T100s): 50kA

• Mekanisk livslängd: Lyckades slutföra 5000 cykler

• IP-klassificering: Mekanismbox passerar skyddsnivåtester.

Slutsats

Det utvecklade trefas-mekaniska kopplingssystemet för 252kV tanktypens SF₆ strömavbrottsutrustningar löser kritiska tillförlitlighetsproblem i högspänningsnät. Genom att eliminera fas-synkroniseringsfel och minska antalet komponenter, förbättrar denna innovation nätets stabilitet samtidigt som kostnadsbesparingar uppnås. Med internationellt ledande tekniska standarder och oberoende immaterialrättigheter fyller denna lösning en inhemsk teknisk lucka, ger robust utrustningsstöd för utbyggnaden av Kinas elnät och erbjuder breda marknadsutsikter, inklusive potentiella tillämpningar i hybridbrytaressystem.