การออกแบบแผนของระบบส่งกำลังสามเฟสสำหรับวงจรตัดไฟแรงดันสูงแบบถัง 252kV ใช้ก๊าซหกฟลูออไรด์ของกำมะถัน

การออกแบบและการประยุกต์ใช้ระบบเชื่อมโยงกลไกสามเฟสสำหรับเบรกเกอร์ SF₆ แบบถังขนาด 252kV ในระบบไฟฟ้าแรงสูงของจีน

ในระบบการส่งไฟฟ้าแรงสูงของจีน มีการใช้ระบบส่งไฟฟ้าสามเฟสอย่างแพร่หลาย โดยอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงก็ได้รับการกำหนดให้มีการจัดวางเป็นระบบสามเฟสเช่นกัน เบรกเกอร์ SF₆ แบบถังขนาด 252kV ส่วนใหญ่มีการออกแบบแยกตามเฟส โดยแต่ละเฟสมีกลไกการทำงานด้วยมอเตอร์-สปริงที่เป็นอิสระ การเชื่อมโยงกลไกสามเฟสทำผ่านการเชื่อมโยงทางไฟฟ้าโดยใช้กล่องควบคุม อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโยงทางไฟฟ้ามักจะได้รับผลกระทบจากภายนอก ส่งผลให้เกิดปัญหาในการทำงานไม่ครบเฟสและประสิทธิภาพในการสลับเฟสไม่สอดคล้องกัน ซึ่งปัญหาเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อความเสถียรของระบบไฟฟ้าเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของแรงกระแทกบนสายส่ง เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้และเพิ่มความน่าเชื่อถือในการทำงาน ได้มีการพัฒนาระบบเชื่อมโยงกลไกสามเฟสเพื่อให้สามารถขับเคลื่อนโดยกลไกเดียว ทำให้การสลับเฟสมีความสอดคล้องกันมากขึ้นและป้องกันการขาดเฟส

แผนการสร้าง
การเปรียบเทียบระหว่างการเชื่อมโยงทางไฟฟ้าและการเชื่อมโยงทางกลไก

• การเชื่อมโยงทางไฟฟ้าสามเฟส: ใช้กลไกการทำงานที่เป็นอิสระสามตัว (เช่น กลไก CT20 สำหรับผลิตภัณฑ์ LW24-252) และการประสานงานระหว่างเฟสทำผ่านการเชื่อมโยงทางไฟฟ้าในกล่องควบคุม แกนขับเคลื่อนของแต่ละเฟสเชื่อมต่อกับห้องดับอาร์คของเฟสนั้นๆ ระบบป้องกันใช้เรลัยตำแหน่งที่ไม่ตรงกันระหว่างเฟสเพื่อทริปวงจร

• การเชื่อมโยงทางกลไกสามเฟส: ใช้กลไกการทำงานไฮดรอลิก-สปริงเพียงหนึ่งตัว และห้องดับอาร์คสามเฟสเชื่อมต่อกันผ่านแกนเชื่อมโยงทางกลไก สำหรับเบรกเกอร์ SF₆ แบบถังขนาด 252kV ที่มีการจัดวางห้องดับอาร์คในแนวราบ (ที่พบบ่อยในสถานีไฟฟ้ากลางแจ้ง) กลไกการทำงานและระบบขับเคลื่อนจะตั้งอยู่ด้านหน้าของห้องดับอาร์ค จำเป็นต้องมีการออกแบบใหม่สำหรับการติดตั้งกลไก การขับเคลื่อน และโครงสร้างรองรับ

การปรับปรุงเบรกเกอร์ LW24-252

LW24-252 รุ่นเดิมมีการทำงานแยกตามเฟสด้วยกลไก CT20 สามตัว ในการเปลี่ยนเป็นการเชื่อมโยงทางกลไก:

• การอัปเกรดกลไกการทำงาน: แทนที่ด้วยกลไกไฮดรอลิก-สปริงกำลังสูง (เช่น CYA5-5) เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานในการทำงานที่เพิ่มขึ้น (พลังงานในการสลับเฟสเดียวคำนวณแล้วต้องการการออกแบบไฮดรอลิกที่แข็งแรง)

• การปรับปรุงโครงสร้างการปิดผนึก: แปลงจากการปิดผนึกโดยตรง (ใช้แหวน PTFE V ที่มีแรงเสียดทานและค่าใช้จ่ายสูง) เป็นการปิดผนึกแบบลิปโรตารีเพื่อลดแรงในการทำงานและเพิ่มความน่าเชื่อถือ

• การยึดแน่นระหว่างเฟส: ติดตั้งแผ่นเชื่อมโยงเพื่อรักษาช่องว่างระหว่างเฟสและเพิ่มความแข็งแรงในการขับเคลื่อน

• ระบบแกนเชื่อมโยงคู่: ใช้แกนเชื่อมโยงคู่เพื่อส่งแรงบิดและป้องกันการบิดเบี้ยวขณะสลับเฟส เพื่อให้มีการเคลื่อนไหวที่สอดคล้องกัน

• กล่องกลไกแบบรวม: ออกแบบใหม่เพื่อรองรับกลไกไฮดรอลิกเดียว ทำให้การควบคุมและส่วนต่อประสานกลไกมีความเรียบง่าย

หลักการการทำงานและโครงสร้าง

กลไกไฮดรอลิก-สปริงขับเคลื่อนแกนลูกสูบให้เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง ซึ่งถูกแปลงเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนผ่านแขนขับเคลื่อน การเคลื่อนที่นี้ถูกส่งผ่านแกนเชื่อมโยงเพื่อให้เฟสทั้งสามเคลื่อนที่สอดคล้องกัน กล่องแขนขับเคลื่อนจะแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนกลับเป็นการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงเพื่อขับเคลื่อนตัวติดต่อภายในห้องดับอาร์ค

• กระบวนการปิด: แกนลูกสูบเคลื่อนที่ไปทางขวา ขับเคลื่อนแขนขับเคลื่อนให้หมุนแกนขับเคลื่อนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา การเคลื่อนที่นี้ถูกส่งผ่านแกนเชื่อมโยงไปยังเฟสทั้งสาม ทำให้แกนเชื่อมโยงภายในเคลื่อนที่เข้าหากันจนกระทั่งตัวติดต่อปิดสนิท

• กระบวนการเปิด: การเคลื่อนที่ถูกย้อนกลับ แกนลูกสูบถอยออกเพื่อแยกตัวติดต่อออกจากกัน

การออกแบบความแข็งแรงของส่วนประกอบการขับเคลื่อน

ในการรักษาคุณสมบัติกลไกเดิมภายใต้การเชื่อมโยงสามเฟส ความต้องการพลังงานในการทำงานสูงของกลไกไฮดรอลิก-สปริง (เช่น พลังงานในการสลับเฟสรวม 10,000J) จำเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแรงให้กับแขนขับเคลื่อนและแกนเชื่อมโยง การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (finite element analysis) ช่วยให้แน่ใจว่าการกระจายแรงภายในวัสดุอยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้ในระหว่างการทำงานที่มีพลังงานสูง

การเลือกและทดสอบกลไก
คุณสมบัติของกลไกไฮดรอลิก-สปริง

• ข้อดี: ออกแบบกะทัดรัด มีการรวมเข้าด้วยกันสูง มีพลังงานในการทำงานสูง (2540J สำหรับปิด 10005J สำหรับทริป) ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิน้อย และมีความน่าเชื่อถือสูง

• พารามิเตอร์ทางเทคนิค:

• รอบการทำงานที่ระบุ: เปิด - 0.3s - ปิด-เปิด - 180s - ปิด-เปิด

• ความดันน้ำมันที่ระบุ: 48.7MPa ±3MPa

• เวลาสะสมพลังงาน: ≤60s ต่อรอบ

• อายุการใช้งานทางกลไก: 5000 รอบ (M2 grade: 10,000 รอบ)

การทดสอบและประสิทธิภาพ

• การจับคู่พลังงาน: กลไก CYA5-5 (พลังงานรวม 10,000J) สามารถตอบสนองความต้องการของเบรกเกอร์ขนาด 252kV (6500J สำหรับทริป 3500J สำหรับปิด) พร้อมกับการมีขอบเขตความปลอดภัย

• การสอดคล้องกันของเฟส: การสอดคล้องกันในการสลับเฟสสามเฟสได้รับการปรับปรุงเป็น ≤3ms (เมื่อเทียบกับ LW24-252 แบบเดิมที่มีฐาน 3ms) โดยการปรับการไหลของน้ำมันในวาล์วโซลินอยด์

• ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ: การแทนที่กลไกที่เป็นอิสระสามตัวด้วยหนึ่งตัวลดต้นทุนลงประมาณ 15% (85% ของการออกแบบแยกตามเฟสแบบเดิม) และเพิ่มคุณค่าในการขายขึ้น 1.5 เท่าเนื่องจากความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

การทดสอบประเภท

• มาตรฐาน: ปฏิบัติตาม DL/T593, GB1984, IEC62271-100

• การทดสอบสำคัญ:

• ความเสถียรทางพลศาสตร์และความร้อน: 50kA สำหรับ 3s; 125kA สำหรับ 0.3s

• การทดสอบความผิดพลาดที่ปลายสาย (T100s): 50kA

• อายุการใช้งานทางกลไก: สำเร็จในการทดสอบ 5000 รอบ

• ระดับ IP: กล่องกลไกผ่านการทดสอบระดับการป้องกัน

สรุป

ระบบเชื่อมโยงกลไกสามเฟสที่พัฒนาขึ้นสำหรับเบรกเกอร์ SF₆ แบบถังขนาด 252kV แก้ไขปัญหาความน่าเชื่อถือที่สำคัญในระบบไฟฟ้าแรงสูง โดยการกำจัดความผิดพลาดในการสอดคล้องกันของเฟสและการลดจำนวนส่วนประกอบ นวัตกรรมนี้เพิ่มความเสถียรของระบบไฟฟ้าและลดต้นทุน ด้วยมาตรฐานเทคโนโลยีระดับนานาชาติและสิทธิบัตรทางปัญญาที่เป็นอิสระ โซลูชันนี้ช่วยเติมเต็มช่องว่างทางเทคโนโลยีภายในประเทศ ให้การสนับสนุนอุปกรณ์ที่แข็งแกร่งสำหรับการขยายระบบไฟฟ้าของจีน และมีโอกาสตลาดที่กว้างขวาง รวมถึงการนำไปใช้ในระบบสวิตช์เกียร์ผสม