Проектування схеми трифазного механічного передачі для 252кВ бакового високовольтного гексафториду сульфурного вимикача

Проектування та застосування трифазного механічного зв'язку для 252кВ бакових вимикачів SF₆ у високовольтній електромережі Китаю

У високовольтній мережі передачі електроенергії Китаю повсюдно використовуються трифазні системи передачі електроенергії, а високовольтне електрообладнання також розташоване в трифазних конфігураціях. Більшість існуючих 252кВ бакових вимикачів SF₆ мають фазово-розподілену конструкцію, де кожна фаза оснащена незалежним моторно-пружинним приводом. Трифазний механічний зв'язок досягається через електричні зв'язки через комутаційну коробку. Однак, електричні зв'язки піддаються зовнішнім впливам, що часто призводить до проблем, таких як неповнофазова робота та погана синхронізація переключення трьох фаз. Ці проблеми значно впливають на стабільність електромережі через збільшення імпульсних напруженостей на лініях передачі. Для вирішення цих проблем та підвищення надійності роботи була розроблена трифазна механічна зв'язкова система, що забезпечує синхронізований привід одним приводом, що покращує синхронізацію трьох фаз та запобігає втратам фаз.

Проектувальна схема
Порівняння електричних та механічних зв'язків

• Трифазний електричний зв'язок: Використовує три незалежні приводи (наприклад, CT20 моторно-пружинні приводи для продуктів LW24-252), з координацією між фазами через електричні з'єднання в комутаційній коробці. Привідна вала кожного фазового блоку прямо з'єднаний з його відповідною камерою гасіння дуги. Системи захисту використовують трифазні реле невідповідності положення для запуску відключення.

• Трифазний механічний зв'язок: Використовує один гідропружинний привід, з трифазними камерами гасіння дуги, з'єднаними через механічні зв'язкові валки. Для 252кВ бакових вимикачів з горизонтальною розташуванням камер гасіння дуги (поширено в зовнішніх підстанціях) привідна система та привід розташовані перед камерами, що вимагає повторно оптимізованого проектування для монтажу приводу, привідних систем та опорних конструкцій.

Модернізація вимикачів LW24-252

Оригінальний LW24-252 має фазово-розподілену роботу з трьома механизмами CT20. Для досягнення механічного зв'язку:

• Оновлений привідний механізм: Замінений на потужний гідропружинний привід (наприклад, CYA5-5) для задоволення збільшених енергетичних потреб (розрахунок енергії для одиночного фазового переключення вимагає міцного гідравлічного проектування).

• Покращення герметизаційної конструкції: Перехід від прямодійних ущільнень (з використанням стиснутого PTFE V-уплотнень з високим тертям та вартістю) до обертальних губцевих ущільнень для зменшення сил руху та підвищення надійності.

• Жорстке міжфазне кріплення: Встановлення з'єднуючих пластин для підтримки міжфазного простору та підвищення жорсткості приводу.

• Система подвійних штанг: Використання подвійних штанг для передачі моменту та запобігання деформації під час переключення, забезпечуючи синхронізоване рухання.

• Інтегрована коробка механізму: Передизайнена для розміщення одного гідропружинного приводу, спрощуючи контролювання та механічні інтерфейси.

Принцип роботи та конструкція

Гідропружинний привід приводить поршневий вал у лінійному русі, який перетворюється на обертовий рух через привідний кривошип. Цей рух передається через штанги для синхронізації трьох фаз. Коробка кривошипа потім перетворює обертовий рух назад на лінійний рух для активування рухомих контактів всередині камер гасіння дуги.

• Процес замикання: Поршневий вал рухається праворуч, приводячи кривошип до обертання привідного вала проти годинникової стрілки. Цей рух передається через штанги до всіх трьох фаз, штовхаючи внутрішні штанги внутрішньо, поки контакти не замкнуться повністю.

• Процес відкриття: Рухи зворотні, з поршневим валом, який відтягує контакти.

Розрахунок міцності привідних компонентів

Для підтримки початкових механічних характеристик при трифазному зв'язку, висока енергія роботи гідропружинного приводу (наприклад, загальна енергія переключення 10,000Дж) вимагає підсилення кривошипів та штанг. Метод скінченних елементів забезпечує розподіл напруженостей в межах матеріалів під час роботи з високою енергією.

Вибір та налагодження механізму
Особливості гідропружинного механізму

• Переваги: Компактний дизайн, висока інтеграція, велика енергія роботи (2540Дж для замикання, 10005Дж для відключення), мінімальний вплив температури, висока надійність.

• Технічні параметри:

• Нормований цикл роботи: Відкриття - 0.3с - Замикання-відкриття - 180с - Замикання-відкриття

• Нормований тиск масла: 48.7МПа ±3МПа

• Час зарядки: ≤60с на цикл

• Механічний ресурс: 5000 циклів (клас M2: 10,000 циклів)

Налагодження та характеристики

• Збіг енергій: Механізм CYA5-5 (загальна енергія 10,000Дж) відповідає вимогам вимикача 252кВ (6500Дж для відключення, 3500Дж для замикання), з забезпеченими запасами безпеки.

• Синхронізація: Синхронізація переключення трьох фаз покращена до ≤3мс (порівняно з базовою 3мс для стандартного LW24-252), досягнута через регулювання гідравлічного потоку в соленоїдних клапанах.

• Економічність: Заміна трьох окремих механізмів одним знижує витрати на ~15% (85% від стандартних фазово-розподілених конструкцій), але збільшує цінність продажу в 1.5 рази завдяки підвищенні надійності.

Типові випробування

• Стандарти: Відповідність DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Основні випробування:

• Динамічна/термічна стабільність: 50кА протягом 3с; 125кА протягом 0.3с

• Випробування на термінальні аварії (T100s): 50кА

• Механічний ресурс: Успішно завершено 5000 циклів

• IP-рейтинг: Коробка механізму проходить тестування рівня захисту.

Висновок

Розроблена трифазна механічна зв'язкова система для 252кВ бакових вимикачів SF₆ вирішує критичні питання надійності в високовольтних мережах. Елімінування помилок синхронізації фаз та зменшення кількості компонентів підвищує стабільність мережі, одночасно досягаючи економії коштів. З міжнародними провідними технічними стандартами та незалежними інтелектуальними власностями, це рішення заповнює технологічну прогалину в Китаї, надаючи надійну обладнання для розширення електромережі Китаю та надаючи широкі ринкові перспективи, включаючи потенційне застосування в гібридних системах вимикачів.