Thiết kế Phương án Truyền động Cơ khí Ba pha cho Mạch Ngắt điện áp Cao 252kV Loại Thùng chứa Hợp lưu Lưu huỳnh Hexafluorua

Thiết kế và Ứng dụng của Liên kết Cơ khí Ba Pha cho Cầu chì SF₆ Loại Thùng 252kV trong Mạng Điện Cao Áp của Trung Quốc

Trong mạng truyền tải điện cao áp của Trung Quốc, hệ thống truyền tải điện ba pha được sử dụng rộng rãi, với thiết bị điện cao áp cũng được bố trí theo cấu hình ba pha. Hầu hết các cầu chì SF₆ loại thùng 252kV hiện có đều có thiết kế tách pha, mỗi pha được trang bị cơ cấu vận hành động cơ-lò xo độc lập. Liên kết cơ khí ba pha được thực hiện thông qua liên kết điện qua hộp điều khiển nối. Tuy nhiên, liên kết điện dễ bị ảnh hưởng từ bên ngoài, thường dẫn đến các vấn đề như hoạt động không đồng pha và sự đồng bộ hóa chuyển mạch ba pha kém. Những vấn đề này gây tác động đáng kể đến sự ổn định của lưới điện do tăng ứng suất xung trên đường dây truyền tải. Để giải quyết những thách thức này và nâng cao độ tin cậy hoạt động, một cấu trúc liên kết cơ khí ba pha đã được phát triển để đảm bảo sự đồng bộ hóa bằng một cơ cấu duy nhất, do đó cải thiện sự đồng bộ hóa ba pha và ngăn ngừa lỗi mất pha.

Phương án Thiết kế
So sánh giữa Liên kết Điện và Liên kết Cơ khí

• Liên kết Điện Ba Pha: Sử dụng ba cơ cấu vận hành độc lập (ví dụ: cơ cấu CT20 động cơ-lò xo cho sản phẩm LW24-252), với sự phối hợp giữa các pha đạt được thông qua kết nối điện trong hộp nối. Trục dẫn động của mỗi pha trực tiếp kết nối với buồng dập hồ quang tương ứng. Hệ thống bảo vệ sử dụng rơle không khớp vị trí ba pha để kích hoạt việc ngắt.

• Liên kết Cơ khí Ba Pha: Sử dụng một cơ cấu vận hành thủy lực-lò xo, với ba buồng dập hồ quang được liên kết thông qua thanh nối cơ khí. Đối với cầu chì SF₆ loại thùng 252kV có bố trí buồng dập hồ quang nằm ngang (thông thường ở các trạm biến áp ngoài trời), cơ cấu vận hành và hệ thống dẫn động được đặt trước các buồng, yêu cầu thiết kế tối ưu lại cho việc gắn kết cơ cấu, hệ thống dẫn động và cấu trúc hỗ trợ.

Cải tạo Cầu chì LW24-252

Cầu chì LW24-252 ban đầu có vận hành tách pha với ba cơ cấu CT20. Để đạt được liên kết cơ khí:

• Cơ cấu Vận hành Nâng cấp: Được thay thế bằng cơ cấu thủy lực-lò xo công suất cao (ví dụ: CYA5-5) để đáp ứng nhu cầu năng lượng vận hành tăng (năng lượng chuyển mạch đơn pha tính toán cần thiết đòi hỏi thiết kế thủy lực mạnh mẽ).

• Cải tiến Cấu trúc Kín: Chuyển đổi từ gioăng kín tác động trực tiếp (sử dụng gioăng PTFE nén hình chữ V có ma sát và chi phí cao) sang gioăng kín lưỡi quay để giảm lực vận hành và cải thiện độ tin cậy.

• Gắn cố định Rigid Giữa Các Pha: Lắp đặt các tấm nối để duy trì khoảng cách giữa các pha và tăng cường độ cứng của hệ thống dẫn động.

• Hệ thống Thanh Kết nối Đôi: Sử dụng hai thanh kết nối để truyền mô-men xoắn và ngăn chặn biến dạng trong quá trình chuyển mạch, đảm bảo chuyển động đồng bộ.

• Hộp Cơ cấu Tích hợp: Được thiết kế lại để chứa cơ cấu thủy lực duy nhất, đơn giản hóa giao diện kiểm soát và cơ khí.

Nguyên lý Hoạt động và Cấu trúc

Cơ cấu thủy lực-lò xo đưa thanh piston di chuyển theo chuyển động tuyến tính, sau đó chuyển thành chuyển động xoay thông qua cánh tay đòn dẫn động. Chuyển động này được truyền qua thanh kết nối để đồng bộ hóa ba pha. Hộp cánh tay đòn sau đó chuyển đổi chuyển động xoay trở lại chuyển động tuyến tính để tác động lên các tiếp điểm di chuyển trong buồng dập hồ quang.

• Quá trình đóng: Thanh piston di chuyển sang phải, đưa cánh tay đòn xoay trục dẫn động theo chiều ngược kim đồng hồ. Chuyển động này được truyền qua thanh kết nối đến cả ba pha, đẩy các thanh kết nối nội bộ vào trong cho đến khi các tiếp điểm đóng hoàn toàn.

• Quá trình mở: Các chuyển động được đảo ngược, với thanh piston rút về để kéo các tiếp điểm ra xa nhau.

Thiết kế Độ bền của Các Thành phần Dẫn động

Để duy trì đặc tính cơ khí ban đầu dưới liên kết ba pha, năng lượng vận hành cao của cơ cấu thủy lực-lò xo (ví dụ: 10.000J năng lượng chuyển mạch tổng cộng) đòi hỏi cánh tay đòn và thanh kết nối được gia cố. Phân tích phần tử hữu hạn đảm bảo phân phối ứng suất trong giới hạn vật liệu trong quá trình vận hành năng lượng cao.

Chọn Cơ cấu và Điều chỉnh
Tính năng Cơ cấu Thủy lực-Lò xo

• Lợi ích: Thiết kế nhỏ gọn, tích hợp cao, năng lượng vận hành lớn (2540J cho đóng, 10005J cho ngắt), ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, và độ tin cậy cao.

• Thông số kỹ thuật:

• Chu kỳ vận hành định mức: Mở - 0,3s - Đóng-mở - 180s - Đóng-mở

• Áp suất dầu định mức: 48,7MPa ±3MPa

• Thời gian lưu trữ năng lượng: ≤60s mỗi chu kỳ

• Tuổi thọ cơ khí: 5000 chu kỳ (M2 grade: 10.000 chu kỳ)

Điều chỉnh và Hiệu suất

• Khớp Năng lượng: Cơ cấu CYA5-5 (10.000J năng lượng tổng cộng) đáp ứng yêu cầu của cầu chì 252kV (6500J cho ngắt, 3500J cho đóng), với biên an toàn được đảm bảo.

• Đồng bộ hóa: Sự đồng bộ hóa chuyển mạch ba pha được cải thiện xuống ≤3ms (so với cơ sở 3ms của LW24-252 thông thường), đạt được thông qua điều chỉnh lưu lượng thủy lực trong van điện từ.

• Hiệu quả Chi phí: Việc thay thế ba cơ cấu riêng biệt bằng một cơ cấu giảm chi phí khoảng 15% (85% so với thiết kế tách pha thông thường) đồng thời tăng giá trị bán hàng 1,5 lần do độ tin cậy được cải thiện.

Kiểm tra Loại

• Tiêu chuẩn: Tuân thủ DL/T593, GB1984, IEC62271-100.

• Các Kiểm tra Chính:

• Ổn định động/nhiệt: 50kA trong 3s; 125kA trong 0,3s

• Kiểm tra lỗi cuối cùng (T100s): 50kA

• Tuổi thọ cơ khí: Hoàn thành thành công 5000 chu kỳ

• Chỉ số IP: Hộp cơ cấu vượt qua các bài kiểm tra mức bảo vệ.

Kết luận

Hệ thống liên kết cơ khí ba pha đã phát triển cho cầu chì SF₆ loại thùng 252kV giải quyết các vấn đề đáng kể về độ tin cậy trong lưới điện cao áp. Bằng cách loại bỏ lỗi đồng bộ hóa pha và giảm số lượng linh kiện, sáng kiến này nâng cao sự ổn định của lưới điện đồng thời đạt được tiết kiệm chi phí. Với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế hàng đầu và quyền sở hữu trí tuệ độc lập, giải pháp này lấp đầy khoảng trống công nghệ trong nước, cung cấp hỗ trợ thiết bị vững chắc cho sự mở rộng lưới điện của Trung Quốc và mang lại triển vọng thị trường rộng lớn, bao gồm các ứng dụng tiềm năng trong hệ thống thiết bị chuyển mạch lai.