Design af en ny 12kV miljøvenlig gasisolerede ringhovedenhed

1. Specifik Design

1.1 Designkoncept

State Grid Corporation of China fremmer aktivt energibesparelser og lavkuldioxidudvikling i nettet for at opfylde nationale mål om kulstofpeak (2030) og neutralitet (2060). Miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder repræsenterer denne tendens. En ny 12kV integreret miljøvenlig gasisoleret ringhovedenhed blev designet ved at kombinere vakuumafbryder teknologi med trepositionslåselementer og vakuumkredsløbsafbrydere. Designet anvendte SolidWorks til 3D-modellering med modulær struktur (gastank, trykluftningsskabe, kabinet, instrumentlokaler). Enheden består af separate metalindkapslede kompartimenter (mekanismelokale, kredsløbsafbryder lokale, kabel lokale, instrument lokale), hver med uafhængige trykluftningskanaler. Designet understøtter både uafhængige enheder og fælles boks-konfigurationer.

1.2 Integration af Trepositionslåselement og Vakuumkredsløbsafbryder 

Integrationen af trepositionslåselementer og vakuumkredsløbsafbrydere er afgørende for dette design, der består af forbundne øverste trepositionslåselementer og nederste topositionskredsløbsafbryderenheder. Trepositionslåselementet fungerer i jord, lukket og isolationspositioner, mens kredsløbsafbryderen fungerer i åben/lukket tilstand. Isolationsblade støtte ramme bruger højstyrke nylonmateriale med god skønhed og varmebestandighed. Mubea disc spring teknologi giver kontakttryk. 

En uniform dæk på bevægelige kontakter sikrer elektrisk feltuniformitet og reducerer partielle udslip. Isolerende dæk på tre-fase bussojer forbedrer fase-til-fase-isolation. Under test blev flere optimeringer gennemført for at sikre korrekte mekaniske egenskaber (engagement dybde, hop, tre-fase-synkronisering, driftshastighed). Vakuumkredsløbsafbryderen har faste forsegrede poløjler monteret med fire skruer. 

Vakuumafbrydernes terminaltjenester som rotationscentrum for låselementblade, med en Z-formet plastikhejsager, der anvender hejsagprincippet til operation. Kobberbusbarer med vulkaniserede overflader forbinder kredsløbsafbryderens nedre terminaler. Som vist på figur 1, anerkender dette integrerede design vakuumafbryderen som den kernekomponent, der bestemmer den samlede pålidelighed, med kontaktstruktur og buedefektionsmetode som afgørende designelementer.

For at opnå miniaturisering og forbedret pålidelighed blev longitudinale magnetfelt kopformede kontakter med spolevindinger og jernkerne implementeret. I modsætning til transversale magnetfelter, øger longitudinale felter overgangsstrømmen fra diffus til konstrueret buer, hvilket giver minimal elektrisk slid, forlænget levetid og superiør afbrydelseskapacitet. Den roterende magnetfelt genereret af tre-fase AC kombineret med kopformede kontakters longitudinale felt danner virvelstrømme, der reducerer buespænding og fordeler bue jævnt over anodoverfladen. Dette design øger kortslutningsafbrydelseskapaciteten fra 20kA til 25kA ved identisk volumen.

1.3 Kredsløbsafbryder Driftsmechanisme

Driftsmechanismen for kredsløbsafbryder, monteret direkte på fronten af isoleringsbeholderen, driver både vakuumkredsløbsafbryder og trepositionslåselement via direkte akseforbindelser uden mellemkomponenter. Dette design minimere åbnings tiden for vakuumkredsløbsafbryder for at undgå kontakt erosion. Mechanismen understøtter både manuel og elektrisk drift med energilagring via overskydende koble princip. Trepositionslåselementet anvender torsionsfjederdrift med koaksial rotationsdesign, der sikrer tre-fase-synkronisering og pålidelig jordforbindelse ydeevne. Dets dobbelt driftshuller kontrollerer separat jordforbindelse og isolationsfunktioner.

1.4 Hovedkredsløb 

Hovedkredsløbet—bestående af kabelfod, låselement blade, vakuumafbryderkontakter, fleksible forbindelser, og busbarer—er forseglet inden i en rustfri stålbeholder med læbeseglinger for dynamiske dele og O-ring seglinger for statiske forsegling, fyldt med 0.02 MPa kvælstof eller tørt luft. Den integrerede longitudinale design af trepositionslåselement og vakuumkredsløbsafbryder muliggør modulær trækning. Fase-til-fase afstande er vedholdende ved 150mm for korrekt isolation. Vakuumafbryderens terminaltjenester som rotationscentrum for låselement blade, med Z-formet plastikhejsager, der oversætter driftsmechanismens bevægelse til kontaktbevægelse.

1.5 Gastank og Produktion Linje

Gastankdesign prioriterede præcisionstilværlse og lufttæthed. Laser cutting sikrer rustfri stålkomponenter uden riller, mens robot welding garanterer sømløshed og mekanisk styrke. Produktion anvender lineær layout med spor transport køretøjer, der bevæger sig mellem arbejdsstationer for at optimere arbejdsgang effektivitet.

2 Isolationsanalyse 

2.1 Trepositionslåselement Isolation

Treposition designet med knivswitch type giver synlige afbrydelsespunkter og pålidelig jordforbindelse. Ved at bruge højstyrke nylonmateriale til roterende akse og aluminium ligevægtscovers på blad hoveder forbedres felt uniformitet. Simulation og test bekræftede, at isolationsydeevnen kan modstå 90kV lynimpuls spænding.

2.2 Samlet Jorde Isolation

Analyse fokuserede på kritiske områder: fase-til-fase og fase-til-tank afstande (minimum 125mm centrum afstand), og isolerende komponenter. Strategisk placering af fast isolation i højt felt områder og gas isolation i lavt felt områder optimere feltfordeling. Yderligere foranstaltninger inkluderer epoxy kapsling af kontakter, forbedrede Z-arm materialer, fiber isolerende stænger, og skjoldende covers ved busbar forbindelser for at forhindre felt koncentration.

3 Konklusion 

Den nye miljøvenlige gasisolerede ringhovedenhed kombinerer vakuum bueudslukning med miljøvenlig gasisolation og har komplet tæthed, drift uden vedligeholdelse, kompakt størrelse og fuld isolation. Alle højspændingskomponenter er tæt forseglet i rustfrit ståltank, hvilket gør den egnet til anvendelse både udenfor og inde, herunder skifterstationer, distributionsrum og boksagtige understations. Designet til trefasede AC-systemer på 50Hz, 12kV, leverer den pålidelig strømforsyning til boliger, erhverv, industri, transport og infrastruktur med fremragende pålidelighed, miljøtilpasning og sikkerhedsegenskaber.