Projekt nowej ekologicznej gazowej jednostki pierścieniowej zasilanej napięciem 12kV

1. Specyficzny projekt

1.1 Koncepcja projektu

State Grid Corporation of China aktywnie promuje oszczędzanie energii w sieci i niskowęglowy rozwój, aby osiągnąć krajowe cele szczytowe emisji CO2 (2030) i neutralności (2060). Ekologiczne gazuowane jednostki pierścieniowe reprezentują ten trend. Nowa zintegrowana ekologiczna gazuowana jednostka pierścieniowa 12kV została zaprojektowana, łącząc technologię przerywacza próżniowego z trójpołożeniowymi rozłącznikami i przerywaczami próżniowymi. Projekt wykorzystał SolidWorks do modelowania 3D z modułową strukturą (zbiornik gazowy, komory odprowadzające ciśnienie, korpus, pomieszczenia instrumentów). Jednostka składa się z osobnych metalowych przedziałów (pomieszczenie mechanizmu, pomieszczenie przerywacza, pomieszczenie kabli, pomieszczenie instrumentów), każdy z niezależnymi kanałami odprowadzania ciśnienia. Projekt obsługuje zarówno konfigurację niezależnej jednostki, jak i wspólnej skrzyni.

1.2 Integracja trójpołożeniowego rozłącznika i przerywacza próżniowego 

Integracja trójpołożeniowych rozłączników i przerywaczy próżniowych jest kluczowa dla tego projektu, składając się na powiązane górne trójpołożeniowe rozłączniki i dolne dwupołożeniowe urządzenia przerywacze. Trójpołożeniowy rozłącznik działa w pozycjach uziemienia, zamknięcia i izolacji, podczas gdy przerywacz funkcjonuje w stanie otwartym/zamkniętym. Ramka noża izolacyjnego wykonana jest z materiału nylonowego o wysokiej wytrzymałości, dobrych właściwościach sprężystości i odporności na temperaturę. Technologia sprężyn dyskowych Mubea zapewnia ciśnienie kontaktowe. 

Jednolite pokrycie kontaktów ruchomych zapewnia jednolitość pola elektrycznego i redukuje częściowe wyładowania. Izolujące pokrycia na trójfazowych kolankach wzmacniają izolację między fazami. W trakcie testów wiele optymalizacji zapewniło odpowiednie charakterystyki mechaniczne (głębokość zaangażowania, odbicie, synchronizacja trójfazowa, prędkość działania). Przerywacz próżniowy wyposażony jest w solidne hermetyczne filary montowane czterema śrubami. 

Terminal przerywacza próżniowego służy jako środek obrotu noża rozłącznika, z Z-kształtną plastikową dźwignią wykorzystującą zasadę dźwigni do działania. Miedziane busbary z powierzchnią vulkanizowaną łączą dolne terminale przerywacza. Jak pokazano na Rysunku 1, ten projekt integracji uznaje przerywacz próżniowy za kluczowy element określający ogólne niezawodność, z konstrukcją kontaktów i metodą gaszenia łuku jako kluczowymi elementami projektowymi.

Aby osiągnąć miniaturyzację i zwiększoną niezawodność, zaimplementowano półkuliste kontakty z polem magnetycznym podłużnym, z cewkami i rdzeniami. W przeciwieństwie do pól magnetycznych poprzecznych, pola podłużne zwiększają prąd przejściowy od rozproszonego do skoncentrowanego łuku, zapewniając minimalny zużycie elektryczne, dłuższy czas użytkowania i lepszą zdolność przerywania. Pole magnetyczne obrócone przez trójfazowe prądy przemiennego prądu połączone z podłużnym polem półkulistych kontaktów tworzy wiry wirowe, które zmniejszają napięcie łuku i równomiernie rozprowadzają łuk po powierzchni anody. Ten projekt zwiększa zdolność przerywania krótkiego spięcia z 20kA do 25kA przy identycznej objętości.

1.3 Mechanizm działania przełącznika

Mechanizm działania przełącznika, zamontowany bezpośrednio na przedniej części zbiornika izolacyjnego, napędza zarówno przerywacz próżniowy, jak i trójpołożeniowy rozłącznik, za pomocą bezpośrednich połączeń wałkowych bez pośrednich elementów. Ten projekt minimalizuje czas otwarcia przerywacza próżniowego, aby zapobiec erozji kontaktów. Mechanizm obsługuje zarówno ręczne, jak i elektryczne działanie, z magazynowaniem energii opartym na zasadzie sprzęgło nadbiegajacego. Trójpołożeniowy rozłącznik wykorzystuje napęd sprężynowy z projektem obrotu współosiowego, zapewniającym synchronizację trójfazową i niezawodną pracę przełącznika uziemienia. Jego podwójne otwory operacyjne kontrolują oddzielnie funkcje uziemienia i izolacji.

1.4 Główny obwód 

Główny obwód — składający się z kolców kablowych, ostrzy rozłączników, kontaktów przerywacza próżniowego, elastycznych połączeń i busbarów — jest szczelnie zamknięty w zbiorniku ze stali nierdzewnej, używając uszczelki wargowej dla części dynamicznych i uszczelek O dla statycznego szczelnienia, wypełniony 0,02 MPa azotem lub suchym powietrzem. Zintegrowany podłużny projekt trójpołożeniowego rozłącznika i przerywacza próżniowego umożliwia modułowe wycofywanie. Odległości między fazami są utrzymywane na 150 mm, aby zapewnić odpowiednią izolację. Terminal przerywacza próżniowego służy jako środek obrotu ostrza rozłącznika, z Z-kształtnymi plastikowymi dźwigniami przekładającymi ruch mechanizmu operacyjnego na ruch kontaktów.

1.5 Zbiornik gazowy i linia produkcyjna

Projekt zbiornika gazowego priorytetowo uwzględniał precyzyjną produkcję i szczelność. Wykorzystanie laserowego cięcia zapewnia elementy ze stali nierdzewnej bez grzywek, podczas gdy spawanie robotyczne gwarantuje integralność spoin i wytrzymałość mechaniczną. Produkcja wykorzystuje liniowy układ z pojazdami transportowymi na torach poruszającymi się między stanowiskami pracy, aby zoptymalizować efektywność przepływu pracy.

2 Analiza izolacji 

2.1 Izolacja trójpołożeniowego rozłącznika

Trójpołożeniowy projekt typu noże zapewnia widoczne punkty rozłączenia i niezawodne uziemienie. Użycie materiału nylonowego o wysokiej wytrzymałości do osi obrotowej oraz aluminiowych pokryć równolicznych na głowicach ostrzy wzmacnia jednolitość pola. Symulacje i testy potwierdziły, że wydajność izolacji przetrwa impulsowe napięcie błyskawicy 90kV.

2.2 Całkowita izolacja od ziemi

Analiza skupiała się na kluczowych obszarach: odstępach między fazami i między fazami a zbiornikiem (minimalna odległość środkowa 125 mm) oraz izolujących komponentach. Strategiczne umieszczenie stałej izolacji w obszarach o wysokim polu i gazowej izolacji w obszarach o niskim polu optymalizuje rozkład pola. Dodatkowe środki obejmują kapsułowanie epoksydowe kontaktów, ulepszenie materiałów dźwigni Z, izolujące drążki włókniste i pokrycia osłonowe w połączeniach busbarów, aby zapobiec skupieniu pola.

3 Podsumowanie 

Nowa ekologiczna gazowa jednostka pierścieniowa z izolacją gazową łączy zgaszanie łuku próżniowego z ekologiczną izolacją gazową, charakteryzując się pełnym szczelnięciem, bezobsługową pracą, kompaktowymi rozmiarami i pełną izolacją. Wszystkie komponenty wysokiego napięcia są zamknięte w stalowej beczce z nierdzewnej stali, co sprawia, że jest odpowiednia do zastosowań na zewnątrz i wewnątrz, w tym stacjach przełącznikowych, pomieszczeniach dystrybucyjnych i skrzynkowych podstacji. Zaprojektowana dla trójfazowych systemów AC 50Hz, 12kV, oferuje niezawodne dystrybucję energii elektrycznej dla zastosowań mieszkalnych, komercyjnych, przemysłowych, transportowych oraz infrastruktury, z doskonałymi cechami niezawodności, adaptacji środowiskowej i bezpieczeństwa.