Проектирование новой экологически чистой газонаполненной кольцевой главной установки на 12 кВ

1. Конкретный дизайн

1.1 Концепция дизайна

Корпорация Государственной сети Китая активно продвигает энергосбережение и низкоуглеродное развитие сетей для достижения национальных целей по пиковым выбросам углерода (2030) и нейтральности (2060). Экологичные газонаполненные кольцевые распределительные устройства представляют собой эту тенденцию. Было разработано новое интегрированное экологичное газонаполненное кольцевое распределительное устройство на 12 кВ, сочетающее в себе технологию вакуумного прерывателя с трехпозиционными разъединителями и вакуумными выключателями. Дизайн использовал SolidWorks для 3D-моделирования с модульной структурой (газовый бак, камеры сброса давления, корпус шкафа, помещения приборов). Устройство состоит из отдельных металлических закрытых отсеков (помещение механизма, помещение выключателя, помещение кабелей, помещение приборов), каждый из которых имеет независимые каналы сброса давления. Дизайн поддерживает как конфигурации отдельных блоков, так и общие коробочные конфигурации.

1.2 Интеграция трехпозиционного разъединителя и вакуумного выключателя

Интеграция трехпозиционных разъединителей и вакуумных выключателей является ключевым элементом этого дизайна, состоящего из взаимосвязанных верхних трехпозиционных разъединителей и нижних двухпозиционных выключательных устройств. Трехпозиционный разъединитель работает в положениях заземления, замкнутого и изолированного, в то время как выключатель функционирует в состоянии открыт/закрыт. Опорная рама изоляционного ножа выполнена из высокопрочного нейлона с хорошей прочностью и теплостойкостью. Технология дисковых пружин Mubea обеспечивает контактное давление.

Единый чехол на движущихся контактах обеспечивает равномерность электрического поля и уменьшает частичные разряды. Изоляционные чехлы на трехфазных втулках усиливают межфазную изоляцию. В ходе испытаний было проведено несколько оптимизаций, чтобы обеспечить правильные механические характеристики (глубина зацепления, отскок, трехфазная синхронизация, скорость работы). Вакуумный выключатель оснащен герметично запечатанными колонками полюсов, установленными на четырех болтах.

Терминал вакуумного прерывателя служит центром вращения для ножа разъединителя, с Z-образным пластиковым рычагом, использующим принцип рычага для работы. Медные шины с вулканизированными поверхностями соединяют нижние терминалы выключателя. Как показано на рисунке 1, данный интеграционный дизайн рассматривает вакуумный прерыватель как основной компонент, определяющий общую надежность, с конструкция контактов и метод гашения дуги, являющимися ключевыми элементами дизайна.

Для достижения миниатюризации и повышения надежности были внедрены продольные магнитные поля с чашеобразными контактами, обмотками катушек и железными сердечниками. В отличие от поперечных магнитных полей, продольные поля увеличивают переходный ток от рассеянной к узкой дуге, обеспечивая минимальный электрический износ, увеличенный срок службы и лучшую способность прерывания. Поворотное магнитное поле, созданное трехфазным переменным током, сочетается с продольным полем чашеобразного контакта, образуя вихревые токи, которые снижают напряжение дуги и равномерно распределяют дугу по поверхности анода. Этот дизайн увеличивает способность прерывания короткого замыкания с 20 кА до 25 кА при одинаковом объеме.

1.3 Механизм переключения

Механизм переключения, установленный непосредственно на передней части изоляционного бака, приводит в действие как вакуумный выключатель, так и трехпозиционный разъединитель через прямые валовые соединения без промежуточных элементов. Этот дизайн минимизирует время открытия вакуумного выключателя, предотвращая эрозию контактов. Механизм поддерживает как ручное, так и электрическое управление с аккумуляцией энергии по принципу свободного хода. Трехпозиционный разъединитель использует привод на основе торсионных пружин с коаксиальным вращением, что обеспечивает трехфазную синхронизацию и надежную работу заземляющего выключателя. Его двойные операционные отверстия отдельно контролируют функции заземления и изоляции.

1.4 Главная цепь

Главная цепь, состоящая из кабельных втулок, ножей разъединителя, контактов вакуумного прерывателя, гибких соединений и шин, герметично закрыта в нержавеющем баке с помощью липовых уплотнений для подвижных частей и O-образных колец для статического уплотнения, заполненного азотом или сухим воздухом под давлением 0,02 МПа. Интегрированный продольный дизайн трехпозиционного разъединителя и вакуумного выключателя позволяет выполнять модульное извлечение. Расстояния между фазами поддерживаются на уровне 150 мм для обеспечения правильной изоляции. Терминал вакуумного прерывателя служит центром вращения для ножа разъединителя, а Z-образные пластиковые рычаги переводят движение механизма в движение контактов.

1.5 Газовый бак и производственная линия

Проектирование газового бака уделяло особое внимание точному изготовлению и герметичности. Лазерная резка обеспечивает компоненты из нержавеющей стали без заусенцев, а роботизированная сварка гарантирует целостность швов и механическую прочность. Производство использует линейную планировку с транспортными средствами на рельсах, перемещающимися между рабочими станциями для оптимизации эффективности рабочего процесса.

2 Анализ изоляции

2.1 Изоляция трехпозиционного разъединителя

Трехпозиционный дизайн типа ножевого выключателя обеспечивает видимые точки разъединения и надежное заземление. Использование материала высокой прочности нейлона для вращающегося вала и алюминиевых экранирующих крышек на головках ножей улучшает равномерность поля. Симуляция и тестирование подтвердили, что изоляционные характеристики выдерживают импульсное напряжение молнии 90 кВ.

2.2 Общая изоляция заземления

Анализ сосредоточился на ключевых областях: расстояния между фазами и между фазами и баком (минимальное расстояние 125 мм в центре), а также изоляционные компоненты. Стратегическое размещение твердой изоляции в областях с высоким полем и газовой изоляции в областях с низким полем оптимизирует распределение поля. Дополнительные меры включают эпоксидное покрытие контактов, улучшенные материалы для Z-образных рычагов, изоляционные стержни из волокна и экраны на соединениях шин, чтобы предотвратить концентрацию поля.

3 Заключение

Новая экологически чистая газонаполненная кольцевая главная установка сочетает в себе тушение дуги в вакууме с экологически безопасной газовой изоляцией, обладает полной герметичностью, не требует обслуживания, компактна и полностью изолирована. Все высоковольтные компоненты заключены в нержавеющий стальной резервуар, что делает его подходящим для использования как на открытом воздухе, так и внутри помещений, включая коммутационные станции, распределительные помещения и блочные подстанции. Предназначена для трехфазных сетей переменного тока 50 Гц, 12 кВ, обеспечивает надежное распределение электроэнергии для жилых, коммерческих, промышленных, транспортных и инфраструктурных применений с отличными характеристиками надежности, адаптивности к окружающей среде и безопасности.