Forskning i bue og afbrydelsesegenskaber for miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder

Miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder (RMU'er) er vigtig strømforsyningsudstyr i elektriske systemer, der har grønne, miljøvenlige og højkvalitets pålidelighedsegenskaber. Under drift påvirker bueformering og -afbrydelsesegenskaber betydeligt sikkerheden af miljøvenlige gasisolerede RMU'er. Derfor er dybdegående forskning på disse områder af stor betydning for at sikre sikkert og stabilt drift af strømsystemer. Dette artikel sigter mod at undersøge bueformering og -afbrydelsesegenskaber af miljøvenlige gasisolerede RMU'er gennem eksperimentelle tester og dataanalyse, med det formål at udforske deres mønstre og egenskaber, med målet om at give teoretisk støtte og teknisk vejledning til forskning og udvikling af sådanne udstyr.

1. Forskning i Bueformeringsegenskaber af Miljøvenlige Gasisolerede Ringhovedenheder

1.1 Grundlæggende Begreber og Påvirkende Faktorer for Miljøvenlige Gasser

Miljøvenlige gasser refererer til gasser, der ikke udtømmer ozonlaget. Almindelige eksempler heraf inkluderer kvælstof (N₂), tørt komprimeret luft (fradraget olie og fugt), og specielt formulerede nye gasser. Miljøvenlige gasisolerede RMU'er byder på fordele som miljøvenlighed, sikkerhed og pålidelighed, og anvendes derfor bredt i strømsystemer. At studere deres bueformeringsegenskaber kræver forståelse for de grundlæggende begreber og påvirkende faktorer for miljøvenlige gasser. 

Fysiske og kemiske egenskaber, molekylær struktur, temperatur, tryk, fugtighed og andre faktorer påvirker alle isolationsydeevnen og bueformeringen af disse gasser, hvilket skal undersøges eksperimentelt. Desuden skal praktiske udfordringer som gasforbrug og genanvendelighed håndteres. Derfor er en grundig undersøgelse af de grundlæggende begreber og påvirkende faktorer for miljøvenlige gasser afgørende for at forske i bueformeringsegenskaber i miljøvenlige gasisolerede RMU'er.

1.2 Forskningsmetoder og Testopsætning for Bueformeringsegenskaber

At undersøge bueformeringsegenskaber kræver et standardiseret testmetode og eksperimentelt opsætning. Testmetoder inkluderer typisk elektriske tester baseret på buer og kemisk analyse. Testopsætningen skal sikre gentagelighed, præcision og sikkerhed, og består generelt af en højspændingskilde, en buekammer, måleinstrumenter og et dataindsamlingsystem. Buekammeret er en vigtig komponent, der simulerer den faktiske bueformering i en miljøvenlig gasisolerede RMU. For effektivt at studere bueegenskaber, skal opsætningen give passende spænding- og strømniveauer og muliggøre realtidsoptagelse af parametre som buespænding, strøm, varighed og biprodukter. Tilstrækkelige sikkerhedsforanstaltninger skal også implementeres for at forebygge ulykker under testning.

1.3 Test og Analyse af Buestrøm, Spænding og Varighed
I undersøgelser af bueegenskaber er buestrøm, spænding og varighed nøgleparametre. Buestrøm henviser til størrelsen af strømmen, der løber igennem bueregionen under bueformering; buespænding er potentiaforskellen over bueregionen; og buevarighed er tidsintervallet fra bueinitiering til udslukning. Måling af disse parametre kræver specialiserede instrumenter som højspændingsgeneratorer, strømtransformatorer, spændingstransformatorer og digitale oscilloskop. Eksperimentel testning og dataindsamling af disse parametre i miljøvenlige gasisolerede RMU'er, fulgt af dataanalyse, hjælper med at afsløre tendenser og sammenhænge, hvilket derved fordyber forståelsen af bueformeringsegenskaber og giver grundlæggende data for yderligere forskning.

1.4 Analyse af Buebiprodukter Under Bueformering
Under bueformering i miljøvenlige gasisolerede RMU'er dannes forskellige biprodukter, som oksider, fluorider, chlorider og røg, som kan være skadelige for miljøet og menneskers sundhed. I øjeblikket bruges to hovedtilgange til at analysere buebiprodukter: eksperimentel analyse og numerisk simulation. Eksperimentel analyse involverer simulering af bueprocessen i laboratoriet, indsamling af biproduktprøver og udførelse af kemisk analyse for at fastsætte arter og koncentrationsfordelinger. Numerisk simulation bruger beregningsmodeller til at forudsige biproduktfordeling og reaktionsbaner. 

Analyseteknikker som kromatografi, massespektrometri og elektronmikroskopi anvendes i eksperimentel analyse. I numerisk simulation bruges metoder som finittelementanalyse og CFD (Computational Fluid Dynamics) til at modelere biproduktfordeling og kemiske reaktionsmekanismer under bueformering. Resultater fra biproduktanalyse forbedrer forståelsen af kemiske reaktioner og energiomregning under bueformering, og giver teoretisk og teknisk støtte til design og anvendelse af miljøvenlige gasisolerede RMU'er, samt reference-data til miljøovervågning og personalesikkerhed.

2. Forskning i Afbrudsegenskaber af Miljøvenlige Gasisolerede Ringhovedenheder

2.1 Grundlæggende Begreber og Påvirkende Faktorer for Afbrudsænskener
2.1.1 Afbrudstestmetoder
Afbrudstestning er et afgørende trin i at studere afbrudsegenskaber af miljøvenlige gasisolerede RMU'er. Den udføres typisk ved hjælp af enten konventionelle eksperimentelle metoder eller numerisk simulation. Konventionelle metoder involverer opbygning af en afbrudstestplatform og variation af testbetingelser (fx strøm, spænding) for at observere afbrudsadfærd og indsamle eksperimentelle data. Numerisk simulation bruger computermodeller til at simulere fysiske fænomener under afbrud, hvilket gør det muligt hurtigt at generere store datasæt og forudsige afbrudydeevne.

2.1.2 Testopsætning
For at undersøge afbrydelsesegenskaber skal en dedikeret afbrydelsestestopsætning designes og konstrueres. Denne opsætning inkluderer en højspændingsstrømforsyning, skiftudstyr og måleinstrumenter. Højspændingsstrømforsyningen leverer energi til skifteapparatet, der udfører den faktiske afbrydelseshandling, mens instrumenterne måler og registrerer afbrydelsesegenskaber.

2.1.3 Test og analyse af afbrydelsesegenskabers parametre
Forskning i afbrydelsesegenskaber kræver test og analyse af parametre som strøm, spænding og tid under afbrydelsesprocessen. Disse parametre er nøgleindikatorer for vurdering af afbrydelsespræstation. Strøm og spænding beskriver det elektriske opførsel under afbrydelsen, mens tiden afspejler den tidsmæssige dynamik. Analyse af disse parametre afslører kritisk information såsom variationstendenser for afbrydelsesstrøm og -spænding, afbrydelsesvarighed og samlet præstation.

2.2 Forskningsmetoder og testopsætning for afbrydelsesegenskaber
Almindelige metoder til at studere afbrydelsesegenskaber af miljøvenlige gasisolerede RMU'er inkluderer konventionelle afbrydelsestests og avancerede numeriske simulationer. Konventionelle tests involverer opsætning af skift- og belastningsenheder i et testrig, variere strømforsyningsparametre (spænding, strøm osv.), observere overgangsprocesser under afbrydelsen og registrere parametre som strøm, spænding og tid til data behandling og analyse. 

I sammenligning med konventionelle tests tilbyder numeriske simulationer højere præcision i modellering af afbrydelsesegenskaber. Ved hjælp af computersimulation og modelleringsteknikker løser numeriske metoder nøglefysiske felter – såsom elektrisk felt, magnetisk felt, temperaturfelt og strømningsfelt – under afbrydelsen, mens de tager højde for flere faktorer, herunder strøm, spænding, elektrodestavstand og omgivende temperatur. Desuden gør numeriske simulationer det muligt at optimere RMU-design ved at justere materialeegenskaber og geometriske konfigurationer.
Til testopsætningen kan højspændings DC-strømforsyninger og højeffektive kondensatorafskyttingsenheder give de nødvendige højspændings- og højstrømforhold. Hurtige dataindsamlingsystemer og registreringsenheder bruges til præcis at fange afbrydelsesparametre. For at sikre gentagelighed og præcision skal testopsætningen kalibreres og valideres.

2.3 Test og analyse af afbrydelsesstrøm, -spænding og -tid
Test og analyse af afbrydelsesstrøm, -spænding og -tid er en vigtig del af studiet af afbrydelsesegenskaber.
(1) Testmål: For at forstå afbrydelsesegenskaberne af miljøvenlige gasisolerede RMU'er gennem test og analyse af afbrydelsesstrøm, -spænding og -tid, evaluere deres præstation under reelle driftsbetingelser, og give grundlag for udstyr anvendelse og forbedring.
(2) Testudstyr: Digitale amperemetre, spændingsoverførere, tidsmålingsinstrumenter, oscilloskop og dataindsamlingsystemer bruges til at sikre præcist måling af strøm, spænding og tid under afbrydelsen.
(3) Testprocedurer:

• Afbrydelsesstrømtest: Udfør afbrydelse under standardteste betingelser, registrer strømbølger, og sikre korrekt forbindelse mellem testudstyr og RMU. Mål strømvariationer ved hjælp af strømoverførere og digitale amperemetre.

• Afbrydelsesspændingstest: På samme måde udfør afbrydelse under standardbetingelser, registrer spændingsbølger, og mål spændingsændringer ved hjælp af spændingsoverførere og digitale spændingsmåler.

• Afbrydelsestidtest: Brug tidsmålingsinstrumenter til præcis at registrere tidsintervallet fra start til afslutning af afbrydelseshandlingen.

• Overgangsprocesstest: Brug oscilloskop og dataindsamlingsystemer til at fange overgangsstrøm- og spændingsbølger under afbrydelsen for analyse af overgangsegenskaber.

(4) Dataregistrering og analyse: Registrer strømbølger, spændingsbølger, afbrydelsestidsdata og overgangsbølger. Analyser, om afbrydelsesstrømmen opfylder ingeniørfordringene, om afbrydelsesspændingen overholder specifikationer, og om afbrydelsestiden opfylder designkriterier. Evaluer effekten af overgangsprocesser på udstyrs præstation og stabilitet. Gennem ovennævnte detaljerede testprocedurer sikres en komplet overvejelse af alle relevante faktorer for præcis dataindsamling og dybdegående analyse. Resultater vises i tabel 1.

Tabel 1: Test og analyse af strøm-, spændings- og tidparametre

Gennem analyse af tabel 1 kan følgende konklusioner drages:

• Der er en bestemt forbindelse mellem afbrydelsesstrøm og spænding; generelt øges afbrydelsesstrømmen, når spændingen stiger.

• Afbrydelsetid hænger sammen med både strøm og spænding; jo højere strøm og spænding, des kortere afbrydelsetiden.

• Under testning bør opmærksomhed rettes mod at kontrollere området for strøm og spænding under afbrydelsen for at undgå unøjagtigheder i testresultaterne på grund af værdier, der er for høje eller for lave. Derudover bør andre påvirkende faktorer, som f.eks. omgivende temperatur og luftfugtighed, også tages i betragtning.

2.4 Analyse af elektromagnetisk felt under afbrydelsesprocessen
For at analysere det elektromagnetiske felt under afbrydelsesprocessen for miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder, skal der oprettes et testopstyr til udførelse af målinger og analyse af det elektromagnetiske felt. I forsøget kan der oprettes et system til måling af det elektromagnetiske felt for at teste og registrere feltet under afbrydelsesprocessen, som vist i tabel 2.

Tabel 2: Analyse af elektromagnetisk felt under afbrydelsesprocessen

Analyse af variationer i det magnetiske felt under afbrydelsesprocessen baseret på tabel 2 viser, at strømmen pludselig falder til nul ved afbrydelsen, og magnetfeltstyrken svinder dermed skarpt. Derpå opbygger magnetfeltstyrken sig gradvist igen til dens præ-afbrydelsesstand. Analyse af det elektromagnetiske felt kan give vigtige referencedata for design og optimering af miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder.

3.Analyse af forskningsresultater for buelav og afbrydelsesegenskaber
3.1 Dataanalyse og -behandling af parametre under buelav- og afbrydelsesprocesser
Under tester for buelav og afbrydelse blev parametre som strøm, spænding og tid målt separat for at analysere buelav- og afbrydelsesegenskaber. I databehandlingen blev statistiske metoder anvendt til at beregne gennemsnittet, standardafvigelsen og variationskoefficienten for hvert parameter.

① Buelavtestdata blev analyseret og behandlet. Gennemsnitsværdierne for buelavstrøm, -spænding og -tid var henholdsvis 8,5 kA, 4,2 kV og 2,5 ms. Standardafvigelsen og variationskoefficienten blev også beregnet for at forstå distributionen og stabilitета данных тестов. Результаты показали, что стандартное отклонение тока дуги составило 0,8 кА с коэффициентом вариации 9,4%; стандартное отклонение напряжения дуги составило 0,4 кВ с коэффициентом вариации 9,5%; и стандартное отклонение времени дуги составило 0,2 мс с коэффициентом вариации 8,0%. Это указывает на то, что данные тестов дуги имели относительно стабильную распределение и высокую надежность.

② Afbrydelsestestdata blev analyseret og behandlet. Gennemsnitsværdierne for afbrydelsesstrøm, -spænding og -tid var henholdsvis 3,5 kA, 3,8 kV og 3,0 ms. Ligeledes blev standardafvigelsen og variationskoefficienten beregnet. Resultaterne viste, at standardafvigelsen for afbrydelsesstrøm var 0,5 kA med en variationskoefficient på 14,3%; standardafvigelsen for afbrydelsesspænding var 0,3 kV med en variationskoefficient på 7,9%; og standardafvigelsen for afbrydelsetid var 0,1 ms med en variationskoefficient på 4,4%. Dette indikerer, at afbrydelsestestdata var relativt mindre stabile og havde lavere pålidelighed.

På baggrund af ovenstående dataanalyse kan det konkluderes, at pålideligheden af buelavtestdata er højere end afbrydelsestestdata, muligvis på grund af de komplekse elektromagnetiske felter involveret i afbrydelsesprocessen, hvilket fortjener yderligere dybdegående undersøgelse. Desuden kan forholdet mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber undersøges yderligere ud fra testdata.

3.2 Analyse af forholdet mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber
Ved at analysere og behandle parametre fra både buelav- og afbrydelsesprocesser kan forholdet mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber studeres yderligere. Buelav- og afbrydelsesegenskaber er nøgleperformancemål for miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder, og forståelsen af deres interrelation kan give værdifulde vejledninger for design og optimering.

Fra et perspektiv af buelav- og afbrydelsesegenskaber påvirkes de to processer forskelligt af parametre som strøm, spænding og tid. Under buelav er buelavstrøm og varighed de primære parametre, mens spændingen også har en vis indflydelse. Imidlertid er under afbrydelse afbrydelsesstrømmen den dominerende parameter, med tid og spænding der også spiller en rolle. Derfor skal de respektive nøgleparametre overvejes separat, når man analyserer forholdet mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber.

Dataanalyse viser en vis korrelation mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber:

• En stigning i buelavstrøm og -spænding fører til en højere produktion af bueprodukter og en større energiforbrug under buelav, hvilket øger vanskeligheden ved afbrydelse.

• En stigning i afbrydelsesstrøm resulterer i højere bueenergi under afbrydelse, hvilket også øger vanskeligheden ved afbrydelse.

Desuden viser analyse af elektromagnetiske felter under buelav og afbrydelse, at elektromagnetiske felter har en betydelig indflydelse på begge processer. Under buelav udfører elektromagnetisk felt en begrænsende kraft, der begrænser diffusionen af bue. Under afbrydelse genererer elektromagnetisk felt en afstødende kraft, der sletter bue udad, hvilket påvirker afbrydelseseffektiviteten.

Disse resultater indikerer, at buelav- og afbrydelsesegenskaber er sammenhængende, primært påvirket af deres nøgleoperativsparametre og effekten af elektromagnetiske felter. Derfor skal forholdet mellem buelav- og afbrydelsesegenskaber tages fuldt i betragtning i design og optimering af miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder, og designet skal tilpasses specifikke anvendelsesscenarier for at opnå optimal præstation.

4.Konklusion

Gennem studiet af buelav- og afbrydelsesegenskaber for miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder kan det konkluderes, at disse egenskaber adskiller sig betydeligt fra traditionelle SF₆-isolerede ringhovedenheder. Miljøvenlige gasisolerede RMU'er stiller strengere krav til parametre som strøm, spænding og tid, hvilket kræver mere præcist design og optimering. Desuden adskiller sig distributionen af elektromagnetiske felter under buelav og afbrydelse: under buelav er elektromagnetisk felt mere koncentreret og intens, mens under afbrydelse er det mere uniformt.

Da anvendelsen af miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder fortsætter med at udvides, kan fremtidig forskning fokusere på følgende aspekter:

• Optimering af designet af miljøvenlige gasisolerede RMU'er gennem simuleringsanalyse.

• Undersøgelse af buelav- og afbrydelsesegenskaber under forskellige driftsforhold.

• Eksploration af anvendelsespotentialet for nye miljøvenlige gasser i isolerede ringhovedenheder.

I alt er disse forskningsresultater af stor betydning for at fremme udviklingen og optimeringen af miljøvenlige gasisolerede ringhovedenheder.