Optimumigita Gas-Insulated Switchgear Dizajno por Alta Altaj Areoj
Gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj estas kompakta kaj etendigebla ŝaltaranĝo taŭga por meza-volta distribua aŭtomatigita sistemo. Tiuj aparatoj estas uzataj por 12~40.5 kV ringa reto, duobla radiala energofornado, kaj fina energofornado, servante kiel regiloj kaj protektiloj de elektra energio. Ili ankaŭ estas taŭgaj por instalado en substacioj kun pad-bazita montado.
Distribuante kaj programadante elektran energion, ili certigas stabilan funkciadon de la energia sistemo. La kernkomponantoj de tiuj aparatoj uzas circuitrompojn aŭ kombinaĵojn de ŝarĝoswitches kaj fusiloj, oferante avantaĝojn kiel simpla strukturo, malgranda grando, malalta kostprezo, plibonigitaj energofornadparametroj kaj efikeco, kaj plibonigita sekureco de la energofornado. Ili estas vaste uzataj en distribuaj stacioj kaj substacioj kun pad-bazita montado en ŝarĝcentroj, kiel urbaj loĝdistriktoj, altaĵkonstruoj, grandaj publikaj facilajoj, kaj industriaĵoj. Variagaj izolantgazoj servas kiel izolanta medio, inkluzive de SF₆, seka aero, azoto, aŭ miksitaj gazoj, provizante altan izoladon kaj ekologiajn bonfaradojn, kondukante al larĝa aplikado en energetikaj sistemoj.
La ĉefaj komponantoj de tia speco de ringa ĉefa unuo estas instalitaj en sigelita svarsudita tanko plena je izolantgazo (ĉi tie postulas "gaza kompartimento"). La gaza kompartimento estas la kernkomponanto de gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj. Ĝia ĉefa funkcio estas certigi ke la alta-volta komponantoj ene funkciu senafektite de eksteraj ambientaj faktoroj, kiel kontamino, humideco, kaj korozio. Ĝi samtempe garantias la funkciadan ambienton de la komponantoj kaj normalan elektran efikecon. Ĉiuj internaj komponantoj estas protektitaj per la sigelita gaza kompartimento. La kompartimento estas equipita kun presega aŭ gasdensa monitorila aparato, kiel manometroj aŭ denezmeteroj, kutime mezurante la diferencan preson inter la interno kaj ekstero de la kompartimento.
Ĉi tiu artikolo ĉefe traktas problemojn afektantajn la mekanikan kaj elektran efikecon de ringaj ĉefaj unuoj en alta-altaj ambiatoj.
1. Komunaj alta-altaj dizajnskemoj por gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj kaj ekzistantaj problemoj
Gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj havas plenigazan dizajnon, kun siaj ĉefaj konduktcirkvitoj fermitaj per plenigaza sistemo konsistanta el sigelitaj gazkompartimentoj, plenigazaj bushingoj por eniraj/eligaj linioj, kaj plenigazaj kabelfinaj punktoj. Ĉar la interna ambiento de la gaza kompartimento restas senafektita de eksteraj kondiĉoj, la gazdenco kaj humideco restas konstantaj. Teorie, la izolada efikeco estas imuna al eksteraj faktoroj, kiel humideco, kontamino, aŭ korozivaj gazoj. Simile, la izolada efikeco de bushingoj kaj kabelfinaj punktoj—dizajnitaj kun izolantmaterialoj kiel epoksidresino kaj silikonrubbero—restas senafektita de la ekstera ambiento. Superficie, konvencie dizajnitaj gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj ŝajnas adaptiĝaj al plateaŭ-ambiantoj, kondukante multajn produktantojn al la opinio ke ili respondas al la bezonoj de alta-altaj operacii kaj apliki ilin rekte en tiaj regionoj.
Aktuale, du ĉefaj teknikaj skemoj estas uzitaj kiam aplikante gaz-insulitajn ringajn ĉefajn unuojn en alta-altaj ambiatoj:
1.1 Direkta apliko en alta-altaj areoj
Koncepto de Dizajno: Ĉi tiu propono baziĝas sur la principo ke la ĉefa konduktcirkvito estas tute fermita per la izolada sistemo (sigelita gaza kompartimento, plenigazaj bushingoj, kaj kabelfinaj punktoj), farante la izoladan efikecon senafektitan de alta-altaj kondiĉoj.
Eksistantaj Problemoj: En aktuala operacio, malkresko de ekstera atmosfera preso en alta-altaj lokoj pligrandigas la diferencan preson inter la interno kaj ekstero de la gaza kompartimento. Ĉi tio kaŭzas signifan deformacion de la kompartimento, afektante la mekanikan funkciadon de elektraj komponantoj, kiel circuitrompoj kaj disŝaltiloj. Ĉi tio povas konduki al operacia bloko kaj ŝanĝoj en mekanikaj karakterizoj.
1.2 Malpliigo de fabrika gazpreso
Koncepto de Dizajno: Por solvi la pligrandigon de la interna-ekstera diferencan preson en alta-altaj lokoj, ĉi tiu skemo malpliigas la gazpreson en la kompartimento en la fabriko. Kiam la unuo atingas alta-altajn lokojn, la malpliigita atmosfera preso kaŭzas ke la diferencan preson pligrandigas al la valoro postulata de la teknika specifo, farante la manometron montri la postulatan operacian preson.
Eksistantaj Problemoj: Ĉi tiu dizajno efektive malpliigas la densecon de la izolantgazo en la kompartimento. Kvankam la manometro montras la deziritan valoron en alta-altaj lokoj, la izolada efikeco de gazoj estas intrinse ligita al la gazdenseco laŭ la Paschen-kurbo (vidu Figuron 1) formulita de la germana fizikisto Friedrich Paschen. La Paschen-kurbo grafikas la funkcion derivitan de la leĝo de Paschen. Ĝia fizika signifo: La rompvolto U (kV) estas funkcio de la produto de elektrododistanco d (cm) kaj gazpreso P (Torr), esprimata kiel U = apd / [ln(Pd) + b] (vidu Figuron 1), kie a kaj b estas konstantoj.
La ĉefa signifo de la kurbo: Por fiksita izolada distanco, pligrandigante la preson aŭ malpliigante ĝin al vakuo (ekz., 10⁻⁶ Torr) ambaŭ pligrandigas la volton necesan por rompi la interspaceton. Je proksima al vakua preso, malpliigita vakua nivelo (t.e., pliigita aerdenseco) faciligas elektran rompon inter elektrodoj. Plu super certa preso-limvaloro, la izolada efikeco graduale plibonigas kun la pligrandigo de la preso. En ĉi tiu fazo (post punkto a en Figuro 1), malpliigante la preson—kaj do la gazdensecon—malpliigas la rompvolton, signifante ke la izolada efikeco malboniĝas. La operacia presora gamo de gaz-insulitaj ringaj ĉefaj unuoj komplete falas en ĉi tiu regiono (la sekcio post punkto a en Figuro 1).
1.3 Resumo de problemoj kun konvencia alta-altaj dizajnoj
Pligrandigita diferencan preso inter la interno kaj ekstero de la gaza kompartimento kaŭzas pli grandan deformacion de la kompartimento, afektante la mekanikan funkciadon kaj efikecon de la switchoj.
Sub pligrandigita interna-ekstera diferencan preso, presreliefaj aparatoj pli facile aktivigas.
Presemanometroj mezuras la relatan premsdiferencon inter la interno kaj ekstero de la gasĉambro. Gasdensimetriiloj aldonas temperaturan kompensaĵon al presemanometroj. Neniu el ili povas akurate montri la efektivan gasdenson en la ĉambro je alta altiro, tamen la gasdenso estas esence ligita al la izolaperformado.
Diminuata atmosfera denseco je alta altiro samtempe malbonigas la kompleksan izolaperformadon de la eksteraj izolkomponantoj de la gasĉambro.
2. Dizajnskemo por Alta-Altira Gaz-IZOLITAJ Ring-Main Unuoj
Surbaze de la supre analizitaj punktoj, kvankam la plene izolita strukturo de gaz-izolitaj ring-main unuoj (kun la ĉefaj konduktaj cirkvitoj plene fermitaj per sigelitaj gasĉambroj, plene izolitaj buŝiloj, kaj plene izolitaj kabelfinoj) teorie daŭrigas senafektitan izoloperformadon, ĝi estas influata de faktoroj okazantaj je alta altiro: pliigita interna-ekstera premsdiferenco en la gasĉambro, neebleco redukti la gasdensecon en la ĉambro, kaj bezono por akurata indiko de gasdenseco. Konsekvencaje, la klavpunkto de la dizajno por alta-altiraj gaz-izolitaj ring-main unuoj kuŝas en la dizajno de la gasĉambro kaj presrelaxa dispojivo, kontentigante la alta-altirajn ambientajn postulojn por presemanometroj de la gasĉambro, kaj solvanta la malpliiĝon de la kompleksa izolkapablo de la eksteraj izolkomponantoj je alta altiro.
2.1 Dizajno de Gasĉambro kaj Presrelaxa Dispojivo por Alta-Altira Uzo
Por solvi la menciitajn teknikajn problemojn, ĉi tiu artikolo proponas novan dizajnkoncepton por alta-altiraj gaz-izolitaj ring-main unuoj, malsaman de ordinara unuo sen speciala dizajno aŭ tiuj nur uzantaj simplan presredukton. Ĉi tiu ring-main unuo havas celitan dizajnon en la jenaj aspektoj:
(1) Fortigita Strukta Forteco de la Gasĉambro
Por kontraŭstarigi la pliigitan internan-eksteran premsdiferencon kaŭzitan de alta altiro, la strukta forto de la gasĉambro estas fortigita. Tio certigas, ke la deformiĝo de la ĉambro je alta altiro restas en la teknikaj specifoj, garantianta senafektitan mekanikan performadon de la alta-voltaj komponantoj en la ĉambro.
Laŭ la Internacia Standarda Atmosfera modelo, la norma atmosfera premo je donita altiro povas esti kalkulita per la formulo:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
kie P estas la atmosfera premo je donita altiro; P₀ estas la norma atmosfera premo je marnivelo; H estas la altiro.
Konsiderante altiron de 4000 m kiel ekzemplo:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 MPa.
Uzante tipan 10 kV SF₆ gaz-izolitan ring-main unuon kiel ekzemplo, la dizaina premo de la gasĉambro en nealta-altiraj regionoj kutime estas 0.07 MPa. Konsiderante la diminuatan atmosferan premon je alta altiro, la efektiva dizaina premo de la gasĉambro je 4000 m altiro povas esti kalkulita kiel:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 MPa.
(2) Dizajno de Presrelaxa Dispojivo por Alta-Altira Uzo
Laŭ la plej nova nacia normo GB/T 3906—2020 "Ak metal-ĉirkaŭfermita ŝaltaranĝo kaj regilo por nomitaj voltagoj super 3.6 kV kaj ĝis inkluzive 40.5 kV", sekcio 7.103 stipulas, ke la gasĉambro de gaz-izolitaj ring-main unuoj devas resisti 1.3 fojon la dizainan premon (P₁) dum 1 minuto sen aktivigo de la presrelaxa dispojivo. Se la premo daŭrigas pligrandiĝi inter 1.3 fojoj (P₁) kaj 3 fojoj (P₂) la dizainan premon, la presrelaxa dispojivo povas aktiviĝi. Tio estas akceptebla provizite ĝi kontentigas la dizainajn specifojn de la fabrikisto. Post testado, la gasĉambro povas deformiĝi sed ne devas rompiĝi.
Dizainante la forton de la gasĉambro kaj la presrelaxan dispojivon laŭ ĉi tiuj postuloj, oni kontentigas la naciajn normojn. Gasĉambroj kaj presrelaxaj dispojivoj por malsamaj altiroj povas ĉiuj esti kalkulitaj kaj dizainitaj per ĉi tiu metodo:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
Per strukta fortigo de la gasĉambro—kiel uzo de pli dika stala plato aŭ aldonado de rigidigiloj—la ĉambro plene kontentigas la fortpostulojn impozitajn pro la pliigita interna-ekstera premsdiferenco je alta altiro. Tio evitas mekanikan kaj elektran performadon de la alta-voltaj ŝaltiloj en la ĉambro kaŭzitan de deformiĝo, garantianta stabilan operacion je nomita gaspremo kaj liverantan identan mekanikan kaj elektran performadon en alta-altiraj ambiencoj kiel en ebenaj regionoj.
Per dizainaj kalkuloj kaj eksperimenta validigo, la pligrandigo de la diko kaj forto de la presrelaxa membrano plibonigas ĝian premtoleran kapablon. Tio certigas, ke la presrelaxa amplekso de la gasĉambro konformas al la specifikaj prema amplekso-postuloj, evitante prematuran aktivigon de la presrelaxa dispojivo pro la pliigita interna-ekstera premsdiferenco en alta-altiraj ambiencoj. Tio daŭrigas la internan izol-nivelon kaj garantias la elektran performadon de la ring-main unuo.
2.2 Dizajno de Gasdensa Indikila Dispojivo por Alta-Altira Uzo
La izolgasa densa indikila dispojivo uzas sigelitan densmetron. Ĝia montrita valoro restas senafektita de temperaturŝanĝoj aŭ eksteraj atmosferaj premsvariaĵoj.
Por alta-altiraj gaz-izolitaj ring-main unuoj, la elektita densmetro por la gasĉambro estas sigelita plena-kondiĉa densmetro, neafektita de temperaturo kaj altiro. Ĝia funkciprincipo implicas kompensan elementon ene de la densmetro, kiuj ebligas temperaturan kompenson (neafektita de temperaturo). Simultane, la metrokapo havas sigelitan strukturon, kie la sigelita ĉambro daŭrigas la norman atmosferan premon. La montrita prema valoro de la densmetro reprezentas la premdiferencon inter la interna parto de la gasĉambro kaj la norma atmosfera premo.
Ĉi tiu desegno certigas, ke la skalo de la densecmetro montita sur la gasĉambro de la ringa distribuilo ĉiam precize reflektas la efektivan gasan densecon ene de la ĉambro. La montrita valoro restas neafektita de la temperaturo kaj alteco, plene kontentigante operacian postulon por alt-altaj regionoj.2.3 Desegno de tute izolitaj buŝiloj por alt-altaj gas-insulitaj ringaj distribuiloj
Krom la efekto sur la gasĉambron kaj mezurilojn, alta alteco ankaŭ influas eksterajn tute izolitajn komponantojn, kiuj estas montitaj ekstere, kiel ekzemple venantaj/forirantaj liniaj buŝiloj kaj kabelaj terminalaj kunligiloj. La izolaperformo de ĉi tiuj eksteraj tute izolitaj komponantoj dependas de ambaŭ la izola forto de la izolmaterialo kaj la kripiĝa izola forto relative al la tero. En alta alteco, malpliiĝo de la aerdenseco malkreskas la kripiĝan izolan forton relative al la tero. En praktikaj aplikoj, konvencie desegnitaj gas-insulitaj ringaj distribuiloj ofte malsukcesas en potencvicaj pruvoj de frekvenca rezisto por eksteraj izolkomponantoj (kiel ekzemple izolbuŝiloj aŭ supraj vastigaj busbaroj) post instaliĝo en alta alteco.
Por solvi ĉi tion, ĉi tiu artikolo proponas novan desegnon por tute izolitaj buŝiloj en alt-altaj gas-insulitaj ringaj distribuiloj: aldoni terigitan blindilon al la ekstera surfaco de ĉi tiuj izolkomponantoj. Ĉi tiu desegno plibonorigas la uniformecon de la elektra kampo kaj prezentas terdisŝargon de la ĉefcirkvaj busbaroj.
En ekstera 10 kV ŝaltara stacio projekto en Nagqu, Tibetio, kompanio konfrontis situacion dum akcepttestado, kie la equipamento povis nur transiri potencvican rezistpruvon de 29 kV/1 minuto relative al la tero. Post adicio de terigita blindilo al la ekstera izolado de la venantaj/forirantaj buŝiloj kaj eksteraj busbaroj de la gasĉambro, la equipamento kontentigis la nacia normpostulon de 42 kV/1 minuto por potencvica rezistpruvo relative al la tero.
2.4 Resumo de teknikaj klavpunktoj
La klavaj aspektoj de desegno por alt-altaj gasplenitaj izolitaj ringaj distribuiloj estas jenaj:
Streĉi la strukturan fortikon de la gasĉambro per pligrandigo de la lama eblo aŭ aldono de rigitaj elementoj por kontentigi la postulojn pri toleranta prestaĵo kaj deformlimoj kaŭzitaj per pli granda interna-ekstera prestaĵdiferenco en alta alteco.
Plibonori la fortikon de la prestaĵliberiga membrano en la prestaĵliberiga aparato de la gasĉambro. Post fortigo, ĝi kontentigas la postulojn pri toleranta prestaĵo por la prestaĵliberiga aparato sub pli granda interna-ekstera prestaĵdiferenco en alta alteco.
Adopti fermitajn densecmetrojn por prestaĵmontriloj. Iliaj montritaj valoroj restas neafektitaj de temperaturŝanĝoj aŭ eksteraj atmosferaj prestaĵvariaĵoj, farante ilin taŭgajn por alta-altecaj medioj.
Desegni terigitan blindilon sur la ekstera surfaco de eksteraj izolkomponantoj de la gasĉambro por plibonori la uniformecon de la elektra kampo kaj prezentas terdisŝargon de la ĉefcirkvaj busbaroj.
3. Signifo de desegno de alt-altaj gas-insulitaj ringaj distribuiloj
Ĉi tiu desegnoskemo celas provizi gas-insulitajn ringajn distribuilojn, kiuj vere kontentigas la operaciajn postulojn de alta alteco. Per simultana plibonoro de la fortiko de la gasĉambro, plibonoro de la prestaĵtoleranca kapablo de la prestaĵliberigaj aparatoj, ebligo de akurata mezuro de la interna gasa denseco, kaj racia desegno de rilataj izolkomponantoj, la ringa distribuilo atingas tutan teknikan adaptivon al alta-altecaj medioj. Ĉi tio sekuras la mekanikan kaj elektran performon de la ringa distribuilo kaj ebligas normalan funkciadon de gas-insulitaj ringaj distribuiloj en alta-altecaj medioj.
La vastaj alta-altecaj regionoj en Ĉinio kreigas enorman demandon por elektrekva equipamento adaptita al alta-altecaj kondiĉoj. La normigo kaj racieco de produktdesegno bezonas urĝan plibonorigon. Aktualaj medio-variaĵoj en alta-altecaj regionoj impozas novajn postulojn al produktdesegno. Ĉi tiu teknika skemo proponas novan desegnoteorion kaj metodologion, reprezentante signifan esploron.
