Yuvoshlangan gazli o‘tkazgich shakllanishini yuqori maydoniy hududlar uchun optimallashtirish
Gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklari kompakt va kengaytiriladigan elektr tarmoqlaridir, ular o'rtacha elektr energiyasini avtomatlashtirish tizimlari uchun mos. Bu qurilmalar 12~40.5 kV zanjirli tarmoq energiya ta'minoti, ikki yo'nalishli radial energiya ta'minoti tizimlari va terminal energiya ta'minotida ishlatiladi, elektr energiyasining boshqarish va himoya qurilmalari sifatida funktsiyonalashadi. Ular pad-montajlangan transformator substantsiyalarda o'rnatishga ham mos keladi.
Elektr energiyasini taqsimot va rejalashtirish orqali ular elektr tizimlarning stabiylar ishlashini ta'minlaydi. Bu qurilmalarning asosiy komponentlari klyuchlar yoki yuk sozlamlari va sigimlar kombinatsiyasi bilan joylashtirilgan, bu yerda yuzaga chiqadigan afzalliklar quyidagilardir: oddiy struktura, kichik hajm, past xarajat, ta'minot parametrlari va samaradorligi, ta'minot xavfsizligi. Ular shaharlik yashash maydonlari, baland binolar, katta jamiy foydalanuvchi obyektlari va sanoat korxonalariga o'xshash yuk markazlaridagi taqsimot stansiyalari va pad-montajlangan transformator substantsiyalarda keng qo'llaniladi. Turli gazlar (SF₆, suyuq havok, azot yoki aralash gazlar) izolyatsiya vositasining vazifasini bajaradi, bu esa yuqori izolyatsiya samaradorligi va ekologik afzalliklarni ta'minlaydi, bu esa elektr tizimlarda keng qo'llanishga olib keldi.
Bu turdagi zanjirli boshqaruv bloklarining asosiy komponentlari gaz bilan to'lgan sig'langan lavozimda (quyidagi matn bo'lganda "gaz kompartamenti" deb ataladi) o'rnatilgan. Gaz kompartamenti gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklarining asosiy komponentidir. Uning asosiy vazifasi - tashqi mohiyat kabi muhit sharoitlari (kontaminatsiya, namlik, korrozsiya) tufayli bog'liq bo'lmagan holda yuqori voltajli komponentlarning samarali ishlashini ta'minlashdir. Bu bir qismlarining ishlash mohiyati va normal elektr samaradorligini ta'minlaydi. Barcha ichki komponentlar sig'langan gaz kompartamentida himoyalangan. Kompartament ichki va tashqi bosim farqini o'lchovchi, masalan, manometr yoki sur'at hisoblagich kabi qurilmalar bilan opushtrilgan.
Bu maqola, gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklarining yuqori maydon sharoitlarda mexanik va elektr samaradorligiga ta'sir etuvchi muammolarni asosan ko'rib chiqadi.
1. Gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklarining yuqori maydon uchun umumiy dizayn skemalari va mavjud muammolari
Gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklari to'liq insitlangan dizaynga ega, ularning asosiy elektr jarayonlari sig'langan gaz kompartamenti, to'liq insitlangan kirish/chiqish bushing va to'liq insitlangan kabel terminallari bilan iborat to'liq insitlangan sistemada joylashtirilgan. Gaz kompartamenti ichki mohiyati tashqi sharoitlardan nihoyatda himoyalangan, shuning uchun gaz sur'ati va namlik doimiy qoldi. Nazariy jihatdan, izolyatsiya samaradorligi namlik, kontaminatsiya yoki korroziv gaslar kabi tashqi omillar tomonidan ta'sirlanmaydi. Bushing va kabel terminal larning izolyatsiya samaradorligi - epoksid resina va silikon guma kabi izolyatsiya materiallari bilan ishlab chiqarilgan - tashqi mohiyatdan nihoyatda himoyalangan. Superficial, aniq ravishda dizaynlangan gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklari platou maydonlariga mos kelishi mumkin, bu esa ko'plab ishlab chiqaruvchilar uni yuqori maydon talablariqa javob beradi va ularni shu hududlarda to'g'ridan-to'g'ri qo'llaydi.
Hozirgi paytda, gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklarini yuqori maydon sharoitlarda qo'llashda ikki asosiy texnik skema ishlatiladi:
1.1 To'g'ridan-to'g'ri yuqori maydon hududlariga joylashtirish
Dizayn konseptsiyasi: Bu yondoshma, asosiy elektr jarayonlari to'liq insitlangan sistemada (sig'langan gaz kompartamenti, to'liq insitlangan bushing va kabel terminal lari) o'rnatilganligi asosida, izolyatsiya samaradorligi yuqori maydon sharoitlardan nihoyatda himoyalangan.
Mavjud muammolari: Amaliy ishda, yuqori maydonlarda tashqi atmosfera bosimi pasayishiga o'xshash holda, gaz kompartamenti ichki va tashqi bosim farqi oshadi. Bu esa kompartamentning katta deformatsiyasiga olib keli oladi, bu esa elektr komponentlari (klyuchlar, ventilatorlar) mexanik samaradorligiga ta'sir qiladi. Bu, ish rejimida jamoq va mexanik xususiyatlarda o'zgarishga olib keli oladi.
1.2 Zavoddagi gaz bosimini kamaytirish
Dizayn konseptsiyasi: Yuqori maydonlarda ichki va tashqi bosim farqini kamaytirish uchun, bu skema kompartamentning ichki gaz bosimini zavodda kamaytiradi. Qurilma yuqori maydonlarga yetib borishi bilan, pasayishgan atmosfera bosimi ichki va tashqi bosim farqini texnik talablarga mos keladigan qiymatga oshiradi, bu esa manometr talab etilgan ish rejimi bosimini ko'rsatadi.
Mavjud muammolari: Bu dizayn kompartamentning ichki gaz sur'atini kamaytiradi. Har qanday, yuqori maydonlarda manometr dizaynlangan qiymatni ko'rsatadi, lekin gazlarning izolyatsiya samaradorligi gaz sur'atiga asosan Paschen egri (Ko'rsatkich 1) orqali belgilangan. Paschen egri German fizigi Friedrich Paschen formulasi asosida hosil qilingan funksiyani ifodalaydi. Uning fizikaviy ma'nosi: uzilish voltaj U (kV) elektrodlar orasidagi masofa d (sm) va gaz bosimi P (Torr) ko'paytmasi funksiyasidir, U = apd / [ln(Pd) + b] (Ko'rsatkich 1), bu yerda a va b doimiy sonlar.
Egri asosiy ahamiyati: Aniq izolyatsiya masofa uchun, bosimni oshirish yoki vakuumga (masalan, 10⁻⁶ Torr) qaratib pasaytirish gapning uzilish voltajini oshiradi. Yaqin vakuum bosimlari uchun, pasayishgan vakuum darajasi (ya'ni, oshirilgan havok sur'ati) elektrodlar orasidagi elektr uzilishini osonroq qiladi. Aniq bosim chegarasidan keyin, izolyatsiya samaradorligi bosim oshishi bilan o'sadi. Bu fazoda (Ko'rsatkich 1 da a nuqtadan keyin), bosimni - va shunday qilib gaz sur'atini - kamaytirish uzilish voltajini pasaytiradi, bu esa izolyatsiya samaradorligini pasaytiradi. Gaz insitli zanjirli boshqaruv bloklarining ish rejimi bosim chegarasi bu hududni (Ko'rsatkich 1 da a nuqtadan keyin) butunlay o'z ichiga oladi.
1.3 Aniq yuqori maydon dizaynlari bilan bog'liq muammolarning umumiy hisob-kitob
Gaz kompartamenti ichki va tashqi bosim farqining oshishi kompartamentning katta deformatsiyasiga olib keli oladi, bu esa klyuchlar va ventilatorlar mexanik ish rejimiga va samaradorligiga ta'sir qiladi.
Ichki va tashqi bosim farqining oshishi sharoitlarda, bosimni kamaytirish qurilmalari aktivlashishga eng yaqin.
Bosimliq hisoblagichlari gaz kompartamenti ichida va tashqarisida bo'lgan nisbiy bosim farqini o'lchaydi. Gaz nisbat hisoblagichlari bosim hisoblagichlariga temperaturani kompensatsiya qilish funksiyasini qo'shadi. Hech qaysi biri yuqori maydonlarda kompartament ichidagi haqiqiy gaz nisbatini to'g'ri ko'rsatolmaydi, lekin gaz nisbati izolyatsiya samaradorligi bilan orzali bog'liq.
Yuqori maydonlarda atmosfera nisbatining kamayishi gaz kompartamenti tashqi izolyatsiya komponentlarining umumiy izolyatsiya samaradorligini pasaytiradi.
2. Yuqori maydon uchun gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari uchun dizayn shemasining tuzilishi
Yuqorida berilgan tahlil asosida, gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari (asosiy elektr ishlab chiqarish yo'llari gaz kompartamentlari bilan to'liq yopilgan, to'liq izolyatsiya bushinglari va to'liq izolyatsiya kabel sozlamalari) teorik jihatdan izolyatsiya samaradorlikni saqlaydi, ammo yuqori maydonlarda paydo bo'lgan omillar: gaz kompartamenti ichki-tashqi bosim farqining oshishi, kompartament ichidagi izolyatsiya gazi nisbatini kamaytirish imkoniyati yo'q va to'g'ri gaz nisbatini ko'rsatish talabi. Natijada, yuqori maydon uchun gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari dizayni gaz kompartamenti va bosimni kamaytirish qurilmasi dizaynida, yuqori maydon atrof-muhit talablari uchun gaz kompartamenti bosim hisoblagichlari va yuqori maydonlarda tashqi izolyatsiya komponentlarining umumiy izolyatsiya samaradorligining kamayishi muammolarini hal qilishda qat'iydir.
2.1 Yuqori maydon uchun gaz kompartamenti va bosimni kamaytirish qurilmasi dizayni
Yukta masalalarni hal qilish uchun, bu maqola yuqori maydon uchun gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari uchun yangi dizayn konseptsiyasini taklif etadi, bu odilari yoki oddiy bosimni kamaytirish usullaridan farqli. Bu zikrlovka boshqaruv bloki quyidagi asosiy yo'nalishlarda maxsus dizaynga ega:
(1) Gaz kompartamenti struktural ishlangan kuchlanishini oshirish
Yuqori maydonlarda paydo bo'lgan ichki-tashqi bosim farqini qarama-qarshi qilish uchun, gaz kompartamenti struktural ishlangan kuchlanishi oshiriladi. Bu, yuqori maydonlarda kompartament deformatsiyasi texnik talablarga mos kelishi, kompartament ichidagi yuqori voltaj komponentlarining mexanik samaradorligi ta'sirini oldini oladi.
Xalqaro standart atmosfera modeli asosida, berilgan maydonning standart atmosfera bosimi quyidagi formulada hisoblanadi:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
bu yerda P - berilgan maydonning atmosfera bosimi; P₀ - deyarli sathdagi standart atmosfera bosimi; H - maydon.
4000 m maydon misoli:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 MPa.
Klassik 10 kV SF₆ gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloki misoli, gaz kompartamenti dizayn bosimi yuqori maydon bo'lmaganda 0.07 MPa. Yuqori maydonlarda atmosfera bosimining kamayishi hisobga olganda, 4000 m maydon uchun gaz kompartamenti haqiqiy dizayn bosimi quyidagicha hisoblanadi:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 MPa.
(2) Yuqori maydon uchun bosimni kamaytirish qurilmasi dizayni
So'nggi milliy standart GB/T 3906—2020 "3.6 kV dan yuqori va 40.5 kV gacha nominal voltajli AC metallik qoplangan switchgear va boshqaruv qurilmalari", 7.103 bandi gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari gaz kompartamenti 1 minut davomida 1.3 marta dizayn bosim (P₁) ni tasdiqlash talabini belgilaydi, bosimni kamaytirish qurilmasi ishga tushmagan holda. Agar bosim 1.3 marta (P₁) va 3 marta (P₂) dizayn bosim orasida o'sa, bosimni kamaytirish qurilmasi ishga tushishi mumkin. Bu, ishlab chiqaruvchi dizayn talablari qanoatlantirilsa qabul qilinadi. Sinovdan o'tgandan keyin, gaz kompartamenti deformatsiya qilishi mumkin, lekin buzilishi mumkin emas.
Bu talablarga mos ravishda gaz kompartamenti va bosimni kamaytirish qurilmasi kuchlanishi dizayni milliy standartlarga javob beradi. Turli maydonlarda gaz kompartamenti va bosimni kamaytirish qurilmasi ushbu usulda hisoblanib, dizayn qilinishi mumkin:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
Gaz kompartamenti struktural ishlangan kuchlanishini oshirish — masalan, qalinroq stal plitalar yoki kuchlanish elementlarini qo'shish — kompartament yuqori maydonlarda paydo bo'lgan ichki-tashqi bosim farqiga javob beradigan kuchlanish talablari ga to'la javob beradi. Bu, kompartament ichidagi yuqori voltaj switchlarning mekhanik va elektrik samaradorligiga ta'sir yetkazadigan deformatsiyadan oldin, nominal gaz bosimida ishlab borish va daryo kengligi hududlaridagi kabi yuqori maydon atrof-muhitida identik mekhanik va elektrik samaradorlikni ta'minlaydi.
Dizayn hisob-kitoblari va sinov tasdiqlash orqali, bosimni kamaytirish membranasi qalinligi va kuchlanishi oshiriladi, bu uning bosimni tasdiqlash qobiliyatini oshiradi. Bu, gaz kompartamenti bosimni kamaytirish oralig'i belgilangan bosim oralig'i talablari bilan mos kelishi, yuqori maydon atrof-muhitida ichki-tashqi bosim farqining oshishi sababli bosimni kamaytirish qurilmasining erkin ishga tushishini oldini oladi. Bu, ichki izolyatsiya darajasini saqlaydi va zikrlovka boshqaruv bloki elektrik samaradorligini ta'minlaydi.
2.2 Yuqori maydon uchun gaz nisbat ko'rsatkichi qurilmasi dizayni
Izolyatsiya gaz nisbat ko'rsatkichi qurilmasi yopilgan tipdagi nisbat hisoblagichdan foydalanadi. Uning ko'rsatmalar qiymati harorat o'zgarishi yoki tashqi atmosfera bosimining o'zgarishi bilan ta'sirlanmaydi.
Yuqori maydon uchun gaz izolyatsiyali zikrlovka boshqaruv bloklari uchun tanlangan gaz kompartamenti nisbat hisoblagichi yopilgan tipdagi to'liq sharoitli nisbat hisoblagich, harorat va maydon effektlariga ta'sir etilmaydi. Uning ishlash printsipi nisbat hisoblagichi ichidagi kompensatsiya elementi haroratni kompensatsiya qilish (haroratga ta'sir etilmaydi). O'xshash holda, hisoblagich boshligi yopilgan strukturaga ega, bu yerda yopilgan xona standart atmosfera bosimini saqlaydi. Nisbat hisoblagichi ko'rsatmalar bosim qiymati gaz kompartamenti ichki va standart atmosfera bosimi orasidagi bosim farqini ifodalaydi.
Bu dizayn gaz kompartementasidagi suruvchanlik hisoblagichining oʻlchovi har doim kompartementaning ichidagi haqiqiy gaz suruvchanligini aniq ravishda ko'rsatadi. Ko'rsatilgan qiymat havo harorati va balandligi ta'sirida oʻzgarmaydi, bu juda baland yoki past joylardagi ishlov berish talablari bilan to'liq mos keladi.2.3 Yuqori maydonlarda gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalar uchun to'liq insulatsiya qilingan bushinglar dizayni
Yuqori maydonlar gaz kompartementasi va oʻlchov qurilmalari ga oʻzgarish tushiradi, shuningdek, kirish/chiqish liniyali bushinglari va kabel terminal ulashlari kabi tashqi to'liq insulatsiya qilingan komponentlarga ham ta'sir etadi. Bu tashqi to'liq insulatsiya qilingan komponentlarning insulatsiya imkoniyati insulatsiya materialining insulatsiya quvvati va yer qarab insulatsiya quvvati orqali bekor qilinadigan insulatsiya quvvatidan bog'liq. Yuqori maydonlarda, havo suruvchanligi kamayishi yerdan insulatsiya quvvatini kamaytiradi. Amaliy qo'llanmada, oddiy tarzda dizayn qilingan gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalar yuqori maydonlarda qurilgandan so'ng, tashqi insulatsiya komponentlari (masalan, insulatsiya bushinglari yoki tepadagi kengaytirilgan busbarlar) uchun chastota dayonlik sinovlarini o'tkazib bo'lmaydi.
Bu muammoga hal qilish uchun, bu maqola yuqori maydonlarda gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalar uchun yangi dizayn rejasi taklif etadi: bu insulatsiya komponentlarining tashqi yuziga yerga bog'langan himoya qatrosini qo'shish. Bu dizayn elektrik maydonining bir xil butunligini yaxshilaydi va asosiy kontur busbarlaridan yerga chiqishdan himoya qiladi.
Tibetning Nagqu shahri bo'lgan 10 kV tashqi oʻtkazma stantsiyasi loyihasida, bir kompaniya qabul qilish jarayonida jihozlar faqat 29 kV/1 daqiqa yerga nisbatan chastota dayonlik sinovini o'tkazolardi. Kirish/chiqish bushinglari va gaz kompartementasining tashqi busbarlarining tashqi insulatsiyasiga yerga bog'langan himoya qatrosi qo'shilgandan so'ng, jihozlar 42 kV/1 daqiqa yerga nisbatan chastota dayonlik standart talablariga javob berdi.
2.4 Texnik kalit nuqtalar haqida umumlashtirish
Yuqori maydonlarda gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalar uchun muhim dizayn aspektlari quyidagilardir:
Gaz kompartementasining strukturalar quvvatini oshirish: qado plitalarining enini oshirish yoki qatnash qo'shish orqali yuqori maydonlarda ichki-tashqi bosim farqidan olingan bosim dayonlik diapazoni va deformatsiya chegaralari talablari bilan mos kelish.
Gaz kompartementasining bosimni pasaytirish qurilmasidagi bosimni pasaytirish membranasining quvvatini oshirish. Qo'shimcha mustahkamlanganidan keyin, u yuqori maydonlarda oshirilgan ichki-tashqi bosim farqidan olingan bosim dayonlik diapazoni talablari bilan mos keladi.
Bosim ko'rsatkich qurilmalari uchun sig'li suruvchanlik hisoblagichlarni qo'llash. Ko'rsatilgan qiymatlari havo harorati o'zgarishi yoki tashqi atmosfera bosimi o'zgarishidan olib tortilmaydi, bu esa yuqori maydonlarda ishlatish uchun qulaydir.
Gaz kompartementasining tashqi insulatsiya komponentlarining tashqi yuziga yerga bog'langan himoya qatrosi dizayn qilish, bu elektrik maydonining bir xil butunligini yaxshilaydi va asosiy kontur busbarlaridan yerga chiqishdan himoya qiladi.
3. Yuqori maydonlarda gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalar dizayni ahamiyati
Bu dizayn rejasi haqiqiy yuqori maydonlarda ishlov berish talablari bilan mos keladigan gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalarni taqdim etishga qaratilgan. Gaz kompartementasining quvvatini oshirish, bosimni pasaytirish qurilmalarining bosim dayonlik imkoniyatini yaxshilash, ichki gaz suruvchanligini aniq o'lchash va munosib insulatsiya komponentlarini dizayn qilish orqali, ring asosiy qurilma yuqori maydonlarda to'liq texnikka adaptatsiyasini olish. Bu, ring asosiy qurilmaning mexanik va elektrik imkoniyatini ta'minlaydi va gaz insulatsiya qilingan ring asosiy qurilmalarning yuqori maydonlarda normal ishlashini ta'minlaydi.
Xitoyning yuqori maydonlari keng, bu esa yuqori maydon sharoitlariga moslangan elektr energiyasi jihozlari uchun katta talabni yaratadi. Mahsulot dizaynining standartlashtrilishi va rasionalizatsiyasi jiddiy yanada rivojlanishi kerak. Yuqori maydonlarda amaliy havo-havo o'zgarishi mahsulot dizayniga yangi talablar qo'yadi. Bu texnika rejasi yangi dizayn nazariyasi va metodologiyasini taqdim etadi, bu esa ma'naviy tadqiqot hisoblanadi.
