Komplexní přehled vysokonapěťových přenosových linek a kompozitních izolátorů: Výzvy návrh a aplikace

1 Charakteristika a komponenty vysokonapěťových přenosových linek

1.1 Charakteristika vysokonapěťových přenosových linek

Vysokonapěťové přenosové linky se charakterizují svou relativně nízkou cenou díky menšímu množství informací, které vyžadují. Typicky používají dva vodiče, jeden připojený k pozitivnímu pólu a druhý k negativnímu pólu. Přenosové linky střídavého proudu mají odolnost a dokáží přenášet proud na dlouhé vzdálenosti. V některých vysokonapěťových zařízeních v Číně se také široce používá přenos střídavým proudem, což je zvláště zřejmé v každodenním životě.

1.2 Vysokonapěťové přenosové linky jako hlavní komponenta elektrotechnického návrhu

V základní návrhové práci musí být pečlivě připraveny a dodržovány inženýrské výkresy potřebné pro stavbu podle pracovních postupů. Výběr surovin pro stavební plány, stejně jako rozumný návrh stavebních tras, metod a odpovídajících skladovacích výzev týmem stavitelů, zajišťuje normální fungování elektrických linek, zvyšuje efektivitu práce a zlepšuje účinnost stavebních prací.

2 Stav vývoje ultravysokonapěťových přenosových linek

Ve srovnání s obyčejnými linkami mají ultravysokonapěťové (UHV) linky vyšší požadavky, jako jsou externí úrovně izolace, technologie elektrického inženýrství a opatření pro ochranu linek. Pokud externí úroveň izolace UHV přenosových linek není dostatečná nebo jsou ochranná opatření nedostatečná, zvýší se problémy jako znečištění, přetlak a protržení. Proto je použití kompozitních izolátorů na UHV přenosových linek nezbytné a nepostradatelnou součástí moderní síťové výstavby.

3 Problémy s kompozitními izolátory na UHV přenosových linek

3.1 Rozhraní protržení

Elektrostatické poškození kompozitních izolátorů je způsobeno především blesky, což představuje více než polovinu všech poškození. I když materiály neustále pokračují v zlepšování, problém opakovaného rozhraní protržení stále existuje. Během výroby ukazují jádrové tyče a balóny výrazné odlučování, a rozhraní mezi balóny a průměry tyčí mohou být erozí, což může vést k protržení rozhraní a ovlivnit životnost izolátorů. Je nutné pokračovat v kontinuálním optimalizaci a zlepšování produktů, aby se snížila pravděpodobnost selhání rozhraní.

3.2 Kruché protržení jádrové tyče

Kruché protržení jádrové tyče je běžný typ poruchy kompozitních izolátorů, který se často vyskytuje na UHV přenosových linek. Během procesu kruchého protržení jádrové tyče dochází k postupnému protržení vláken jádrové tyče pod vlivem kyseliny, což může způsobit protržení celé tyče i při malých zatěžovacích silách. Hlavní důvody jsou následující:

Za prvé, obvykle se toto vyskytuje na místech, kde je konecové pole vysokého napětí relativně vysoké. Obrácení graduačního kruhu může vést k kruchému protržení kompozitních izolátorů. Aby se tento problém vyřešil, by mělo být design a zpracování graduačních kruhů zajišťovat, aby magnetické pole dosahovalo stanovené úrovně, což efektivně zabrání kruchému protržení materiálu.

Za druhé, trhliny mohou vzniknout, když je balón nebo koncová plocha poškozen. Nicméně, použití nových bezborových kyseloodolných jádrových tyčí výrazně zlepšuje celkovou odolnost vůči kyselinám, což velmi snižuje tento problém. Je třeba poznamenat, že ne všechny vláknité jádrové tyče mají vynikající kyseloodolné vlastnosti, proto je nutná hodnocení a výběr výkonu. I když kruché protržení má významný dopad na provoz, jeho pravděpodobnost je nízká a lze ji snížit prostřednictvím různých zásahů.

3.3 Otázky stárnutí

Po určité době používání mohou izolátory zažít problémy se stárnutím, které jsou hlavně způsobeny teplotou a faktory povrchového výboje. I když materiály z kaučuku silikonového mají delší cyklus stárnutí, rané operační stárnutí může nastat kvůli environmentálnímu znečištění a technologii formulace materiálů. Zatímco ve většině oblastí lze udržet dobré podmínky a vlastnosti pomocí kaučuku silikonového, stárnutí je nevyhnutelné. Aby se zajistilo bezpečné fungování izolátorů, je třeba provést rané testování. Proto je nutné provádět pravidelné inspekce kompozitních izolátorů, aby se zabránilo dalšímu zhoršení.

3.4 Mechanické otázky

Kompozitní izolátory ukazují významné degradace mechanických vlastností během používání. V současné době se používají interní zapichovací izolátory, ale mají vysoké požadavky na metody spojování, s významnými rozdíly v křivce creep ve srovnání s designy hranově zatočených izolátorů.

4 Stanovení délky řetězce izolátorů a minimální vzdušné vzdálenosti pro UHV linky

4.1 Elektrická izolační vzdálenost zohledněná v návrhu UHV linek

Požadavky na shodu izolace pro 1000kV AC UHV linky musí zajišťovat bezpečné a spolehlivé fungování za různých podmínek, jako jsou síťové frekvence, přepínací přetlaky a bleskové přetlaky. Síťové frekvence flashover izolátorů jsou hlavním kontrolním faktorem pro řetězce izolátorů. Externí izolační struktury jsou obvykle vypočítány na základě odolnosti proti znečištění, kombinováním s existujícími inženýrskými zkušenostmi, zohledněním faktorů jako je nadmořská výška a ledové pokrytí. Pro přepínací přetlaky se berou přetlakové koeficienty 1.6p.u. a 1.7p.u.; pokud systémové nejvyšší pracovní napětí je 1100kV, pokud přepínací přetlak nemůže ovládat počet částí izolátoru a vypočtená hodnota je nižší než 50% impulsního vypalovacího napětí řetězce izolátorů, existuje riziko impulsního vypalování. V UHV systémech nemá bleskový přetlak přímou souvislost s pracovním napětím a vysoká externí úroveň izolace dělá bleskový přetlak neurčujícím faktorem.

4.2 Délka řetězce izolátorů

Pod znečištěnými podmínkami se délka řetězce izolátorů určuje pomocí metod boje proti znečištění. To zahrnuje: (1) měření flashover napětí různých izolátorů za atmosférických podmínek, aby se získala vztah mezi 50% flashover napětím a hustotou soli různých izolátorů; (2) měření výdržového napětí izolátorů; (3) korekce a výpočet hustoty rozpustných solí; (4) kalibrace vlivu poměru popela k soli na povrchové znečištění izolátorů; (5) korekce nerovnoměrnosti horních a dolních povrchů; (6) korekce vysokých nadmořských výšek; a (7) výpočet počtu částí izolátorů za podmínek maximálního pracovního napětí.

4.3 Stanovení minimální vzdušné vzdálenosti pro UHV linky

4.3.1 Výpočet minimálního počtu částí izolátoru pro normální provoz

Tento článek se zaměřuje na klíčový vědecký problém výběru minimálního mezera pro UHV přenosové linky, používá jednotrakční přenosové linky jako objekt studie. Studuje vliv vzdušné vzdálenosti na rozměry vysílacích věží za podmínek síťové frekvence a bleskových efektů, určuje minimální mezera vysílacích věží pomocí změřených vzdušných vzdáleností a zohledňuje vliv degradace izolátorů na strukturu vysílacích věží, navrhuje minimální mezera vysílacích věží s ohledem na degradaci izolátorů.

4.3.2 Určení mezera pro přepínací přetlak

To zahrnuje určení statistického koeficientu shody pro provoz s přepínacím přetlakem na základě výpočtu pracovního impulsního vypalovacího napětí U50% pro jednotlivé vzdušné mezery.

Mezi těmito, Us reprezentuje přepínací přetlak, měřený v kV; Z je konstanta, takže je nastavena na 2.45; pro jednotlivé vzdušné mezery, σ1 je nastavena na 0.06; mezi těmito, σm je variancí pro několik vzdušných mezer, která je nastavena na 0.024. Tedy:

Tedy, statistický koeficient shody kckc pro provozní přetlak vzdušného mezera je:

5 Použití kompozitních izolátorů v ultravysokonapěťových přenosových linek

Pomocí praktického provozu stávajících linek v naší zemi bylo zjištěno, že použití kompozitních izolátorů může snížit jak náklady na údržbu linek, tak znečištění elektrické sítě. V znečištěných oblastech se doporučuje používat kompozitní izolátory. Pro 1000kV přenosové linky se doporučuje používat izolátory vysoké asi 9 metrů, a v těžce znečištěných oblastech izolátory vysoké více než 17 metrů. Pokud se použijí několik sériových spojů, výška izolátorů může být dále upravena, ale to také zvýší hmotnost a délku izolátorů, což zvýší náklady na linku.

V oblastech s vysokou nadmořskou výškou a těžkým znečištěním nabízejí kompozitní izolátory vyšší ekonomické a technické výhody. Když je kombinovaná délka řetězce níže 10 metrů, může to snížit okennou plochu věže, ovládat zátěž věže a snížit výskyt flashover nehod. Proto mají kompozitní izolátory v těchto aspektech významné výhody. Aby bylo zajištěno dlouhodobé stabilní a spolehlivé fungování ultravysokonapěťových přenosových linek, musí být provedena hluboká studie.

Na jednu stranu by měla být provedena studie mechanických vlastností ultra velkých tonáží kompozitních izolátorů, aby byly vytvořeny efektivní standardy a testovací metody. Kromě toho, když se zajišťuje rovnoměrný tlak na kompozitní izolátory, by měly být přijaty vhodné opatření k řešení problémů s elektromagnetickým rušením a korona výbojem, aby se minimalizovaly náhlé nehody. Racionální způsob obloukování zajišťuje efektivní potlačení oblouku.

Optimalizované mechanické struktury zajišťují, že porušený izolátor nespadne na zem. Měly by být zavedeny přísné standardy kontroly kvality, aby byly zakázány nedostatečné produkty, s přísnou kontrolou materiálů pro jádrové tyče a sukničky, a zlepšení výrobních technologií ze zdroje, aby se snížily rizika pro bezpečnost provozu. Během stavby by měl být implementován vědecký postup skladování, aby bylo striktně kontrolováno možné poškození. Měly by být provedeny efektivní plány údržby a inspekce, aby byla včas identifikována bezpečnostní rizika a přijata odpovídající opatření, aby byla zajištěna bezpečnost výroby.

6 Závěr

Kompozitní izolátory získávají stále větší uplatnění v elektrické síti Číny a stávají se nezbytnou součástí výstavby elektrické sítě. Vzhledem k požadavkům na velké plochy průřezu a vysoké zátěže v ultravysokonapěťových přenosových linek by měly být prioritou syntetické izolátory před skleněnými izolátory a jinými typy. Jak se rozšiřuje rozsah ultravysokonapěťových přenosových linek, vznikají nové výzvy, což vede ke vyšším požadavkům na jejich výkon.

Kromě toho, aby se zajišťoval rovnoměrný tlak na kompozitní izolátory, by měla být přijata vhodná opatření k řešení problémů s elektromagnetickým rušením a korona výbojem, aby se minimalizovaly náhlé nehody. Racionální způsob obloukování zajišťuje efektivní potlačení oblouku. Optimalizované mechanické struktury zajišťují, že porušený izolátor nespadne na zem. Měly by být zavedeny přísné standardy kontroly kvality, aby byly zakázány nedostatečné produkty, s přísnou kontrolou materiálů pro jádrové tyče a sukničky, a zlepšení výrobních technologií ze zdroje, aby se snížily rizika pro bezpečnost provozu.

Během stavby by měl být implementován vědecký postup skladování, aby bylo striktně kontrolováno možné poškození. Měly by být provedeny efektivní plány údržby a inspekce, aby byla včas identifikována bezpečnostní rizika a přijata odpovídající opatření, aby byla zajištěna bezpečnost výroby.