Komplet oversigt over UHV-overføringslinjer og kompositisolatorer: Udfordringer Design og Anvendelser

1 Karakteristika og Komponenter af Højspændingsledninger

1.1 Karakteristika af Højspændingsledninger

Højspændingsledninger er karakteriseret ved deres relativt lave omkostninger på grund af den mindre mængde information, de kræver. De bruger typisk to ledere, en forbundet til den positive pol og den anden til den negative pol. DC-ledninger har holdbarhed og kan overføre strøm over lange distancer. I nogle højspændingsanlæg i Kina bliver også AC-overførsel bredt anvendt, hvilket er særligt tydeligt i dagligdagen.

1.2 Højspændingsledninger som en Vigtig Komponent i Elektriske Design

I grundlæggende designarbejde skal konstruktionsplancher, der er nødvendige for bygningen, indgående forberedes og følges i overensstemmelse med arbejdsgangene. Vælgelsen af råmaterialer til konstruktionsplaner samt den rimelige design af konstruktionsruter, metoder og de tilhørende lagringsudfordringer fra konstruktionsholdet sikrer normal drift af strømledninger, forbedrer arbejdseffektiviteten og øger effektiviteten af konstruktionsarbejdet.

2 Udviklingsstatus for Ekstremt Højspændingsledninger

Sammenlignet med almindelige ledninger har ekstremt højspændings (UHV) ledninger højere krav, såsom eksterne ledningsisolationsniveauer, kraftteknologier og ledningsbeskyttelsesforanstaltninger. Hvis det eksterne isolationsniveau for UHV-ledninger ikke opfylder standarden eller beskyttelsesforanstaltningerne er utilstrækkelige, vil fejl som forureningssprøjting, overspænding og nedbrydning øges. Derfor er det essentielt at bruge kompositisolatorer på UHV-ledninger, og det er en uundværlig del af moderne netopbygning.

3 Problemer med Kompositisolatorer i UHV-Ledninger

3.1 Grænsefladebrud

De elektriske skader på kompositisolatorer skyldes primært lynnedslag, hvilket udgør mere end halvdelen af alle skader. Selvom materialer konstant forbedres, findes problemet med gentagne grænsefladebrud stadig. Under produktion viser både kernebolde og slanger betydelig afskælning, og grænsefladerne mellem slanger og bolgediameter kan erodes, hvilket potentielt kan føre til grænsefladebrud og påvirke isolatorernes levetid. Kontinuerlig optimering og forbedring af produkter er nødvendig for at reducere sandsynligheden for grænsefladebrud.

3.2 Kernebold Brittle Fracture

Kernebold brittle fracture er en almindelig type kompositisolatorfejl, der ofte forekommer i UHV-ledninger. Under processen med kernebold brittle fracture, pga. syresprogning, brydes kerneboldfiberne gradvist under virkningen af syresprogning, selv til at hele kernebolden kan bryde under små belastninger. De hovedsagelige årsager er følgende:

Først sker det typisk ved positioner, hvor terminalfeltstyrken for højspænding er relativt høj. Ved at vende gradingringen kan dette føre til brittle fracture af kompositmaterialisolatorer. For at løse dette problem bør design og behandling af gradingringe sikre, at magnetfeltstyrken når det angivne niveau, og effektivt undgå materialbrittle fracture.

Andet kan sprækker opstå, når slangen eller endefladen er skadet. Men ved at bruge nye boronfri fiber-syrebestandige kernebolde forbedres den samlede syrebestandighed betydeligt, og dette problem reduceres kraftigt. Det er værd at bemærke, at ikke alle fiberkernebolde har fremragende syrebestandighedsegenskaber; derfor er præstationsvurdering og valg nødvendigt. Selvom brittle fractures har en betydelig indflydelse på operationer, er deres forekomst sandsynlighed lav, og kan reduceres gennem forskellige interventioner.

3.3 Alderdomsproblemer

Efter en periode med brug kan isolatorer opleve alderdomsproblemer, primært forårsaget af temperatur og overfladesparkfaktorer. Selvom silikonkautschukmaterialer har en længere alderdomscyklus, kan tidlig driftsalderdom stadig forekomme på grund af miljøforurening og materialeformulerings teknologi. Mens de fleste regioner kan opretholde gode forhold og egenskaber gennem silikongel, er alderdom uundgåelig. For at sikre sikkert drift af isolatorer er tidligt test nødvendigt. Derfor er periodiske inspektioner af kompositmaterialisolatorer nødvendige for at forhindre yderligere forværring.

3.4 Mekaniske Problemer

Kompositmaterialisolatorer viser betydelig mekanisk ydeevneforringelse under brug. I øjeblikket bruges interne plug-type isolatorer, men de har høje krav til forbindelsesmetoder, med betydelige forskelle i creep slope sammenlignet med kantrullede isolatordesigner.

4 Bestemmelse af Isolatorstrenglængde og Minimum Luftgapafstand for UHV-Ledninger

4.1 Elektrisk Isoleringsafstand Overvejet i UHV-Ledningsdesign

Isoleringstilpasningskravene for 1000kV AC UHV-ledninger skal sikre sikker og pålidelig drift under forskellige forhold som netfrekvens, switchingoverspænding og lynoverspænding. Netfrekvenssprøjting af isolatorer er den primære kontrolfaktor for isolatorstrenger. Eksterne isoleringsstrukturer beregnes typisk baseret på forureningstolerance, kombineret med eksisterende ingeniørfaring, og tager højde for faktorer som højde og isbelægning. For switchingoverspænding tages overspændingsmultiplicatorer på 1.6p.u. og 1.7p.u.; når systemets højeste driftsspænding er 1100kV, hvis switchingoverspændingen ikke kan kontrollere antallet af isolatorstykker, og beregningsværdien er lavere end 50% af impulsudløsningsvoltage for isolatorstrengen, er der risiko for impulsudløsning. I UHV-systemer har lynoverspænding ingen direkte forbindelse til driftsspænding, og det høje eksterne isolationsniveau gør lynoverspænding til en ikke-bestemmende faktor.

4.2 Isolatorstrenglængde

Under forurende forhold bestemmes længden af isolatorstrengen ved hjælp af forureningstilpasningsmetoder. Dette inkluderer: (1) måling af forureningssprøjtingsvoltage for forskellige isolatorer under atmosfæriske forhold for at få forholdet mellem 50% forureningssprøjtingsvoltage og saltkoncentration for forskellige isolatorer; (2) måling af isolatorers udmattelsesspanning; (3) korrektion og beregning af saltkoncentration af løselige salter; (4) kalibrering af effekten af aske-til-salt-forhold på overfladeforurening af isolatorer; (5) korrektion af uligheder mellem øvre og nedre overflader; (6) højdekorrigerende ved høje højder; og (7) beregning af antallet af isolatorsektioner under maksimal arbejdsvoltage.

4.3 Bestemmelse af Minimum Luftgapafstand for UHV-Ledninger

4.3.1 Beregning af Minimum Antal Isolatorstykker for Normal Drift

Denne artikel fokuserer på den vigtige videnskabelige sag med at vælge minimum afstand for UHV-transmissionsledninger, ved at bruge enkeltlednings transmissionsledninger som undersøgelsesobjekt. Den undersøger indflydelsen af luftgapafstand på transmissionsmastdimensioner under netfrekvensspænding og lynoverspænding, fastlægger minimum afstand for transmissionsmast ved at bruge målte luftgapafstand, og tager højde for indflydelsen af isolatordegradering på transmissionsmaststruktur, foreslår en minimum afstand for transmissionsmast, der tager højde for isolatordegradering.

4.3.2 Bestemmelse af Switching Overspændingsluftgap

Dette indebærer at fastlægge statistisk matchningsfaktor for switching overspændingsdrift baseret på beregning af arbejdsimpulsudløsningsvoltage U50% for individuelle luftgap.

Her repræsenterer Us switching overspænding, målt i kV; Z er en konstant, der er sat til 2.45; for et enkelt luftgap, σ1 er sat til 0.06; her, σm er variansen for flere luftgap, der er sat til 0.024. Derfor:

Derfor er den statistiske koordineringsfaktor kckc for driftsoverspændingen af linjeluftgap:

5 Anvendelse af Kompositisolatorer i Ekstremt Højspændingsledninger

Gennem praktiske operationer af eksisterende ledninger i vores land er det blevet fundet, at brugen af kompositisolatorer kan reducere både vedligeholdelsesomkostninger for ledninger og forurening af strømnæt. I forurenede områder anbefales det at bruge kompositisolatorer. For 1000kV transmissionsledninger anbefales det at bruge isolatorer på ca. 9 meter høj, og i stærkt forurenede områder isolatorer over 17 meter høj. Hvis flere serieforbindelser anvendes, kan højden af isolatorerne yderligere justeres, men dette vil også øge vægten og længden af isolatorerne, hvilket vil øge omkostningerne til ledningen.

I høje og stærkt forurenede områder har kompositisolatorer højere økonomiske og tekniske fordele. Når den kombinerede strenglængde ikke overstiger 10 meter, kan dette reducere mastvinduesarealet, kontrollere mastlasten, og mindske forekomsten af sprøjtningsulykker. Derfor har kompositmaterialisolatorer betydelige fordele på disse områder. For at sikre langsigtede stabil og pålidelig drift af ekstremt højspændingsledninger, skal der gennemføres grundig forskning.

På den ene side bør der gennemføres studier af mekaniske egenskaber for ekstremt stor tonnage kompositmaterialisolatorer for at danne effektive standarder og testmetoder. Desuden, mens man sikrer ensartet tryk på kompositisolatorer, bør passende foranstaltninger træffes for at tackle elektromagnetisk støj og koronaudløsningsspørgsmål for at minimere pludselige ulykker. En rimelig bueløsning sikrer effektiv buekontrol.

Optimale mekaniske strukturer garanterer, at en knust isolator ikke falder ned på jorden. Strenge kvalitetskontrolstandarder bør etableres for at forbyde understandardprodukter, med strenge materialkontroller for kernebolde og kjoler, og forbedringer i produktionsmetoder fra kilden for at reducere driftssikkerhedsrisici. Under konstruktion bør der implementeres en videnskabelig lagringsprocedure for at kontrollere potentielle skader strengt. Effektive vedligeholdelses- og inspektionsplaner bør gennemføres for hurtigt at identificere sikkerhedsrisici og træffe tilsvarende foranstaltninger for at sikre produktions sikkerhed.

6 Konklusion

Kompositisolatorer har fået en øget anvendelse i Kinas strømnæt og er blevet en afgørende komponent i strømnætskonstruktion. Givet kravene til store tværsnit og høje lastforhold i ekstremt højspændingsledninger, bør syntetiske isolatorer prioriteres over glasisolatorer og andre typer. Som skalaen for ekstremt højspændingsledninger udvides, opstår flere udfordringer, hvilket fører til højere krav til deres ydeevne.

Udover at sikre ensartet tryk på kompositisolatorer, bør passende foranstaltninger træffes for at tackle elektromagnetisk støj og koronaudløsningsspørgsmål for at minimere pludselige ulykker. En rimelig bueløsning sikrer effektiv buekontrol. Optimale mekaniske strukturer garanterer, at en knust isolator ikke falder ned på jorden. Strenge kvalitetskontrolstandarder bør etableres for at forbyde understandardprodukter, med strenge materialkontroller for kernebolde og kjoler, og forbedringer i produktionsmetoder fra kilden for at reducere driftssikkerhedsrisici.

Under konstruktion bør der implementeres en videnskabelig lagringsprocedure for at kontrollere potentielle skader strengt. Effektive vedligeholdelses- og inspektionsplaner bør gennemføres for hurtigt at identificere sikkerhedsrisici og træffe tilsvarende foranstaltninger for at sikre produktions sikkerhed.