Umfassender Überblick über UHV-Übertragungsleitungen und Verbundisolatoren: Herausforderungen Design und Anwendungen
1 Eigenschaften und Komponenten von Hochspannungsleitungen
1.1 Eigenschaften von Hochspannungsleitungen
Hochspannungsleitungen zeichnen sich durch ihre relativ geringen Kosten aufgrund des geringeren Informationsbedarfs aus. Sie verwenden in der Regel zwei Leiter, einer an den positiven Pol und der andere an den negativen Pol angeschlossen. Gleichstromleitungen sind widerstandsfähig und können Strom über lange Distanzen transportieren. In einigen Hochspannungsanlagen in China wird auch Wechselstrom weit verbreitet verwendet, was besonders im täglichen Leben deutlich wird.
1.2 Hochspannungsleitungen als wichtiger Bestandteil der Elektroplanung
In grundlegenden Planungsarbeiten müssen die für den Bau erforderlichen Ingenieurzeichnungen sorgfältig vorbereitet und gemäß den Arbeitsabläufen eingehalten werden. Die Auswahl von Rohstoffen für Baupläne sowie die vernünftige Planung von Baulinien, Methoden und entsprechenden Lagerungsproblemen durch das Bau-Team stellen sicher, dass die Stromleitungen normal betrieben werden, die Arbeitswirkungsgrade gesteigert und die Effektivität der Bauarbeiten verbessert werden.
2 Entwicklungszustand von UHV-Leitungen
Im Vergleich zu normalen Leitungen haben UHV-Leitungen höhere Anforderungen, wie externe Isolationsstufen, Energietechnologien und Leitungsschutzmaßnahmen. Wenn die externe Isolationsstufe von UHV-Leitungen nicht den Standards entspricht oder Schutzmaßnahmen unzureichend sind, erhöhen sich Fehler wie Verschmutzungsschlag, Überspannung und Durchschlag. Daher ist die Verwendung von Verbundisolatoren auf UHV-Leitungen wesentlich und ein unverzichtbarer Teil des modernen Netzaufbaus.
3 Probleme mit Verbundisolatoren in UHV-Leitungen
3.1 Grenzflächendurchbruch
Die elektrischen Schäden von Verbundisolatoren werden hauptsächlich durch Blitzschläge verursacht, die mehr als die Hälfte aller Schäden ausmachen. Obwohl Materialien ständig verbessert werden, besteht das Problem des wiederholten Grenzflächenschadens weiterhin. Während der Produktion zeigen sowohl Kernstäbe als auch Hülle erhebliche Abschälungserscheinungen, und die Grenzflächen von Hüllen und Stabdurchmessern können abgetragen werden, was zu Grenzflächenschäden führen und die Lebensdauer der Isolatoren beeinträchtigen kann. Kontinuierliche Optimierung und Verbesserung der Produkte sind notwendig, um die Wahrscheinlichkeit von Grenzflächenfehlern zu reduzieren.
3.2 Spröde Brüche von Kernstäben
Spröde Brüche von Kernstäben sind ein häufig vorkommender Typ von Fehlern bei Verbundisolatoren in UHV-Leitungen. Während des Prozesses der spröden Brüche brechen die Kernstabfasern unter der Wirkung von Säurekorrosion allmählich, was sogar zur Bruchgefahr des gesamten Kernstabs unter kleiner Belastung führen kann. Die Hauptgründe dafür sind:
Erstens treten sie in der Regel an Positionen mit relativ hoher Feldstärke des Hochspannungsendes auf. Das Umkehren des Gradingringes kann zu spröden Brüchen von Verbundmaterialisolatoren führen. Um dieses Problem zu lösen, sollte die Gestaltung und Bearbeitung von Gradingringen sicherstellen, dass die Feldstärke den vorgeschriebenen Niveaus entspricht, um Materialsprödigkeit effektiv zu vermeiden.
Zweitens können Risse auftreten, wenn die Hülle oder die Endfläche beschädigt sind. Allerdings verbessert die Verwendung neuer borfreier, säurebeständiger Kernstäbe die Gesamtsäurebeständigkeit erheblich und reduziert dieses Problem stark. Es ist zu beachten, dass nicht alle Faserkernstäbe ausgezeichnete Säurebeständigkeitseigenschaften besitzen, daher sind Leistungsbewertungen und Auswahl notwendig. Obwohl spröde Brüche einen erheblichen Einfluss auf den Betrieb haben, ist ihre Auftretenswahrscheinlichkeit gering und kann durch verschiedene Eingriffe reduziert werden.
3.3 Alterungsprobleme
Nach einer gewissen Nutzungsdauer können Isolatoren Alterungsprobleme aufweisen, die hauptsächlich durch Temperatur und Oberflächenentladung verursacht werden. Obwohl Silikonkautschukmaterialien eine längere Alterungszykluszeit aufweisen, kann es trotzdem zu frühen Betriebsaltern wegen Umweltverschmutzung und Materialformulierungstechnologie kommen. Obwohl die meisten Regionen durch Silikongel gute Zustände und Eigenschaften aufrechterhalten können, ist Altern unvermeidlich. Um die sichere Betriebsfähigkeit der Isolatoren zu gewährleisten, sind frühzeitige Prüfungen notwendig. Daher sind regelmäßige Inspektionen von Verbundmaterialisolatoren erforderlich, um weitere Verschlechterung zu verhindern.
3.4 Mechanische Probleme
Verbundmaterialisolatoren zeigen während der Nutzung erhebliche mechanische Leistungsverschlechterungen. Derzeit werden interne Steckinsulatoren verwendet, die jedoch hohe Anforderungen an die Verbindungsmethoden stellen, wobei es signifikante Unterschiede in der Kriechneigung im Vergleich zu Randgerollten-Isolatordesigns gibt.
4 Bestimmung der Isolatorkettenlänge und der minimalen Luftspaltweite für UHV-Leitungen
4.1 Elektrische Isolationsdistanz in der UHV-Leitungsplanung
Die Isolationsanforderungen für 1000kV AC UHV-Leitungen müssen eine sichere und zuverlässige Funktion unter verschiedenen Bedingungen wie Netzfrequenz, Schaltüberspannung und Blitzüberspannung gewährleisten. Der Netzfrequenzdurchschlag der Isolatoren ist der primäre Steuerfaktor für Isolatorketten. Externe Isolationsstrukturen werden in der Regel basierend auf Verschmutzungstoleranz berechnet, kombiniert mit bestehender Ingenieurskenntnis und Berücksichtigung von Faktoren wie Höhenlage und Eisbedeckung. Für die Schaltüberspannung werden Überlastungsfaktoren von 1,6 p.u. und 1,7 p.u. angenommen; wenn die höchste Betriebsspannung des Systems 1100kV beträgt und die Schaltüberspannung die Anzahl der Isolatorelemente nicht kontrollieren kann und der berechnete Wert unter 50% der Impulsentladungsspannung der Isolatorkette liegt, besteht ein Risiko eines Impulsentladungsvorgangs. In UHV-Systemen hat die Blitzüberspannung keine direkte Beziehung zur Betriebsspannung, und das hohe externe Isolationsniveau macht die Blitzüberspannung zu einem nicht bestimmenden Faktor.
4.2 Isolatorkettenlänge
Unter verschmutzten Bedingungen wird die Länge der Isolatorkette mithilfe von Anti-Verschmutzungsverfahren bestimmt. Dies beinhaltet: (1) Messung der Verschmutzungsdurchschlagspannung verschiedener Isolatoren unter atmosphärischen Bedingungen, um die Beziehung zwischen der 50%-Verschmutzungsdurchschlagspannung und Salzmasse verschiedener Isolatoren zu erhalten; (2) Messung der Spannungsfestigkeit der Isolatoren; (3) Korrektur und Berechnung der Salzmasse von löslichen Salzen; (4) Kalibrierung des Einflusses des Asche-Salz-Verhältnisses auf die Oberflächenverschmutzung der Isolatoren; (5) Korrektur der Ungleichmäßigkeiten der oberen und unteren Flächen; (6) Höhenkorrektur in großen Höhen; und (7) Berechnung der Anzahl der Isolatorabschnitte unter maximalen Betriebsspannungsbedingungen.
4.3 Bestimmung der minimalen Luftspaltweite für UHV-Leitungen
4.3.1 Berechnung der minimalen Anzahl von Isolatorelementen für den Normalbetrieb
Dieser Artikel konzentriert sich auf die Schlüsselwissenschaftliche Frage der Auswahl der minimalen Freistellung für UHV-Übertragungsleitungen, wobei eingleisige Übertragungsleitungen als Forschungsobjekt dienen. Er untersucht den Einfluss der Luftspaltweite auf die Abmessungen der Übertragungstürme unter Netz- und Blitzspannung, bestimmt die minimale Freistellung der Übertragungstürme mithilfe gemessener Luftspaltweiten und berücksichtigt den Einfluss des Isolatorverschleißes auf die Struktur der Übertragungstürme, schlägt eine minimale Freistellung für Übertragungstürme vor, die den Isolatorverschleiß berücksichtigt.
4.3.2 Bestimmung der Schaltüberspannungslücke
Dies beinhaltet die Bestimmung des statistischen Anpassungsfaktors für den Betrieb unter Schaltüberspannung basierend auf der Berechnung der Arbeitsimpulsentladungsspannung U50% für einzelne Luftspalte.
Dabei steht Us für die Schaltüberspannung, gemessen in kV; Z ist eine Konstante, daher wird es auf 2,45 gesetzt; für einen einzigen Luftspalt wird σ1 auf 0,06 gesetzt; davon ist σm die Varianz von mehreren Luftspalten, die auf 0,024 gesetzt wird. Daher:
Daher ist der statistische Koordinationsfaktor kc für die Betriebsüberspannung des Luftspalts der Leitung:
5 Anwendung von Verbundisolationen in UHV-Übertragungsleitungen
Durch praktische Operationen bestehender Leitungen in unserem Land wurde festgestellt, dass die Verwendung von Verbundisolationen sowohl die Wartungskosten der Leitungen als auch die Verschmutzung des Stromnetzes reduzieren kann. In verschmutzten Gebieten wird empfohlen, Verbundisolationen zu verwenden. Für 1000kV-Übertragungsleitungen wird empfohlen, Isolatoren mit etwa 9 Metern Höhe zu verwenden, und in stark verschmutzten Gebieten Isolatoren mit über 17 Metern Höhe. Wenn mehrere Serienverbindungen angewendet werden, kann die Höhe der Isolatoren weiter angepasst werden, dies wird jedoch auch das Gewicht und die Länge der Isolatoren erhöhen und die Kosten der Leitung ansteigen lassen.
In hoch gelegenen und stark verschmutzten Gebieten bieten Verbundisolationen höhere wirtschaftliche und technische Vorteile. Wenn die kombinierte Kettenlänge 10 Meter nicht überschreitet, kann die Fensterfläche des Turms reduziert, die Last des Turms gesteuert und die Entstehung von Durchschlagunfällen verringert werden. Daher bieten Verbundmaterialisolatoren in diesen Aspekten erhebliche Vorteile. Um den langfristig stabilen und zuverlässigen Betrieb von UHV-Übertragungsleitungen sicherzustellen, muss intensiv geforscht werden.
Einerseits sollten Studien zur mechanischen Festigkeit von Verbundmaterialisolatoren mit sehr großem Gewicht durchgeführt werden, um effiziente Standards und Prüfverfahren zu entwickeln. Darüber hinaus sollten geeignete Maßnahmen getroffen werden, um elektromagnetische Störungen und Koroneneffekte zu adressieren, um plötzliche Unfälle zu minimieren. Eine angemessene Bogenmethode stellt sicher, dass Bögen effektiv unterdrückt werden.
Optimierte mechanische Strukturen garantieren, dass ein gebrochener Isolator nicht auf den Boden fällt. Es sollten strenge Qualitätskontrollstandards etabliert werden, um minderwertige Produkte zu verbieten, und strenges Materialmanagement für Kernstäbe und Röcke, sowie Verbesserungen in Herstellungsverfahren von der Quelle her, um Betriebssicherheitsrisiken zu reduzieren. Während des Baus sollte ein wissenschaftliches Lagerverfahren implementiert werden, um potenzielle Schäden streng zu kontrollieren. Effektive Wartungs- und Inspektionspläne sollten durchgeführt werden, um Sicherheitsrisiken zeitgerecht zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um die Produktionsicherheit zu gewährleisten.
6 Schlussfolgerung
Verbundisolationen finden zunehmend Anwendung im chinesischen Stromnetz und sind zu einem wesentlichen Bestandteil des Netzaufbaus geworden. Angesichts der Anforderungen an große Querschnittsflächen und hohe Belastungen in UHV-Übertragungsleitungen sollten synthetische Isolatoren gegenüber Glasisolatoren und anderen Arten bevorzugt werden. Mit der Ausweitung der UHV-Übertragungsleitungen entstehen mehr Herausforderungen, was zu höheren Anforderungen an deren Leistung führt.
Neben der Gewährleistung einer gleichmäßigen Belastung von Verbundisolationen sollten geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um elektromagnetische Störungen und Koroneneffekte zu adressieren, um plötzliche Unfälle zu minimieren. Eine angemessene Bogenmethode stellt sicher, dass Bögen effektiv unterdrückt werden. Optimierte mechanische Strukturen garantieren, dass ein gebrochener Isolator nicht auf den Boden fällt. Es sollten strenge Qualitätskontrollstandards etabliert werden, um minderwertige Produkte zu verbieten, und strenges Materialmanagement für Kernstäbe und Röcke, sowie Verbesserungen in Herstellungsverfahren von der Quelle her, um Betriebssicherheitsrisiken zu reduzieren.
Während des Baus sollte ein wissenschaftliches Lagerverfahren implementiert werden, um potenzielle Schäden streng zu kontrollieren. Effektive Wartungs- und Inspektionspläne sollten durchgeführt werden, um Sicherheitsrisiken zeitgerecht zu identifizieren und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, um die Produktionsicherheit zu gewährleisten.
