Yleiskatsaus UHV-sähköjohtoihin ja komposiittilevysiin: Haasteet suunnittelusta ja sovelluksiin

1 Korkeajännite-siirtolinjojen ominaisuudet ja komponentit

1.1 Korkeajännite-siirtolinjojen ominaisuudet

Korkeajännite-siirtolinjat ovat edullisia, koska niissä tarvitaan vähän tietoa. Ne käyttävät yleensä kaksi johtinta, toista positiiviseen polttopisteeseen ja toista negatiiviseen polttopisteeseen. Jännitevaihtelutilassa toimivilla siirtolinjoilla on kestävyyttä ja ne pystyvät siirtämään sähköä pitkiä etäisyyksiä. Kiinassa jännitevaihdossia käytetään myös laajasti korkeajännitteisiin siirtoihin, mikä on erityisen ilmeistä arkipäivässä.

1.2 Korkeajännite-siirtolinjat sähkösuunnittelun tärkeänä osana

Perussuunnitteluun työprosessien mukaisesti on huolellisesti valmisteltava ja noudatettava rakennustöiden vaatimat insinöörimallit. Rakennusmateriaalien valinta, sekä rakennusrouteja, -menetelmiä ja varastointiongelmien järkevä suunnittelu rakennustyöryhmän toimesta, taatakset sähkölinjojen normaalin toiminnan, parantavat työn tehokkuutta ja tehostavat rakennustyötä.

2 Erittäin korkeajännite-siirtolinjojen kehitystila

Verrattuna tavallisiin linjoihin, erittäin korkeajännitteisiin (EKK) linjoihin asetetaan korkeammat vaatimukset, kuten ulkoiset eristysvaatimukset, voimatekniikat ja linjan suojausmitat. Jos EKK-linjan ulkoiset eristysvaatimukset eivät ole riittävät tai suojausmitat puutteelliset, saasteen aiheuttamat syttyminen, ylikulku ja rikkoutuminen lisääntyvät. Siksi EKK-siirtolinjoissa on välttämätöntä käyttää yhdistettyjä eristimpiä, jotka ovat olennainen osa modernia verkostorakentamista.

3 Yhdistettyjen eristimpien ongelmat EKK-siirtolinjoissa

3.1 Rajapinnan rikkoutuminen

Yhdistettyjen eristimpien sähköiset vahingot johtuvat pääasiassa salamoiden iskemistä, mikä muodostaa yli puolet kaikista vaurioista. Vaikka materiaaleja kehitetään jatkuvasti, rajapinnan toistuva vaurioitus on vielä ongelmana. Tuotannossa sekä ytimet että kuoret näyttävät merkittävää purkautumista, ja kuorten ja ytimen halkaisijoiden rajapintaa voi häiriintyä, mikä voi johtaa rajapinnan vaurioitumiseen ja vaikuttaa eristimen käyttöikään. Tuotteiden jatkuvaa optimointia ja parantamista tarvitaan vähentääksesi rajapinnan epäonnistumisen todennäköisyyttä.

3.2 Ytimen brittilinen rikkoutuminen

Ydinbrittilinen rikkoutuminen on yleinen yhdistettyjen eristimpien vika, joka kohtaa usein EKK-siirtolinjoissa. Brittilisen rikkoutumisen prosessissa happaman hajoituksen vuoksi ytimen hiukset rikkovat itsensä asteittain, jopa pienillä kuormituksilla, mikä voi johtaa koko ytimen rikkoutumiseen. Pääasialliset syyt ovat seuraavat:

Ensinnäkin, se tapahtuu yleensä paikoissa, joissa korkean jännitteen loppukentän voimakkuus on suhteellisen korkea. Arvojakauman kääntäminen voi johtaa yhdistettyjen materiaalieristimpien brittiliseen rikkoutumiseen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi arvojakaumien suunnittelu ja valmistus tulisi varmistaa, että magneettikentän voimakkuus saavuttaa määritellyn tason, mikä mahdollistaa tehokkaasti materiaalin brittilisen rikkoutumisen välttämisen.

Toiseksi, kuoren tai pään pinnan vaurioitumisen seurauksena voi olla reikiä. Kuitenkin uusien borilittomien haporaskestojen käyttö ydinelementeissä parantaa huomattavasti kokonaisvaltaista haporesistenssia, mikä vähentää huomattavasti tätä ongelmaa. On huomioitava, että kaikki ydinelementit eivät omaa erinomaista haporesistenssiominaisuuksia, joten suorituskyvyn arviointi ja valinta on välttämätöntä. Vaikka brittilinen rikkoutuminen vaikuttaa merkittävästi operaatioihin, sen esiintymistodennäköisyys on alhainen ja sitä voidaan vähentää monien interventioiden avulla.

3.3 Ikääntyminen

Pitäessään eristimet käytössä jonkin aikaa, ne voivat kohdata ikääntyneisyyteen liittyviä ongelmia, joita aiheuttavat pääasiassa lämpötila ja pinnan sähköpurkautuminen. Vaikka silikonikumi-materiaalilla on pidempi ikäkerrosmuuntumiskierto, alkuvaiheessa toiminnallista ikäkerrosmuuntumista voi tapahtua ympäristösaasteiden ja materiaaliformulaation vuoksi. Vaikka useimmissa alueissa silikonigeeli säilyttää hyvät olosuhteet ja ominaisuudet, ikääntyminen on väistämätöntä. Eristimien turvallisen toiminnan varmistamiseksi tarvitaan ajoissa testausta. Siksi yhdistettyjen materiaalieristimpien säännölliset tarkastukset ovat välttämättömiä estääksesi niiden pahenemisen.

3.4 Mekaaniset ongelmat

Yhdistettyjen materiaalieristimpien mekaaniset ominaisuudet heikkenevät merkittävästi käytössä. Nykyisin käytetään sisäisiä pistokeeristimiä, mutta niillä on korkeat vaatimukset liitosmenetelmiin, ja niiden lujuuden kaltevuudessa on merkittäviä eroja reunarullatuille eristimille verrattuna.

4 EKK-linjojen eristimipuskurien pituuden ja minimi-ilmakehävälin määrittäminen

4.1 Sähköiset eristysehdot, jotka otetaan huomioon EKK-linjasuunnittelussa

1000 kV:n vaihtojännitteisten EKK-linjojen eristysvaatimukset on täytettävä, jotta ne toimivat turvallisesti ja luotettavasti eri olosuhteissa, kuten verkkofrekvenssin, kytkentäylikulun ja salaman ylikulun aikana. Eristimipuskurien verkkofrekvenssillä tapahtuva sähköpurkautuminen on pääasiallinen kontrollitekijä eristimipuskureissa. Ulkoiset eristysrakenteet lasketaan yleensä saasteiden kestokyvyn perusteella, yhdistettynä olemassa olevaan tekniikan kokemukseen, ottaen huomioon altitudin ja lumipeitteen vaikutukset. Kytkentäylikulussa käytetään 1,6p.u. ja 1,7p.u. ylikuluarvoja; kun järjestelmän korkein toimintajännite on 1100 kV, jos kytkentäylikulun määrä ei hallitse eristimipala-alkioiden lukumäärää ja laskettu arvo on alle 50 % eristimipuskuren impulssihihaspannosta, on riski impulssihihaspannosta. EKK-järjestelmissä salaman ylikulku ei ole suoraan sidoksissa toimintajännitteeseen, ja korkean ulkoisen eristyksen taso tekee salaman ylikulusta epäolennaiseksi tekijäksi.

4.2 Eristimipuskurin pituus

Saastuneissa olosuhteissa eristimipuskurin pituus määräytyy saasteenvastaisilla menetelmillä. Tämä sisältää: (1) eri eristimien saasteen aiheuttaman sähköpurkautumisen jännitteen mittaus atmosfäärillisissä olosuhteissa, jolloin saadaan 50 %:n saasteen aiheuttaman sähköpurkautumisen jännitteen ja eri eristimien suolapitoisuuden välinen suhde; (2) eristimien kestävyyden mittaus; (3) ratkaisuvaa suolaa sisältävän suolapitoisuuden oikaisu ja laskenta; (4) tuhkasuolan suhteen vaikutuksen kalibrointi eristimien pinnan saasteeseen; (5) ylä- ja alapinnan epätasaisuuden oikaisu; (6) korkean altitudin korjaus; ja (7) eristimipala-alkioiden lukumäärän laskenta maksimitoimintajännitteen olosuhteissa.

4.3 EKK-linjojen minimi-ilmakehävälin määrittäminen

4.3.1 Normaalitoiminnan minimieristimipala-alkioiden määritys

Tässä artikkelissa keskitytään EKK-siirtolinjojen minimieristysvälin valitsemisen keskeiseen tieteelliseen kysymykseen, käyttäen yksiyhteyksistä siirtolinjoja tutkimuskohteena. Se tutkii ilmakehävälin vaikutusta siirtotornin mittoihin verkkofrekvenssin ja salaman vaikutuksen alla, määrittelee siirtotornin minimieristysvälin mitatun ilmakehävälin avulla, ja ottaa huomioon eristimien ikääntymisen vaikutuksen siirtotornin rakenteisiin, ehdottaa siirtotornin minimieristysvälin, joka ottaa huomioon eristimien ikääntymisen.

4.3.2 Kytkentäylikulun ilmakehävälin määrittäminen

Kytkentäylikulun toiminnan tilastollisen yhteensopivuusfaktorin määrittämisessä perustutaan yksittäisen ilmakehävälin työimpulssihihaspannon U50% laskentaan.

Näistä Us edustaa kytkentäylikulua, mitattuna kV:ssa; Z on vakio, joten se asetetaan 2,45:ksi; yhden ilmakehävälin käsittelyssä σ1 asetetaan 0,06:ksi; näistä σm on useiden ilmakehävälien varianssi, joka asetetaan 0,024:ksi. Siksi:

Siksi, kytkentäylikulun toiminnan tilastollinen yhteensopivusfaktori kckc on:

5 Yhdistettyjen eristimien soveltaminen erittäin korkeajännitteisiin siirtolinjoihin

Olemassa olevien linjojen käytännön toiminnan avulla on havaittu, että yhdistettyjen eristimien käyttö vähentää sekä linjan huollon kustannuksia että sähköverkon saastumista. Saastuneilla alueilla suositellaan yhdistettyjen eristimien käyttöä. 1000 kV:n siirtolinjoissa suositellaan noin 9 metrin korkeiden eristimien käyttöä, ja raskaasti saastuneilla alueilla yli 17 metrin korkeita eristimiä. Monien sarjaliitosten käytössä eristimien korkeutta voidaan edelleen säätää, mutta tämä lisää myös eristimien painoa ja pituutta, nostaa linjan kustannuksia.

Korkealla altituudilla ja raskaasti saastuneilla alueilla yhdistettyjen eristimien taloudelliset ja tekniset edut ovat korkeammat. Kun yhdistetty puskuri ei ylitä 10 metriä, se vähentää tornivalun aluetta, hallitsee tornin kuormituksen ja vähentää sähköpurkautumisten tapahtumista. Siksi yhdistetyillä materiaalieristimillä on merkittäviä etuja näissä suhteissa. Erittäin korkeajännitteisten siirtolinjojen pitkäaikaisen vakauden ja luotettavuuden varmistamiseksi on tehtävä syvällistä tutkimusta.

Toisaalta, on tehtävä tutkimusta erittäin suurtonnage-yhdistettyjen materiaalieristimien mekaanisista ominaisuuksista, jotta voidaan muodostaa tehokkaat standardit ja testausmenetelmät. Lisäksi, yhdistettyjen eristimien tasaisen paineen varmistamisen ohella on otettava asianmukaiset toimet sähkömagneettisen häiriön ja korona-purkautumisen ongelmien ratkaisemiseksi, vähentääksemme yhtäkkiä tapahtuvia onnettomuuksia. Järkevä kaarien tukahduttamismenetelmä takaa tehokkaan kaarien tukahduttamisen.

Optimoitu mekaaninen rakenne takaa, ettei katkeroitunut eristin putoa maahan. Pitäisi perustaa tiukat laadunvalvontastandardit kieltääksemme alastandardisia tuotteita, tiukka materiaalivalvonta ytimeille ja hameille, ja parannella valmistustekniikoita lähteestä vähentääksemme toiminnallisia turvallisuushaittoja. Rakennustyössä tulisi toteuttaa tieteellinen varastointimenettely tiukasti valvomaan potentiaalisia vahingoja. Tehokasta huollon ja tarkastusten suunnitelmaa tulisi toteuttaa havittaaksemme nopeasti turvallisuushaittoja ja ottaaksemme vastaavia toimenpiteitä varmistaaksemme tuotantoturvallisuuden.

6 Johtopäätös

Yhdistettyjä eristimiä on käytetty yhä enemmän Kiinan sähköverkossa, ja ne ovat tärkeä osa sähköverkon rakentamista. Ottaen huomioon erittäin korkeajännitteisten siirtolinjojen suuria poikkileikkausalueita ja korkeita kuormituksia, syntetiset eristimet tulisi priorisoida lasieristimien ja muiden tyypit edelle. Kun erittäin korkeajännitteisten siirtolinjojen laajuus kasvaa, syntyy lisää haasteita, mikä nostaa niiden suorituskykyyn asetettuja vaatimuksia.

Lisäksi yhdistettyjen eristimien tasaisen paineen varmistamisen lisäksi on otettava asianmukaiset toimet sähkömagneettisen häiriön ja korona-purkautumisen ongelmien ratkaisemiseksi, vähentääksemme yhtäkkiä tapahtuvia onnettomuuksia. Järkevä kaarien tukahduttamismenetelmä takaa tehokasta kaarien tukahduttamista. Optimoitu mekaaninen rakenne takaa, ettei katkeroitunut eristin putoa maahan. Tiukat laadunvalvontastandardit tulisi perustaa kieltääksemme alastandardisia tuotteita, tiukka materiaalivalvonta ytimeille ja hameille, ja parannella valmistustekniikoita lähteestä vähentääksemme toiminnallisia turvallisuushaittoja.

Rakennustyössä tulisi toteuttaa tieteellinen varastointimenettely tiukasti valvomaan potentiaalisia vahingoja. Tehokasta huollon ja tarkastusten suunnitelmaa tulisi toteuttaa havittaaksemme nopeasti turvallisuushaittoja ja ottaaksemme vastaavia toimenpiteitä varmistaaksemme tuotantoturvallisuuden.