Vue d'ensemble complète des lignes de transport UHV et des isolateurs composites : défis conception et applications

1 Caractéristiques et composants des lignes de transmission à haute tension

1.1 Caractéristiques des lignes de transmission à haute tension

Les lignes de transmission à haute tension se caractérisent par leur coût relativement faible en raison de la petite quantité d'informations qu'elles nécessitent. Elles utilisent généralement deux conducteurs, l'un connecté au pôle positif et l'autre au pôle négatif. Les lignes de transmission en courant continu sont durables et peuvent transmettre le courant sur de longues distances. Dans certaines installations de transmission à haute tension en Chine, la transmission en courant alternatif est également largement utilisée, ce qui est particulièrement évident dans la vie quotidienne.

1.2 Les lignes de transmission à haute tension comme composant majeur de la conception électrique

Dans les travaux de conception de base, les plans d'ingénierie nécessaires pour la construction doivent être soigneusement préparés et suivis selon les procédures de travail. La sélection des matières premières pour les plans de construction, ainsi que la conception rationnelle des itinéraires, méthodes de construction et défis de stockage correspondants par l'équipe de construction, assurent le fonctionnement normal des lignes électriques, améliorent l'efficacité du travail et renforcent l'efficacité des travaux de construction.

2 État de développement des lignes de transmission à très haute tension

Comparées aux lignes ordinaires, les lignes de transmission à très haute tension (VHT) ont des exigences plus élevées, telles que les niveaux d'isolation extérieurs, les technologies d'ingénierie électrique et les mesures de protection des lignes. Si le niveau d'isolation extérieur des lignes de transmission VHT n'est pas conforme aux normes ou si les mesures de protection sont insuffisantes, les défaillances telles que le flashover de pollution, la surtension et la rupture augmenteront. Par conséquent, l'utilisation d'isolateurs composites sur les lignes de transmission VHT est essentielle et constitue une partie indispensable de la construction moderne du réseau.

3 Problèmes des isolateurs composites dans les lignes de transmission VHT

3.1 Rupture d'interface

Les problèmes de dommages électriques des isolateurs composites sont principalement causés par les coups de foudre, représentant plus de la moitié de tous les dommages. Bien que les matériaux s'améliorent continuellement, le problème de la répétition des ruptures d'interface persiste. Pendant la production, les tiges centrales et les gaines présentent des phénomènes de décollement significatifs, et les interfaces entre les gaines et les diamètres des tiges peuvent être érodées, potentiellement conduisant à des ruptures d'interface et affectant la durée de vie des isolateurs. Une optimisation et une amélioration continues des produits sont nécessaires pour réduire la probabilité de défaillance d'interface.

3.2 Fracture fragile de la tige centrale

La fracture fragile de la tige centrale est un type de panne fréquemment rencontré dans les lignes de transmission VHT. Lors du processus de fracture fragile de la tige centrale, en raison de l'érosion acide, les fibres de la tige centrale se brisent progressivement sous l'action de l'érosion acide, provoquant même la fracture de toute la tige centrale sous de petites charges. Les principales raisons sont les suivantes :

Premièrement, elle se produit généralement aux positions où l'intensité du champ électrique de haute tension est relativement élevée. L'inversion de l'anneau de gradation peut entraîner la fracture fragile des isolateurs en matériaux composites. Pour résoudre ce problème, la conception et le traitement des anneaux de gradation doivent garantir que l'intensité du champ magnétique atteigne le niveau spécifié, évitant efficacement la fracture fragile des matériaux.

Deuxièmement, des fissures peuvent se produire lorsque la gaine ou la face terminale est endommagée. Cependant, l'utilisation de nouvelles tiges centrales en fibre résistante à l'acide sans bore améliore considérablement la résistance globale à l'acide, réduisant considérablement ce problème. Il convient de noter que toutes les tiges centrales en fibre ne possèdent pas d'excellentes caractéristiques de résistance à l'acide ; par conséquent, une évaluation et une sélection des performances sont nécessaires. Bien que les fractures fragiles aient un impact significatif sur les opérations, leur probabilité de survenue est faible et peut être réduite par diverses interventions.

3.3 Problèmes de vieillissement

Après une période d'utilisation, les isolateurs peuvent rencontrer des problèmes de vieillissement principalement causés par les facteurs de température et de décharge de surface. Bien que les matériaux en caoutchouc silicone aient un cycle de vieillissement plus long, un vieillissement précoce peut encore se produire en raison de la pollution environnementale et des technologies de formulation des matériaux. Bien que la plupart des régions puissent maintenir de bonnes conditions et caractéristiques grâce au gel de silicone, le vieillissement est inévitable. Pour assurer le fonctionnement sûr des isolateurs, des tests préliminaires sont nécessaires. Par conséquent, des inspections périodiques des isolateurs en matériaux composites sont requises pour empêcher une détérioration supplémentaire.

3.4 Problèmes mécaniques

Les isolateurs en matériaux composites montrent une dégradation significative de leurs performances mécaniques pendant l'utilisation. Actuellement, des isolateurs internes de type bouchon sont utilisés, mais ils ont des exigences élevées pour les méthodes de jonction, avec des différences significatives de pente de fluage par rapport aux conceptions d'isolateurs à bord roulé.

4 Détermination de la longueur de la chaîne d'isolateurs et de la distance minimale d'air pour les lignes VHT

4.1 Distance d'isolation électrique prise en compte dans la conception des lignes VHT

Les exigences de compatibilité d'isolation pour les lignes VHT en courant alternatif de 1000 kV doivent garantir un fonctionnement sûr et fiable dans diverses conditions, telles que la fréquence du réseau, la surtension de commutation et la surtension de foudre. Le flashover de fréquence du réseau des isolateurs est le principal facteur de contrôle pour les chaînes d'isolateurs. Les structures d'isolation externe sont généralement calculées en fonction de la tolérance à la pollution, combinées à l'expérience existante en ingénierie, en tenant compte de facteurs tels que l'altitude et la couverture de glace. Pour la surtension de commutation, des multiples de surtension de 1,6 p.u. et 1,7 p.u. sont pris en compte ; lorsque la tension de service maximale du système est de 1100 kV, si la surtension de commutation ne peut pas contrôler le nombre de pièces d'isolateur et que la valeur calculée est inférieure à 50 % de la tension de décharge impulsionnelle de la chaîne d'isolateurs, il y a un risque de décharge impulsionnelle. Dans les systèmes VHT, la surtension de foudre n'a pas de relation directe avec la tension de service, et le niveau élevé d'isolation externe rend la surtension de foudre un facteur non déterminant.

4.2 Longueur de la chaîne d'isolateurs

Dans des conditions polluées, la longueur de la chaîne d'isolateurs est déterminée en utilisant des méthodes antipollution. Cela comprend : (1) la mesure de la tension de flashover de pollution de différents isolateurs dans des conditions atmosphériques pour obtenir la relation entre la tension de flashover de pollution de 50 % et la densité de sel de différents isolateurs ; (2) la mesure de la tension de tenue des isolateurs ; (3) la correction et le calcul de la densité de sel soluble ; (4) la calibration de l'effet du rapport cendre/sel sur la contamination de surface des isolateurs ; (5) la correction de l'irrégularité des surfaces supérieure et inférieure ; (6) la correction d'altitude en altitude élevée ; et (7) le calcul du nombre de sections d'isolateur sous des conditions de tension de service maximale.

4.3 Détermination de la distance minimale d'air pour les lignes VHT

4.3.1 Calcul du nombre minimal de pièces d'isolateur pour le fonctionnement normal

Ce document se concentre sur la question scientifique clé de la sélection de la distance de clairance minimale pour les lignes de transmission VHT, en utilisant les lignes de transmission monophasées comme objet d'étude. Il étudie l'influence de la distance d'air sur les dimensions des pylônes de transmission sous l'effet de la tension de fréquence du réseau et de la foudre, détermine la distance de clairance minimale des pylônes de transmission en utilisant des distances d'air mesurées, et prend en compte l'impact de la dégradation des isolateurs sur les structures des pylônes, proposant une distance de clairance minimale pour les pylônes de transmission en tenant compte de la dégradation des isolateurs.

4.3.2 Détermination de la distance de clairance de surtension de commutation

Cela implique la détermination du facteur de coordination statistique pour le fonctionnement de la surtension de commutation basé sur le calcul de la tension de décharge impulsionnelle de travail U50% pour des espaces d'air individuels.

Parmi ceux-ci, Us représente la surtension de commutation, mesurée en kV ; Z est une constante, donc elle est fixée à 2,45 ; pour un espace d'air unique, σ1 est fixé à 0,06 ; parmi ceux-ci, σm est la variance de plusieurs espaces d'air, qui est fixée à 0,024. Par conséquent :

Par conséquent, le facteur de coordination statistique kckc pour la surtension de fonctionnement de l'espace d'air de la ligne est :

5 Application des isolateurs composites dans les lignes de transmission VHT

Grâce aux opérations pratiques des lignes existantes dans notre pays, il a été constaté que l'utilisation d'isolateurs composites peut réduire à la fois les coûts de maintenance des lignes et la pollution du réseau électrique. Dans les zones polluées, il est recommandé d'utiliser des isolateurs composites. Pour les lignes de transmission de 1000 kV, il est recommandé d'utiliser des isolateurs d'environ 9 mètres de haut, et dans les zones fortement polluées, des isolateurs de plus de 17 mètres de haut. Si plusieurs connexions en série sont adoptées, la hauteur des isolateurs peut être ajustée davantage, mais cela augmentera également le poids et la longueur des isolateurs, augmentant le coût de la ligne.

Dans les zones de haute altitude et fortement polluées, les isolateurs composites offrent des avantages économiques et techniques plus élevés. Lorsque la longueur de la chaîne combinée n'excède pas 10 mètres, elle peut réduire la surface de la fenêtre du pylône, contrôler la charge du pylône et diminuer la survenue d'accidents de flashover. Par conséquent, les isolateurs en matériaux composites ont des avantages significatifs dans ces aspects. Pour assurer le fonctionnement stable et fiable à long terme des lignes de transmission VHT, des recherches approfondies doivent être menées.

D'une part, des études sur les propriétés mécaniques des isolateurs en matériaux composites de très grande tonnage doivent être menées pour élaborer des normes et des méthodes de test efficaces. De plus, tout en assurant une pression uniforme sur les isolateurs composites, des mesures appropriées doivent être prises pour aborder les problèmes d'interférence électromagnétique et de décharge corona afin de minimiser les accidents soudains. Une méthode d'arc adéquate garantit une extinction d'arc efficace.

Des structures mécaniques optimisées garantissent qu'un isolateur cassé ne tombera pas au sol. Des normes strictes de contrôle qualité doivent être établies pour interdire les produits non conformes, avec un contrôle strict des matériaux pour les tiges centrales et les jupes, et des améliorations des techniques de fabrication à la source pour réduire les dangers de sécurité opérationnelle. Pendant la construction, une procédure de stockage scientifique doit être mise en œuvre pour contrôler strictement les dommages potentiels. Des plans de maintenance et d'inspection efficaces doivent être exécutés pour identifier rapidement les dangers de sécurité et prendre des mesures correspondantes pour assurer la sécurité de la production.

6 Conclusion

Les isolateurs composites ont trouvé une application croissante dans le réseau électrique chinois et sont devenus un composant essentiel de la construction du réseau électrique. Étant donné les exigences de grandes sections et de conditions de charge élevée pour les lignes de transmission VHT, les isolateurs synthétiques devraient être privilégiés par rapport aux isolateurs en verre et autres types. À mesure que l'échelle des lignes de transmission VHT s'élargit, de nouveaux défis apparaissent, conduisant à des exigences plus élevées sur leurs performances.

Outre l'assurance d'une pression uniforme sur les isolateurs composites, des mesures appropriées doivent être prises pour aborder les problèmes d'interférence électromagnétique et de décharge corona afin de minimiser les accidents soudains. Une méthode d'arc adéquate garantit une extinction d'arc efficace. Des structures mécaniques optimisées garantissent qu'un isolateur cassé ne tombera pas au sol. Des normes strictes de contrôle qualité doivent être établies pour interdire les produits non conformes, avec un contrôle strict des matériaux pour les tiges centrales et les jupes, et des améliorations des techniques de fabrication à la source pour réduire les dangers de sécurité opérationnelle.

Pendant la construction, une procédure de stockage scientifique doit être mise en œuvre pour contrôler strictement les dommages potentiels. Des plans de maintenance et d'inspection efficaces doivent être exécutés pour identifier rapidement les dangers de sécurité et prendre des mesures correspondantes pour assurer la sécurité de la production.