Visión xeral comprehensiva das liñas de transmisión UHV e dos aislantes compósitos: Rexos Desafíos Deseño e Aplicacións

1 Características e Componentes das Liñas de Transmisión de Alta Tensión

1.1 Características das Liñas de Transmisión de Alta Tensión

As liñas de transmisión de alta tensión caracterízanse pola súa relativamente baixo custo debido á menor cantidade de información que requiren. Normalmente usan dous conductores, un conectado ao polo positivo e o outro ao polo negativo. As liñas de transmisión en corrente continua teñen durabilidade e poden transmitir corrente sobre grandes distancias. En algúns instalacións de transmisión de alta tensión en China, a transmisión en corrente alternativa tamén é amplamente utilizada, o que é particularmente evidente na vida cotiá.

1.2 As Liñas de Transmisión de Alta Tensión como Componente Principal do Diseño Eléctrico

No traballo básico de deseño, os desenhos de enxeñaría necesarios para a construción deben prepararse e seguirse con atención segundo os procedementos de traballo. A selección de materias primas para os planos de construción, así como o deseño razonable das rutas, métodos e desafíos de almacenamento correspondentes polo equipo de construción, aseguran o funcionamento normal das liñas eléctricas, melloran a eficiencia no traballo e aumentan a efectividade do traballo de construción.

2 Estado de Desenvolvemento das Liñas de Transmisión de Ultra-Alta Tensión

En comparación coas liñas normais, as liñas de ultra-alta tensión (UHT) teñen maiores requisitos, como os niveis de aislamento externo, tecnoloxías de enxeñaría eléctrica e medidas de protección de liñas. Se o nivel de aislamento externo das liñas de transmisión UHT non está a altura ou as medidas protectoras son insuficientes, aumentarán fallos como a flashover por contaminación, sobretensión e rotura. Polo tanto, o uso de aisladores compósitos nas liñas de transmisión UHT é esencial e unha parte indispensable da construción moderna de redes.

3 Problemas nos Aisladores Compósitos nas Liñas de Transmisión de Ultra-Alta Tensión

3.1 Rotura de Interface

Os problemas de danos eléctricos nos aisladores compósitos debense principalmente a golpes de raio, que supón máis da metade de todos os danos. Aínda que os materiais están en continuo melloramento, o problema da repetida rotura de interface aínda existe. Durante a produción, tanto as barras centrais como as coberturas exhiben fenómenos significativos de descascado, e as interfaces entre as coberturas e os diámeters das barras poden ser corroídas, levando potencialmente a danos de interface e afectando a vida útil dos aisladores. É necesario unha optimización e mellora contínua dos produtos para reducir a probabilidade de fallo de interface.

3.2 Fractura Brittle da Barra Central

A fractura brittle da barra central é un tipo común de fallo de aislador compósito que se atopa frecuentemente nas liñas de transmisión UHT. Durante o proceso de fractura brittle da barra central, debido á corrosión ácida, as fibras da barra central rompen gradualmente baixo a acción da corrosión ácida, incluso causando a fractura da barra central completa baixo cargas pequenas. As principais razóns son as seguintes:

Primeiro, xeralmente ocorre en posicións onde a intensidade de campo terminal de alta tensión é relativamente alta. Inverter o anel de gradación pode levar á fractura brittle de aisladores de material compósito. Para resolver este problema, o deseño e procesado dos aneis de gradación debe garantir que a intensidade do campo magnético alcance o nivel especificado, evitando eficazmente a fractura brittle do material.

Segundo, poden ocorrer fisuras cando a cobertura ou a cara final están danadas. No entanto, o uso de novas barras centrais resistentes á acidez sen boro mellora significativamente a resistencia á acidez global, reducindo enormemente este problema. Vale a pena notar que non todas as barras centrais de fibra posúen características excelentes de resistencia á acidez; polo tanto, é necesaria a avaliación e selección do rendemento. Aínda que as fracturas brittles teñan un impacto significativo nas operacións, a súa probabilidade de ocorrer é baixa e pode reducirse mediante varias intervencións.

3.3 Problemas de Envellecemento

Despois dun período de uso, os aisladores poden experimentar problemas de envellecemento principalmente causados por factores de temperatura e descarga superficial. Aínda que os materiais de caucho de silicón teñan un ciclo de envellecemento máis longo, o envellecemento inicial durante a operación pode ocorrer debido á contaminación ambiental e á tecnoloxía de formulación de materiais. Mentres que a maioría das rexións poden manter condicións e características boas a través do xel de silicón, o envellecemento é inevitábel. Para asegurar a operación segura dos aisladores, é necesaria a proba temprana. Polo tanto, son necesarias inspeccións periódicas de aisladores de material compósito para prevenir un deterioro adicional.

3.4 Problemas Mecánicos

Os aisladores de material compósito mostran unha degradación significativa do rendemento mecánico durante o uso. Actualmente, úsanse aisladores internos de tipo plug, pero teñen altos requisitos para os métodos de unión, con diferenzas significativas na pendente de fluencia en comparación cos diseños de aisladores enrollados no bordo.

4 Determinación da Lonxitude da Cadena de Aisladores e a Distancia Máxima de Ar para Liñas UHT

4.1 Distancia de Aislamento Eléctrico Considerada no Deseño de Liñas UHT

Os requisitos de emparellamento de aislamento para liñas UHT de 1000kV AC deben asegurar un funcionamento seguro e fiable baixo varias condicións como frecuencia de potencia, sobretensión de conmutación e sobretensión por raio. A flashover de frecuencia de potencia dos aisladores é o factor de control principal para as cadeas de aisladores. As estruturas de aislamento externo xeralmente cáculanse baseándose na tolerancia á contaminación, combinada coa experiencia enxeñeira existente, considerando factores como a altitude e a cobertura de xeo. Para a sobretensión de conmutación, tomanse múltiples de sobretensión de 1.6p.u. e 1.7p.u.; cando a máxima tensión de operación do sistema é 1100kV, se a sobretensión de conmutación non pode controlar o número de pezas de aislador e o valor calculado é inferior ao 50% da tensión de descarga impulsiva da cadea de aisladores, hai un risco de descarga impulsiva. Nos sistemas UHT, a sobretensión por raio non ten relación directa coa tensión de operación, e o alto nivel de aislamento externo fai que a sobretensión por raio sexa un factor non determinante.

4.2 Lonxitude da Cadena de Aisladores

Baixo condicións contaminantes, a lonxitude da cadea de aisladores determinase usando métodos anticontaminación. Isto inclúe: (1) medir a tensión de flashover de diferentes aisladores baixo condicións atmosféricas para obter a relación entre a tensión de flashover de contaminación do 50% e a densidade de sal de diferentes aisladores; (2) medir a tensión de resistencia dos aisladores; (3) corrixir e calcular a densidade de sal de sais solúveis; (4) calibrar o efecto da relación ceniza-sal na contaminación superficial dos aisladores; (5) corrixir a irregularidade das superficies superior e inferior; (6) realizar a corrección de elevación en altitudes elevadas; e (7) calcular o número de seccións de aisladores baixo condicións de máxima tensión de traballo.

4.3 Determinación da Distancia Máxima de Ar para Liñas UHT

4.3.1 Cálculo do Número Mínimo de Pezas de Aislador para Operación Normal

Este artigo centrase no problema científico clave da selección da mínima separación para liñas de transmisión UHT, utilizando liñas de transmisión de circuito único como obxecto de estudo. Estuda a influencia da distancia de ar na dimensión das torres de transmisión baixo tensión de frecuencia e efectos de raio, determina a mínima separación das torres de transmisión utilizando distancias de ar medidas, e considera o impacto da degradación do aislador na estrutura das torres de transmisión, propondo unha mínima separación para as torres de transmisión tendo en conta a degradación do aislador.

4.3.2 Determinación da Separación de Sobretensión de Conmutación

Isto implica determinar o factor de emparellamento estatístico para a operación de sobretensión de conmutación baseándose no cálculo da tensión de descarga impulsiva de traballo U50% para brechas de ar individuais.

Entre eles, Us representa a sobretensión de conmutación, medida en kV; Z é unha constante, polo que establecése en 2.45; para unha única brecha de ar, σ1 establecése en 0.06; entre eles, σm é a varianza de múltiples brechas de ar, que se establece en 0.024. Polo tanto:

Polo tanto, o factor de emparellamento estatístico kckc para a sobretensão de operación da brecha de ar da liña é:

5 Aplicación de Aisladores Compósitos en Liñas de Transmisión de Ultra-Alta Tensión

A través da operación práctica das liñas existentes no noso país, descubriuse que o uso de aisladores compósitos pode reducir tanto os custos de manutención das liñas como a contaminación da rede eléctrica. Nas áreas contaminadas, recoméndase o uso de aisladores compósitos. Para liñas de transmisión de 1000kV, recoméndase o uso de aisladores de aproximadamente 9 metros de altura, e en áreas fortemente contaminadas, aisladores de máis de 17 metros de altura. Se se adoptan múltiples conexións en serie, a altura dos aisladores pode axustarse ainda máis, pero isto tamén aumentará o peso e a lonxitude dos aisladores, aumentando o custo da liña.

En áreas de gran altitud e fortemente contaminadas, os aisladores compósitos ofrecen maiores vantaxes económicas e técnicas. Cando a lonxitude da cadea combinada non excede os 10 metros, pode reducir a área da ventá de torre, controlar a carga da torre e diminuír a ocorrência de accidentes de flashover. Polo tanto, os aisladores de material compósito teñen vantaxes significativas nestes aspectos. Para asegurar o funcionamento a longo prazo estable e fiable das liñas de transmisión de ultra-alta tensión, debe realizarse unha investigación en profundidade.

Por un lado, deben realizarse estudos sobre as propiedades mecánicas dos aisladores de material compósito de ultra-grande tonelaxe para formar estándares e métodos de proba eficientes. Ademais, mentres se asegura unha presión uniforme nos aisladores compósitos, deben tomarse medidas adecuadas para abordar os problemas de interferencia electromagnética e descarga corona para minimizar os accidentes repentinos. Un método de arco razonable asegura unha supresión de arco efectiva.

Estruturas mecánicas optimizadas garante que un aislador roto non caia ao chan. Deben establecerse criterios de control de calidade estritos para prohibir produtos non conformes, con un control estricto do material para as barras centrais e saias, e melloras nas técnicas de fabricación desde a orixe para reducir os perigos de seguridade operativa. Durante a construción, debe implementarse un procedemento de almacenamento científic para controlar estritamente os danos potenciais. Deben executarse planes de mantemento e inspección eficaces para identificar oportunamente os perigos de seguridade e tomar medidas correspondentes para asegurar a seguridade da produción.

6 Conclusión

Os aisladores compósitos han gañado unha aplicación crecente na rede eléctrica chinesa e convertidos nun componente esencial da construción da rede eléctrica. Dado os requisitos de grandes seccións transversais e condicións de alta carga nas liñas de transmisión de ultra-alta tensión, os aisladores sintéticos deben priorizarse sobre os aisladores de vidro e outros tipos. A medida que a escala das liñas de transmisión de ultra-alta tensión se expande, surgen máis desafíos, levando a maiores demandas sobre o seu rendemento.

Ademais de asegurar unha presión uniforme nos aisladores compósitos, deben tomarse medidas adecuadas para abordar os problemas de interferencia electromagnética e descarga corona para minimizar os accidentes repentinos. Un método de arco razonable asegura unha supresión de arco efectiva. Estructuras mecánicas optimizadas garante que un aislador roto non caia ao chan. Deben establecerse criterios de control de calidade estritos para prohibir produtos non conformes, con un control estricto do material para as barras centrais e saias, e melloras nas técnicas de fabricación desde a orixe para reducir os perigos de seguridade operativa.

Durante a construción, debe implementarse un procedemento de almacenamento científico para controlar estritamente os danos potenciais. Deben executarse planes de mantemento e inspección eficaces para identificar oportunamente os perigos de seguridade e tomar medidas correspondentes para asegurar a seguridade da produción.