Površni pregled linija za prijenos UHV i kompozitnih izolatora: Izazovi dizajn i primjene

1 Karakteristike i komponente visokonaponskih prijenosnih linija

1.1 Karakteristike visokonaponskih prijenosnih linija

Visokonaponske prijenosne linije karakterizirane su relativno niskom cijenom zbog manje količine informacija koje zahtijevaju. Obično koriste dva vodnika, jedan povezan s pozitivnim polom, a drugi s negativnim polom. DC prijenosne linije imaju izdržljivost i mogu prenositi struju na velike udaljenosti. U nekim visokonaponskim prijenosnim objektima u Kini također se široko koristi AC prijenos, što je posebno očito u svakodnevnom životu.

1.2 Visokonaponske prijenosne linije kao glavni sastojak električnog dizajna

U osnovnim dizajnerskim radovima, grafički dokumenti potrebni za izgradnju moraju biti pažljivo pripremljeni i slijedeno prema radnim postupcima. Odabir sirovina za izgradne planove, kao i razuman dizajn putova, metoda i odgovarajućih izazova skladištenja od strane izgradne ekipa, osiguravaju normalnu operaciju elektroenergetske mreže, poboljšavaju efikasnost rada i povećavaju učinkovitost izgradnih radova.

2 Razvojna stanja ultravisokonaponskih prijenosnih linija

U usporedbi s običnim linijama, ultravisokonaponske (UHV) linije imaju više zahtjeva, poput vanjskih nivoa izolacije, tehnologija energetskog inženjeringa i mjera zaštite linija. Ako vanjski nivo izolacije UHV prijenosnih linija nije dovoljan ili ako su mjerila zaštite nedovoljna, porasta će greške poput onesvaživanja zagađenjem, prenapona i propadanja. Stoga je upotreba kompozitnih izolatora na UHV prijenosnim linijama neophodna i neizostavni dio moderne izgradbe mreže.

3 Problemi s kompozitnim izolatorima na UHV prijenosnim linijama

3.1 Propadanje sučelja

Električne probleme oštećenja kompozitnih izolatora uglavnom uzrokuju udari munje, što čini preko polovinu svih oštećenja. Iako se materijali neprestano unapređuju, problem ponovljenog oštećenja sučelja još uvijek postoji. Tijekom proizvodnje, i sržni stupovi i omotači pokazuju značajne pojave slaganja, a sučelja omotača i promjeri stupova mogu biti erozirani, što može dovesti do oštećenja sučelja i utjecati na vijek trajanja izolatora. Kontinuirana optimizacija i poboljšanje proizvoda su nužni kako bi se smanjila vjerojatnost oštećenja sučelja.

3.2 Krhko loma sržnog stupca

Krhko loma sržnog stupca jest čest tip greške kompozitnog izolatora koja se često susreće na UHV prijenosnim linijama. Tijekom procesa krhkog loma, zbog kiselinskog erosiranja, vlakna sržnog stupca postupno se lome pod djelovanjem kiseline, čak i doći do loma cijelog sržnog stupca pod malim opterećenjima. Glavni razlozi su sljedeći:

Prvo, obično se događa na pozicijama gdje je terminalno polje visokog napona relativno visoko. Okretanje prstena za razdiobu može dovesti do krhkog loma kompozitnih izolatora. Da bi se riješio ovaj problem, dizajn i obrada prstena za razdiobu trebaju osigurati da jačina magnetnog polja dostigne određeni nivo, efektivno izbjegavajući krhko loma materijala.

Drugo, može doći do pukotina kada je omotač ili rub oštećen. Međutim, upotreba novih bezbornih vlakana otpornih na kiselinu značajno poboljšava ukupnu otpornost na kiselinu, veliko smanjujući taj problem. Važno je napomenuti da nemaju svi vlakna sržnog stupca izvrsne karakteristike otpornosti na kiselinu; stoga je potrebna procjena performansi i odabir. Iako krhki lomi imaju značajan utjecaj na operacije, njihova vjerojatnost pojavljivanja je niska i može se smanjiti kroz razne intervencije.

3.3 Problemi starenja

Nakon određenog vremena korištenja, izolatori mogu iskusiti probleme starenja, uglavnom uzrokovane temperaturom i faktorima površinske rasprse. Iako materijali od silikonske gume imaju duži ciklus starenja, ranije operacijsko starenje može se dogoditi zbog zagađenja okruženja i tehnologije formulacije materijala. Iako većina regija može održavati dobre uvjete i karakteristike putem silikonske gelatine, starenje je neizbiveno. Da bi se osigurala sigurna operacija izolatora, potrebno je ranije testiranje. Stoga su periodička provjere kompozitnih izolatora potrebne kako bi se spriječilo daljnje deteroriranje.

3.4 Mekanički problemi

Kompozitni izolatori pokazuju značajno mehaničko deteroriranje tijekom korištenja. Trenutno se koriste unutarnji ubacivi izolatori, ali imaju visoke zahtjeve za metodama spojeva, s značajnim razlikama u nagibu kripanja u usporedbi s dizajnom izolatora sa savijanim rubovima.

4 Određivanje duljine lanaca izolatora i minimalne udaljenosti zračnog prozora za UHV linije

4.1 Električna izolacijska udaljenost koja se uzima u obzir u dizajnu UHV linija

Zahtjevi za podudaranjem izolacije za 1000kV AC UHV linije moraju osigurati siguran i pouzdan rad u različitim uvjetima, poput strujnog frekvencijskog, preključnih prenapona i prenapona od udara munje. Frekvencijski proboj izolatora je glavni kontrolni faktor za lanac izolatora. Vanjske izolacijske strukture obično se računaju temeljem otpornosti na zagađenje, kombinirano s postojećim inženjerskim iskustvom, uzimajući u obzir faktore poput nadmorske visine i ledenja. Za preključne prenapone, uzimaju se prenaponi 1.6p.u. i 1.7p.u.; kada je najviši radni napon sustava 1100kV, ako preključni prenapon ne može kontrolirati broj dijelova izolatora i izračunata vrijednost je niža od 50% impulsnog napajanja lanca izolatora, postoji rizik od impulsnog proboja. U UHV sustavima, prenaponi od udara munje nemaju direktnu vezu s radnim naponom, a visoki vanjski nivo izolacije čini prenapone od udara munje neodređujućim faktorom.

4.2 Duljina lanca izolatora

Pod zagađenim uvjetima, duljina lanca izolatora određuje se koristeći metode za prevladavanje zagađenja. To uključuje: (1) mjerenje napona proboja zagađenjem različitih izolatora u atmosferskim uvjetima kako bi se dobila veza između 50% napona proboja zagađenjem i gustoće soli različitih izolatora; (2) mjerenje otpornosti izolatora; (3) korekcija i izračun gustoće soli; (4) kalibracija utjecaja omjera pepela i soli na zagađenje površine izolatora; (5) korekcija neravnomjernosti gornjih i donjih površina; (6) korekcija na visokim nadmorskim visinama; i (7) izračun broja dijelova izolatora pod maksimalnim radnim napajanjem.

4.3 Određivanje minimalne udaljenosti zračnog prozora za UHV linije

4.3.1 Izračun minimalnog broja dijelova izolatora za normalnu operaciju

Ovaj rad fokusira se na ključni znanstveni problem odabira minimalne razmakne za UHV prijenosne linije, koristeći jednosmjerni prijenosni vod kao predmet istraživanja. Istražuje se utjecaj udaljenosti zračnog prozora na dimenzije toranjeva pod strujnim frekvencijskim naponom i utjecaj udara munje, određuje se minimalna razmakna toranjeva koristeći izmjerene udaljenosti zračnog prozora, uzimajući u obzir utjecaj degradacije izolatora na strukture toranjeva, predlaže se minimalna razmakna toranjeva uzimajući u obzir degradaciju izolatora.

4.3.2 Određivanje preključne prenaponske razmakne

To uključuje određivanje statističkog koordinacijskog faktora za rad preključnog prenapona temeljem izračuna radnog impulsnog napajanja U50% za pojedinačne zračne prostore.

Među njima, Us predstavlja preključni prenapon, izražen u kV; Z je konstanta, stoga je postavljena na 2.45; za pojedinačni zračni prostor, σ1 je postavljen na 0.06; među njima, σm je varijanca više zračnih prozora, koja je postavljena na 0.024. Stoga:

Stoga, statistički koordinacijski faktor kckc za radni prenapon zračnog prozora linije je:

5 Primjena kompozitnih izolatora u ultravisokonaponskim prijenosnim linijama

Kroz praktičnu operaciju postojećih linija u našoj zemlji, utvrđeno je da upotreba kompozitnih izolatora može smanjiti troškove održavanja linija i zagađenje mreže. U zagađenim područjima, preporučuje se upotreba kompozitnih izolatora. Za 1000kV prijenosne linije, preporučuje se upotreba izolatora visokih oko 9 metara, a u teško zagađenim područjima, izolatora visokih preko 17 metara. Ako se koriste više serije spojeva, visina izolatora može se dalje prilagoditi, ali to će također povećati težinu i duljinu izolatora, povećavajući trošak linije.

U visokim nadmorskim visinama i teško zagađenim područjima, kompozitni izolatori nude veće ekonomsko i tehničko prednosti. Kada ukupna duljina lanca ne prelazi 10 metara, može se smanjiti površina prozora toranja, kontrolirati opterećenje toranja i smanjiti pojavu proboja. Stoga, kompozitni materijali izolatora imaju značajne prednosti u tim aspektima. Da bi se osigurala dugoročna stabilna i pouzdana operacija ultravisokonaponskih prijenosnih linija, potrebno je provesti duboka istraživanja.

S jedne strane, trebaju se provesti studije o mehaničkim svojstvima ultravisokotonaznih kompozitnih izolatora kako bi se formirali učinkoviti standardi i metode testiranja. Također, uz osiguranje uniformnog tlaka na kompozitne izolatore, trebaju se poduzeti odgovarajuće mjere za rješavanje problema elektromagnetske interferencije i korona rasprse kako bi se smanjili nagle incidenti. Razonodni način arkiranja osigurava učinkovitu supresiju arka.

Optimizirane mehaničke strukture osiguravaju da neće pasti na tlo. Trebaju se uspostaviti strogi standardi kontrole kvalitete kako bi se zabranile neispravne proizvodi, uz strogu kontrolu materijala za sržne stupove i suknje, i poboljšanje tehnika proizvodnje izvorom kako bi se smanjili operativni sigurnosni rizici. Tijekom izgradnje, treba implementirati znanstveni postupak skladištenja kako bi se strogo kontrolirale potencijalne oštećenja. Trebaju se provoditi učinkoviti planovi održavanja i inspekcije kako bi se pravočasno identificirali sigurnosni rizici i poduzete odgovarajuće mjere kako bi se osigurala sigurnost proizvodnje.

6 Zaključak

Kompozitni izolatori sve više se primjenjuju u elektroenergetscoj mreži Kine i postali su važan sastojak izgradbe mreže. S obzirom na zahtjeve za velikim presjecima i visokim opterećenjima u ultravisokonaponskim prijenosnim linijama, sintetički izolatori trebaju imati prednost nad staklenim izolatorima i drugim vrstama. S proširenjem skala ultravisokonaponskih prijenosnih linija, javljaju se novi izazovi, što dovodi do viših zahtjeva za njihovim performansama.

Osim osiguranja uniformnog tlaka na kompozitnim izolatorima, trebaju se poduzeti odgovarajuće mjere za rješavanje problema elektromagnetske interferencije i korona rasprse kako bi se smanjili nagle incidenti. Razonodni način arkiranja osigurava učinkovitu supresiju arka. Optimizirane mehaničke strukture osiguravaju da neće pasti na tlo. Trebaju se uspostaviti strogi standardi kontrole kvalitete kako bi se zabranile neispravne proizvodi, uz strogu kontrolu materijala za sržne stupove i suknje, i poboljšanje tehnika proizvodnje izvorom kako bi se smanjili operativni sigurnosni rizici.

Tijekom izgradnje, treba implementirati znanstveni postupak skladištenja kako bi se strogo kontrolirale potencijalne oštećenja. Trebaju se provoditi učinkoviti planovi održavanja i inspekcije kako bi se pravočasno identificirali sigurnosni rizici i poduzete odgovarajuće mjere kako bi se osigurala sigurnost proizvodnje.