Panoramica complessiva delle linee di trasmissione UHV e dei parafulmini compositi: sfide progettazione e applicazioni

1 Caratteristiche e componenti delle linee di trasmissione ad alta tensione

1.1 Caratteristiche delle linee di trasmissione ad alta tensione

Le linee di trasmissione ad alta tensione sono caratterizzate da un costo relativamente basso a causa della minore quantità di informazioni richieste. Tipicamente utilizzano due conduttori, uno collegato al polo positivo e l'altro al polo negativo. Le linee di trasmissione in corrente continua hanno durata e possono trasmettere corrente su lunghe distanze. In alcune strutture di trasmissione ad alta tensione in Cina, la trasmissione in corrente alternata è ampiamente utilizzata, il che è particolarmente evidente nella vita quotidiana.

1.2 Le linee di trasmissione ad alta tensione come componente principale del progetto elettrico

Nel lavoro di progettazione di base, i disegni ingegneristici necessari per la costruzione devono essere preparati e seguiti con cura secondo le procedure di lavoro. La selezione delle materie prime per i piani di costruzione, nonché la progettazione ragionevole dei percorsi, metodi di costruzione e sfide di stoccaggio corrispondenti da parte del team di costruzione, assicurano il funzionamento normale delle linee elettriche, migliorano l'efficienza del lavoro e aumentano l'efficacia del lavoro di costruzione.

2 Stato di sviluppo delle linee di trasmissione ad ultra-alta tensione

In confronto alle linee ordinarie, le linee ad ultra-alta tensione (UHV) presentano requisiti più elevati, come livelli di isolamento esterno, tecnologie di ingegneria elettrica e misure di protezione delle linee. Se il livello di isolamento esterno delle linee di trasmissione UHV non è conforme agli standard o le misure di protezione sono insufficienti, aumenteranno i guasti come flashover dovuti alla contaminazione, sovratensioni e interruzioni. Pertanto, l'utilizzo di isolatori composti sulle linee di trasmissione UHV è essenziale e una parte indispensabile della costruzione moderna della rete.

3 Problemi degli isolatori composti nelle linee di trasmissione UHV

3.1 Rottura dell'interfaccia

I problemi di danni elettrici degli isolatori composti sono principalmente causati dai fulmini, rappresentando oltre la metà di tutti i danni. Anche se i materiali stanno continuando a migliorare, il problema della rottura ripetuta dell'interfaccia persiste. Durante la produzione, sia gli elementi centrali che le guaine mostrano fenomeni significativi di scollegamento, e le interfacce tra guaine e diametri degli elementi centrali potrebbero essere erose, potenzialmente portando a danni all'interfaccia e influendo sulla durata degli isolatori. È necessario un perfezionamento continuo e miglioramento dei prodotti per ridurre la probabilità di fallimento dell'interfaccia.

3.2 Frattura fragile dell'elemento centrale

La frattura fragile dell'elemento centrale è un tipo comune di guasto degli isolatori composti frequentemente incontrato nelle linee di trasmissione UHV. Durante il processo di frattura fragile dell'elemento centrale, a causa dell'erosione acida, le fibre dell'elemento centrale si rompono gradualmente sotto l'azione dell'acido, anche causando la frattura dell'intero elemento centrale sotto piccoli carichi. Le cause principali sono le seguenti:

In primo luogo, si verifica solitamente in posizioni dove la forza del campo elettrico ad alta tensione è relativamente alta. L'inversione dell'anello di gradiente può portare alla frattura fragile degli isolatori composti. Per risolvere questo problema, la progettazione e la lavorazione degli anelli di gradiente dovrebbero garantire che la forza del campo magnetico raggiunga il livello specificato, evitando efficacemente la frattura fragile del materiale.

In secondo luogo, possono verificarsi crepe quando la guaina o la faccia finale sono danneggiate. Tuttavia, l'uso di nuove fibre resistenti all'acido senza boro migliora notevolmente la resistenza complessiva all'acido, riducendo significativamente questo problema. È importante notare che non tutte le fibre degli elementi centrali possiedono eccellenti caratteristiche di resistenza all'acido; pertanto, è necessaria una valutazione delle prestazioni e una selezione. Anche se le fratture fragili hanno un impatto significativo sulle operazioni, la loro probabilità di occorrenza è bassa e può essere ridotta attraverso varie interventi.

3.3 Problemi di invecchiamento

Dopo un certo periodo di utilizzo, gli isolatori possono sperimentare problemi di invecchiamento principalmente causati da fattori di temperatura e scarica superficiale. Anche se i materiali in silicone hanno un ciclo di invecchiamento più lungo, l'invecchiamento precoce può ancora verificarsi a causa dell'inquinamento ambientale e della tecnologia di formulazione dei materiali. Mentre la maggior parte delle regioni può mantenere buone condizioni e caratteristiche attraverso il gel di silicone, l'invecchiamento è inevitabile. Per garantire il funzionamento sicuro degli isolatori, è necessario un test precoce. Pertanto, sono richiesti controlli periodici degli isolatori composti per prevenire ulteriori deterioramenti.

3.4 Problemi meccanici

Gli isolatori composti mostrano una significativa degradazione delle prestazioni meccaniche durante l'uso. Attualmente, vengono utilizzati isolatori interni a tenuta, ma hanno requisiti elevati per i metodi di giunzione, con differenze significative nella pendenza del flessione rispetto ai design di isolatori a rullo laterale.

4 Determinazione della lunghezza della catena di isolatori e della distanza minima di spazio d'aria per le linee UHV

4.1 Distanza di isolamento elettrico considerata nel progetto delle linee UHV

I requisiti di abbinamento dell'isolamento per le linee UHV AC da 1000kV devono garantire un funzionamento sicuro e affidabile in vari condizioni come frequenza di rete, sovratensione di commutazione e sovratensione da fulmine. Il flashover a frequenza di rete degli isolatori è il fattore di controllo primario per le catene di isolatori. Le strutture di isolamento esterno sono tipicamente calcolate in base alla tolleranza alla contaminazione, combinate con l'esperienza ingegneristica esistente, considerando fattori come altitudine e copertura di ghiaccio. Per la sovratensione di commutazione, vengono presi in considerazione multipli di sovratensione di 1.6p.u. e 1.7p.u.; quando la tensione di servizio massima del sistema è di 1100kV, se la sovratensione di commutazione non può controllare il numero di pezzi di isolatore e il valore calcolato è inferiore al 50% della tensione di scarica impulsiva della catena di isolatori, c'è un rischio di scarica impulsiva. Nei sistemi UHV, la sovratensione da fulmine non ha una relazione diretta con la tensione di servizio, e il livello di isolamento esterno elevato rende la sovratensione da fulmine un fattore non determinante.

4.2 Lunghezza della catena di isolatori

In condizioni di inquinamento, la lunghezza della catena di isolatori viene determinata utilizzando metodi antinquinamento. Questo include: (1) misurare la tensione di flashover da inquinamento di diversi isolatori in condizioni atmosferiche per ottenere la relazione tra la tensione di flashover da inquinamento al 50% e la densità di sale di diversi isolatori; (2) misurare la tensione di resistenza degli isolatori; (3) correggere e calcolare la densità di sale di sali solubili; (4) tarare l'effetto del rapporto cenere-sale sulla contaminazione superficiale degli isolatori; (5) correggere l'irregolarità delle superfici superiore e inferiore; (6) effettuare la correzione di quota in alta altitudine; e (7) calcolare il numero di sezioni di isolatori in condizioni di tensione di lavoro massima.

4.3 Determinazione della distanza minima di spazio d'aria per le linee UHV

4.3.1 Calcolo del numero minimo di pezzi di isolatori per il funzionamento normale

Questo articolo si concentra sul problema scientifico chiave della selezione della distanza minima di schiarimento per le linee di trasmissione UHV, utilizzando linee di trasmissione monofase come oggetto di studio. Studia l'influenza della distanza di spazio d'aria sulle dimensioni delle torri di trasmissione sotto tensione di rete e effetti da fulmine, determina lo schiarimento minimo delle torri di trasmissione utilizzando distanze di spazio d'aria misurate, e considera l'impatto della degradazione degli isolatori sulle strutture delle torri di trasmissione, proponendo uno schiarimento minimo per le torri di trasmissione che considera la degradazione degli isolatori.

4.3.2 Determinazione dello spazio d'aria per la sovratensione di commutazione

Questo implica la determinazione del fattore di abbinamento statistico per l'operazione di sovratensione di commutazione basandosi sul calcolo della tensione di scarica impulsiva di lavoro U50% per singoli spazi d'aria.

Tra questi, Us rappresenta la sovratensione di commutazione, misurata in kV; Z è una costante, quindi è impostata a 2.45; per un singolo spazio d'aria, σ1 è impostato a 0.06; tra questi, σm è la varianza di più spazi d'aria, che è impostata a 0.024. Quindi:

Quindi, il fattore di coordinazione statistico kckc per la sovratensione di operazione dello spazio d'aria della linea è:

5 Applicazione degli isolatori composti nelle linee di trasmissione UHV

Attraverso le operazioni pratiche delle linee esistenti nel nostro paese, si è scoperto che l'uso di isolatori composti può ridurre sia i costi di manutenzione delle linee che l'inquinamento della rete elettrica. Nelle aree inquinate, si consiglia di utilizzare isolatori composti. Per le linee di trasmissione da 1000kV, si consiglia di utilizzare isolatori di circa 9 metri di altezza, e in aree fortemente inquinate, isolatori di oltre 17 metri di altezza. Se vengono adottate connessioni multiple, l'altezza degli isolatori può essere ulteriormente regolata, ma ciò aumenterà anche il peso e la lunghezza degli isolatori, aumentando il costo della linea.

In aree ad alta quota e fortemente inquinate, gli isolatori composti offrono vantaggi economici e tecnici superiori. Quando la lunghezza combinata della catena non supera i 10 metri, può ridurre l'area della finestra della torre, controllare il carico della torre e diminuire l'incidenza di incidenti di flashover. Pertanto, gli isolatori composti hanno vantaggi significativi in questi aspetti. Per garantire il funzionamento stabile e affidabile a lungo termine delle linee di trasmissione UHV, è necessario condurre ricerche approfondite.

Da un lato, dovrebbero essere condotte ricerche sulle proprietà meccaniche degli isolatori composti di tonnellaggio ultralarge per formare standard efficienti e metodi di prova. Inoltre, mentre si garantisce una pressione uniforme sugli isolatori composti, dovrebbero essere adottate misure appropriate per affrontare i problemi di interferenza elettromagnetica e scarica coronica per minimizzare gli incidenti improvvisi. Un metodo di arco ragionevole garantisce una soppressione efficace dell'arco.

Strutture meccaniche ottimizzate garantiscono che un isolatore rotto non cada a terra. Dovrebbero essere stabilite norme rigorose di controllo qualità per vietare prodotti non conformi, con un controllo rigoroso dei materiali per gli elementi centrali e le gonne, e miglioramenti nelle tecniche di fabbricazione dalla fonte per ridurre i pericoli di sicurezza operativa. Durante la costruzione, dovrebbe essere implementata una procedura di stoccaggio scientifica per controllare rigidamente i danni potenziali. Dovrebbero essere eseguiti piani di manutenzione e ispezione efficaci per identificare tempestivamente i pericoli di sicurezza e prendere misure corrispondenti per garantire la sicurezza della produzione.

6 Conclusione

Gli isolatori composti hanno trovato un'applicazione sempre maggiore nella rete elettrica cinese e sono diventati un componente essenziale nella costruzione della rete elettrica. Data la necessità di sezioni trasversali grandi e condizioni ad alto carico nelle linee di trasmissione UHV, gli isolatori sintetici dovrebbero essere prioritari rispetto agli isolatori in vetro e altri tipi. Con l'espansione della scala delle linee di trasmissione UHV, emergono sempre più sfide, portando a requisiti più elevati sulle loro prestazioni.

Oltre a garantire una pressione uniforme sugli isolatori composti, dovrebbero essere adottate misure appropriate per affrontare i problemi di interferenza elettromagnetica e scarica coronica per minimizzare gli incidenti improvvisi. Un metodo di arco ragionevole garantisce una soppressione efficace dell'arco. Strutture meccaniche ottimizzate garantiscono che un isolatore rotto non cada a terra. Dovrebbero essere stabilite norme rigorose di controllo qualità per vietare prodotti non conformi, con un controllo rigoroso dei materiali per gli elementi centrali e le gonne, e miglioramenti nelle tecniche di fabbricazione dalla fonte per ridurre i pericoli di sicurezza operativa.

Durante la costruzione, dovrebbe essere implementata una procedura di stoccaggio scientifica per controllare rigidamente i danni potenziali. Dovrebbero essere eseguiti piani di manutenzione e ispezione efficaci per identificare tempestivamente i pericoli di sicurezza e prendere misure corrispondenti per garantire la sicurezza della produzione.