초고압 송전선로 및 복합 절연자의 포괄적인 개요: 도전 과제 설계 및 응용

1 고압 송전선의 특성 및 구성 요소

1.1 고압 송전선의 특성

고압 송전선은 필요한 정보가 적기 때문에 상대적으로 비용이 낮습니다. 일반적으로 양극과 음극에 연결된 두 개의 도체를 사용합니다. 직류 송전선은 내구성이 있으며 장거리 전송이 가능합니다. 중국의 일부 고압 송전 시설에서는 교류 송전도 널리 사용되며, 이는 일상 생활에서 특히 분명하게 나타납니다.

1.2 고압 송전선은 전기 설계의 주요 구성 요소

기본 설계 작업에서는 건설에 필요한 공사 도면을 세심하게 준비하고 업무 절차에 따라 준수해야 합니다. 건설 계획을 위한 원자재 선택, 건설 경로와 방법의 합리적인 설계, 그리고 건설 팀이 대응하는 저장 문제는 전력 선로의 정상적인 운영을 보장하며, 작업 효율성을 향상시키고 건설 작업의 효과를 높입니다.

2 초고압 송전선의 발전 현황

일반적인 선로와 비교해 볼 때, 초고압(UHV) 선로는 외부 선로 절연 수준, 전력 공학 기술, 선로 보호 조치 등 더 높은 요구 사항을 필요로 합니다. UHV 송전선의 외부 절연 수준이 표준에 미치지 못하거나 보호 조치가 충분하지 않으면 오염 플래시오버, 과전압, 파손 등의 결함이 증가할 것입니다. 따라서 UHV 송전선에 복합 절연자를 사용하는 것은 필수적이고 현대적인 전력망 구축의 불가결한 부분입니다.

3 UHV 송전선에서의 복합 절연자의 문제점

3.1 인터페이스 파손

복합 절연자의 전기적 손상 문제는 주로 번개 타격으로 인해 발생하며, 모든 손상 중 절반 이상을 차지합니다. 소재가 지속적으로 개선되고 있지만, 반복적인 인터페이스 손상 문제가 여전히 존재합니다. 생산 과정에서 코어 막대와 쇼트가 유의미한 탈락 현상을 보이며, 쇼트와 막대 직경의 인터페이스가 침식되어 인터페이스 손상이 발생하고 절연자의 수명을 영향을 줄 수 있습니다. 제품의 지속적인 최적화와 개선이 필요하여 인터페이스 실패의 확률을 줄여야 합니다.

3.2 코어 막대 취성 파단

코어 막대 취성 파단은 UHV 송전선에서 자주 마주치는 복합 절연자의 일반적인 결함 유형입니다. 코어 막대 취성 파단 과정에서 산 부식으로 인해 코어 막대 섬유가 점진적으로 파단되어 작은 하중에서도 전체 코어 막대가 파단될 수 있습니다. 주요 원인은 다음과 같습니다:

첫째, 일반적으로 고전압의 종단 전계 강도가 상대적으로 높은 위치에서 발생합니다. 그레이딩 링을 역방향으로 설치하면 복합 재료 절연자의 취성 파단이 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 그레이딩 링의 설계와 가공은 자기장 강도가 지정된 수준에 도달하도록 해야 하며, 이를 통해 소재의 취성 파단을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

둘째, 쇼트나 단면이 손상되면 균열이 발생할 수 있습니다. 그러나 새로운 붕소 없는 섬유 산 저항 코어 막대를 사용하면 전체적인 산 저항성이 크게 향상되어 이 문제가 크게 줄어듭니다. 모든 섬유 코어 막대가 우수한 산 저항성을 갖추는 것은 아니므로 성능 평가와 선택이 필요합니다. 취성 파단은 운전에 큰 영향을 미치지만, 발생 확률은 낮으며 다양한 개입을 통해 줄일 수 있습니다.

3.3 노화 문제

절연자가 사용된 후에는 온도와 표면 방전 요인으로 인해 노화 문제가 발생할 수 있습니다. 실리콘 고무 재질은 노화 주기가 길지만, 환경 오염과 재료 제조 기술로 인해 초기 운전 단계에서 노화가 발생할 수 있습니다. 대부분의 지역에서는 실리콘 젤을 통해 좋은 상태와 특성을 유지할 수 있지만, 노화는 불가피합니다. 절연자의 안전한 운전을 위해 조기 검사는 필요합니다. 따라서 복합 재료 절연자의 주기적인 점검이 필요하여 추가적인 악화를 방지해야 합니다.

3.4 기계적 문제

복합 재료 절연자는 사용 중에 유의미한 기계적 성능 저하를 나타냅니다. 현재 내부 플러그형 절연자가 사용되고 있지만, 접합 방법에 대한 요구 사항이 높으며, 가장자리 롤링 절연기 설계와 크립 경사의 유의미한 차이가 있습니다.

4 UHV 선로의 절연자 스트링 길이 및 최소 공기 간격 거리 결정

4.1 UHV 선로 설계에서 고려되는 전기 절연 거리

1000kV AC UHV 선로의 절연 매칭 요구 사항은 전력 주파수, 스위칭 과전압, 번개 과전압 등 다양한 조건 하에서 안전하고 신뢰성 있는 운전을 보장해야 합니다. 절연자의 전력 주파수 플래시오버는 절연자 스트링의 주요 제어 요소입니다. 외부 절연 구조는 오염 내성, 기존 공사 경험, 고도 및 얼음 덮임 등을 고려하여 계산됩니다. 스위칭 과전압의 경우 1.6p.u.와 1.7p.u.의 과전압 배수가 적용됩니다. 시스템의 최고 작동 전압이 1100kV일 때, 스위칭 과전압이 절연자 개수를 제어하지 못하고 계산 값이 절연자 스트링의 임펄스 방전 전압의 50% 미만이면 임펄스 방전 위험이 있습니다. UHV 시스템에서 번개 과전압은 작동 전압과 직접적인 관계가 없으며, 높은 외부 절연 수준으로 인해 번개 과전압은 결정적 요인이 아닙니다.

4.2 절연자 스트링 길이

오염 조건 하에서는 오염 방지를 위한 방법으로 절연자 스트링의 길이를 결정합니다. 이에는 다음이 포함됩니다: (1) 대기 조건에서 다른 절연자의 오염 플래시오버 전압을 측정하여 다양한 절연자의 50% 오염 플래시오버 전압과 염 밀도 간의 관계를 얻습니다; (2) 절연자의 내전압을 측정합니다; (3) 용해성 염의 염 밀도를 수정 및 계산합니다; (4) 재-염 비율이 절연기 표면 오염에 미치는 영향을 교정합니다; (5) 상하 표면의 불균일성을 교정합니다; (6) 고도에서 고도 교정을 수행합니다; (7) 최대 작업 전압 조건 하에서 절연자 구간 수를 계산합니다.

4.3 UHV 선로의 최소 공기 간격 거리 결정

4.3.1 정상 운전을 위한 최소 절연자 개수 계산

이 논문은 UHV 송전선의 최소 클리어런스 선택이라는 주요 과학적 문제에 집중하며, 단일 회로 송전선을 연구 대상으로 합니다. 전력 주파수 전압과 번개 효과 하에서 공기 간격 거리가 송전탑 크기에 미치는 영향을 연구하고, 측정된 공기 간격 거리를 사용하여 송전탑의 최소 클리어런스를 결정하며, 절연기 열화가 송전탑 구조에 미치는 영향을 고려하여 절연기 열화를 고려한 송전탑의 최소 클리어런스를 제안합니다.

4.3.2 스위칭 과전압 간격 결정

이는 개별 공기 간격의 작업 펄스 방전 전압 U50%를 계산하여 스위칭 과전압 운전의 통계적 매칭 계수를 결정하는 것을 포함합니다.

여기서 Us는 스위칭 과전압(kV)을 나타내며, Z는 상수로서 2.45로 설정됩니다. 단일 공기 간격의 경우 σ1은 0.06으로 설정됩니다. 여러 공기 간격의 분산 σm은 0.024로 설정됩니다. 따라서:

따라서 선로 공기 간격의 운전 과전압에 대한 통계적 조정 계수 kckc는 다음과 같습니다:

5 초고압 송전선에서의 복합 절연기의 적용

우리 나라의 기존 선로의 실제 운전을 통해 복합 절연기를 사용하면 선로 유지보수 비용과 전력망 오염을 줄일 수 있음을 발견했습니다. 오염 지역에서는 복합 절연기를 사용하는 것이 좋습니다. 1000kV 송전선의 경우 약 9미터 높이의 절연기를 사용하는 것이 권장되며, 중증 오염 지역에서는 17미터 이상의 절연기를 사용하는 것이 좋습니다. 다중 직렬 연결을 채택하면 절연기의 높이를 더 조정할 수 있지만, 이는 절연기의 무게와 길이를 증가시키고 선로 비용을 높일 것입니다.

고도와 중증 오염 지역에서는 복합 절연기가 더 높은 경제적 및 기술적 이점을 제공합니다. 복합 스트링 길이가 10미터를 초과하지 않을 때, 타워 창구 면적을 줄이고 타워 부하를 제어하며 플래시오버 사고 발생을 줄일 수 있습니다. 따라서 복합 재료 절연기는 이러한 측면에서 유의미한 이점을 제공합니다. 초고압 송전선의 장기적인 안정적이고 신뢰성 있는 운전을 보장하기 위해서는 심도 있는 연구가 필요합니다.

한편, 초대형 톤 복합 재료 절연기의 기계적 특성에 대한 연구를 수행하여 효율적인 기준과 시험 방법을 형성해야 합니다. 또한, 복합 절연기에 균일한 압력을 유지하면서 전자기 간섭과 코로나 방전 문제를 해결하기 위한 적절한 조치를 취하여 돌발 사고를 최소화해야 합니다. 합리적인 아크 처리 방법은 효과적인 아크 억제를 보장합니다.

최적화된 기계 구조는 파손된 절연기가 땅으로 떨어지지 않도록 보장합니다. 엄격한 품질 관리 기준을 설정하여 불량 제품을 금지하고, 코어 막대와 스커트에 대한 엄격한 재료 관리를 수행하며, 제조 기술을 개선하여 운영 안전 위험을 줄여야 합니다. 건설 중에는 과학적인 보관 절차를 시행하여 잠재적인 손상을 엄격히 관리해야 합니다. 효과적인 유지보수 및 점검 계획을 실행하여 안전 위험을 즉시 식별하고 해당 조치를 취하여 생산 안전을 보장해야 합니다.

6 결론

복합 절연기는 중국의 전력망에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 전력망 건설의 필수 구성 요소가 되었습니다. 초고압 송전선의 큰 단면적과 고부하 조건 요구 사항을 고려할 때, 유리 절연기보다 복합 절연기를 우선적으로 사용해야 합니다. 초고압 송전선의 규모가 확대됨에 따라 더 많은 도전이 발생하며, 이로 인해 성능에 대한 요구 사항이 높아집니다.

복합 절연기에 균일한 압력을 유지하면서 전자기 간섭과 코로나 방전 문제를 해결하기 위한 적절한 조치를 취하여 돌발 사고를 최소화해야 합니다. 합리적인 아크 처리 방법은 효과적인 아크 억제를 보장합니다. 최적화된 기계 구조는 파손된 절연기가 땅으로 떨어지지 않도록 보장합니다. 엄격한 품질 관리 기준을 설정하여 불량 제품을 금지하고, 코어 막대와 스커트에 대한 엄격한 재료 관리를 수행하며, 제조 기술을 개선하여 운영 안전 위험을 줄여야 합니다.

건설 중에는 과학적인 보관 절차를 시행하여 잠재적인 손상을 엄격히 관리해야 합니다. 효과적인 유지보수 및 점검 계획을 실행하여 안전 위험을 즉시 식별하고 해당 조치를 취하여 생산 안전을 보장해야 합니다.