Tinjauan Lengkap tentang Garis Transmisi UHV dan Isolator Komposit: Cabaran Reka Bentuk dan Aplikasi
1 Ciri-ciri dan Komponen Garis Transmisi Tegangan Tinggi
1.1 Ciri-ciri Garis Transmisi Tegangan Tinggi
Garis transmisi tegangan tinggi ditandai dengan biaya yang relatif rendah berkat jumlah informasi yang diperlukan yang lebih sedikit. Biasanya mereka menggunakan dua konduktor, satu terhubung ke kutub positif dan yang lainnya ke kutub negatif. Garis transmisi DC memiliki ketahanan dan dapat menghantar arus sepanjang jarak yang jauh. Dalam beberapa fasilitas transmisi tegangan tinggi di China, transmisi AC juga digunakan secara luas, yang terutama nyata dalam kehidupan sehari-hari.
1.2 Garis Transmisi Tegangan Tinggi sebagai Komponen Utama Desain Elektrik
Dalam pekerjaan desain dasar, gambaran teknik yang diperlukan untuk konstruksi harus dipersiapkan dan diikuti dengan cermat menurut prosedur kerja. Pemilihan bahan mentah untuk rencana konstruksi, serta perancangan rute, metode, dan tantangan penyimpanan yang sesuai oleh tim konstruksi, memastikan operasi normal dari garis listrik, meningkatkan efisiensi kerja, dan meningkatkan efektivitas pekerjaan konstruksi.
2 Status Pengembangan Garis Transmisi Ultra-Tegangan Tinggi
Dibandingkan dengan garis biasa, garis ultra-tegangan tinggi (UHV) memiliki persyaratan yang lebih tinggi, seperti tingkat isolasi luar, teknologi insinyur listrik, dan tindakan perlindungan garis. Jika tingkat isolasi luar garis transmisi UHV tidak memenuhi standar atau tindakan perlindungan tidak cukup, masalah seperti flashover pencemaran, overvoltage, dan breakdown akan meningkat. Oleh karena itu, penggunaan isolator komposit pada garis transmisi UHV adalah penting dan bagian yang tidak terpisahkan dari konstruksi grid modern.
3 Masalah dengan Isolator Komposit pada Garis Transmisi UHV
3.1 Breakdown Antarmuka
Masalah kerusakan listrik isolator komposit sebagian besar disebabkan oleh sambaran petir, yang mencakup lebih dari setengah dari semua kerusakan. Meskipun bahan-bahan terus-menerus ditingkatkan, masalah kerusakan antarmuka berulang masih ada. Selama produksi, batang inti dan selubung keduanya menunjukkan fenomena peluruhan yang signifikan, dan antarmuka antara selubung dan diameter batang mungkin tergerogoti, potensial menyebabkan kerusakan antarmuka dan mempengaruhi umur layanan isolator. Perbaikan dan peningkatan produk yang berkelanjutan diperlukan untuk mengurangi probabilitas kegagalan antarmuka.
3.2 Fraktur Kekilap Batang Inti
Fraktur kekilap batang inti adalah jenis kesalahan isolator komposit yang sering ditemui pada garis transmisi UHV. Selama proses fraktur kekilap batang inti, akibat erosi asam, serat batang inti secara bertahap putus di bawah pengaruh erosi asam, bahkan menyebabkan fraktur seluruh batang inti di bawah beban kecil. Alasan utamanya adalah sebagai berikut:
Pertama, biasanya terjadi pada posisi di mana kekuatan medan terminal tegangan tinggi relatif tinggi. Pembalikan ring grading dapat menyebabkan fraktur kekilap isolator bahan komposit. Untuk menyelesaikan masalah ini, desain dan pemrosesan ring grading harus memastikan bahwa kekuatan medan magnet mencapai tingkat yang ditentukan, secara efektif menghindari fraktur bahan kekilap.
Kedua, retak mungkin terjadi ketika selubung atau ujung rusak. Namun, penggunaan batang inti tahan asam tanpa boron baru secara signifikan meningkatkan ketahanan asam secara keseluruhan, sangat mengurangi masalah ini. Patut dicatat bahwa tidak semua batang inti serat memiliki karakteristik ketahanan asam yang unggul; oleh karena itu, evaluasi kinerja dan seleksi diperlukan. Meskipun fraktur kekilap memiliki dampak signifikan pada operasi, probabilitas terjadinya rendah dan dapat dikurangi melalui berbagai intervensi.
3.3 Masalah Penuaan
Setelah periode penggunaan, isolator mungkin mengalami masalah penuaan yang utamanya disebabkan oleh faktor suhu dan lepasan permukaan. Meskipun bahan silikon karet memiliki siklus penuaan yang lebih panjang, penuaan operasional tahap awal masih dapat terjadi karena pencemaran lingkungan dan teknologi formulasi bahan. Sementara sebagian besar wilayah dapat mempertahankan kondisi dan karakteristik yang baik melalui gel silikon, penuaan adalah hal yang tidak dapat dihindari. Untuk memastikan operasi isolator yang aman, pemeriksaan awal diperlukan. Oleh karena itu, pemeriksaan berkala isolator bahan komposit diperlukan untuk mencegah penurunan lebih lanjut.
3.4 Masalah Mekanikal
Isolator bahan komposit menunjukkan penurunan kinerja mekanikal yang signifikan selama penggunaan. Saat ini, isolator plug internal digunakan, tetapi mereka memiliki persyaratan tinggi untuk metode penyambungan, dengan perbedaan yang signifikan dalam kemiringan creep dibandingkan dengan desain isolator rol tepi.
4 Penentuan Panjang Rantai Isolator dan Jarak Celah Udara Minimum untuk Garis UHV
4.1 Jarak Isolasi Listrik yang Dipertimbangkan dalam Desain Garis UHV
Persyaratan pencocokan isolasi untuk garis AC UHV 1000kV harus memastikan operasi yang aman dan andal dalam berbagai kondisi seperti frekuensi daya, overvoltage switching, dan overvoltage petir. Flashover frekuensi daya isolator adalah faktor kontrol utama untuk rantai isolator. Struktur isolasi luar biasanya dihitung berdasarkan toleransi pencemaran, dikombinasikan dengan pengalaman teknik yang ada, mempertimbangkan faktor-faktor seperti ketinggian dan penutupan es. Untuk overvoltage switching, overvoltage ganda 1.6p.u. dan 1.7p.u. diambil; ketika tegangan operasi tertinggi sistem adalah 1100kV, jika overvoltage switching tidak dapat mengontrol jumlah potongan isolator dan nilai hitungan kurang dari 50% tegangan pelepasan impuls rantai isolator, ada risiko pelepasan impuls. Dalam sistem UHV, overvoltage petir tidak memiliki hubungan langsung dengan tegangan operasi, dan tingkat isolasi luar yang tinggi membuat overvoltage petir bukan faktor penentu.
4.2 Panjang Rantai Isolator
Dalam kondisi tercemar, panjang rantai isolator ditentukan menggunakan metode anti-pencemaran. Ini termasuk: (1) mengukur tegangan flashover pencemaran 50% dari berbagai isolator di bawah kondisi atmosfer untuk mendapatkan hubungan antara tegangan flashover pencemaran 50% dan densitas garam dari berbagai isolator; (2) mengukur tegangan tahan isolator; (3) mengoreksi dan menghitung densitas garam garam yang larut; (4) kalibrasi efek rasio abu-garam pada kontaminasi permukaan isolator; (5) mengoreksi ketidakseragaman permukaan atas dan bawah; (6) melakukan koreksi ketinggian di ketinggian yang tinggi; dan (7) menghitung jumlah bagian isolator di bawah kondisi tegangan kerja maksimum.
4.3 Penentuan Jarak Celah Udara Minimum untuk Garis UHV
4.3.1 Perhitungan Jumlah Potongan Isolator Minimum untuk Operasi Normal
Makalah ini fokus pada isu ilmiah kunci dalam pemilihan celah minimum untuk garis transmisi UHV, menggunakan garis transmisi sirkuit tunggal sebagai objek penelitian. Ia mempelajari pengaruh jarak celah udara terhadap dimensi menara transmisi di bawah tegangan frekuensi daya dan efek petir, menentukan celah minimum menara transmisi menggunakan jarak celah udara yang diukur, dan mempertimbangkan dampak degradasi isolator terhadap struktur menara transmisi, mengusulkan celah minimum menara transmisi dengan mempertimbangkan degradasi isolator.
4.3.2 Penentuan Celah Overvoltage Switching
Ini melibatkan penentuan faktor keterpaduan statistik untuk operasi overvoltage switching berdasarkan perhitungan tegangan pelepasan pulsa kerja U50% untuk celah udara individual.
Di antaranya, Us mewakili overvoltage switching, diukur dalam kV; Z adalah konstanta, sehingga ditetapkan menjadi 2.45; untuk celah udara tunggal, σ1 ditetapkan menjadi 0.06; di antaranya, σm adalah varians dari beberapa celah udara, yang ditetapkan menjadi 0.024. Oleh karena itu:
Oleh karena itu, faktor keterpaduan statistik kc untuk overvoltage operasi celah udara garis adalah:
5 Aplikasi Isolator Komposit dalam Garis Transmisi Ultra-Tegangan Tinggi
Melalui operasi praktis garis yang ada di negara kita, telah ditemukan bahwa penggunaan isolator komposit dapat mengurangi biaya pemeliharaan garis dan pencemaran jaringan listrik. Di daerah tercemar, disarankan untuk menggunakan isolator komposit. Untuk garis transmisi 1000kV, disarankan untuk menggunakan isolator sekitar 9 meter tingginya, dan di daerah tercemar berat, isolator lebih dari 17 meter tingginya. Jika koneksi seri berganda diterapkan, tinggi isolator dapat disesuaikan lebih lanjut, tetapi ini juga akan meningkatkan berat dan panjang isolator, meningkatkan biaya garis.
Di daerah ketinggian dan tercemar berat, isolator komposit menawarkan keuntungan ekonomi dan teknis yang lebih tinggi. Ketika panjang rangkaian gabungan tidak melebihi 10 meter, dapat mengurangi area jendela menara, mengontrol beban menara, dan mengurangi kejadian kecelakaan flashover. Oleh karena itu, isolator bahan komposit memiliki keunggulan signifikan dalam aspek-aspek ini. Untuk memastikan operasi jangka panjang yang stabil dan andal dari garis transmisi ultra-tegangan tinggi, penelitian mendalam harus dilakukan.
Di satu sisi, penelitian tentang sifat mekanik isolator bahan komposit ultra-besar tonase harus dilakukan untuk membentuk standar dan metode pengujian yang efisien. Selain itu, sambil memastikan tekanan seragam pada isolator komposit, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk mengatasi gangguan elektromagnetik dan masalah pelepasan corona untuk meminimalkan kecelakaan tiba-tiba. Metode arcing yang wajar memastikan pembatasan busur yang efektif.
Struktur mekanik yang dioptimalkan menjamin bahwa isolator yang rusak tidak akan jatuh ke tanah. Standar kontrol kualitas yang ketat harus ditetapkan untuk melarang produk yang tidak memenuhi standar, dengan kontrol material yang ketat untuk batang inti dan rok, dan peningkatan teknik manufaktur dari sumbernya untuk mengurangi bahaya keselamatan operasional. Selama konstruksi, prosedur penyimpanan ilmiah harus diimplementasikan untuk mengendalikan kerusakan potensial secara ketat. Rencana pemeliharaan dan pemeriksaan yang efektif harus dieksekusi untuk mengidentifikasi bahaya keselamatan secara tepat waktu dan mengambil tindakan yang sesuai untuk memastikan keselamatan produksi.
6 Kesimpulan
Isolator komposit telah mendapatkan aplikasi yang semakin meningkat dalam jaringan listrik China dan telah menjadi komponen penting dalam konstruksi jaringan listrik. Mengingat persyaratan area penampang besar dan kondisi beban tinggi pada garis transmisi ultra-tegangan tinggi, isolator sintetis harus diprioritaskan daripada isolator kaca dan jenis lainnya. Seiring dengan peningkatan skala garis transmisi ultra-tegangan tinggi, tantangan yang lebih besar muncul, mengarah pada permintaan kinerja yang lebih tinggi.
Selain memastikan tekanan seragam pada isolator komposit, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk mengatasi gangguan elektromagnetik dan masalah pelepasan corona untuk meminimalkan kecelakaan tiba-tiba. Metode arcing yang wajar memastikan pembatasan busur yang efektif. Struktur mekanik yang dioptimalkan menjamin bahwa isolator yang rusak tidak akan jatuh ke tanah. Standar kontrol kualitas yang ketat harus ditetapkan untuk melarang produk yang tidak memenuhi standar, dengan kontrol material yang ketat untuk batang inti dan rok, dan peningkatan teknik manufaktur dari sumbernya untuk mengurangi bahaya keselamatan operasional.
Selama konstruksi, prosedur penyimpanan ilmiah harus diimplementasikan untuk mengendalikan kerusakan potensial secara ketat. Rencana pemeliharaan dan pemeriksaan yang efektif harus dieksekusi untuk mengidentifikasi bahaya keselamatan secara tepat waktu dan mengambil tindakan yang sesuai untuk memastikan keselamatan produksi.
