Uitgebreid overzicht van UHV-zendlijnen en composiet isolatoren: uitdagingen ontwerp en toepassingen
1 Kenmerken en componenten van hoogspanningsleidingen
1.1 Kenmerken van hoogspanningsleidingen
Hoogspanningsleidingen worden gekenmerkt door hun relatief lage kosten als gevolg van de kleinere hoeveelheid informatie die ze vereisen. Ze gebruiken meestal twee geleiders, één verbonden met de positieve pool en de andere met de negatieve pool. Gelijkstroomleidingen hebben duurzaamheid en kunnen stroom over lange afstanden transporteren. In sommige hoogspanningsvoorzieningen in China wordt wisselstroom ook breed gebruikt, wat vooral duidelijk is in het dagelijks leven.
1.2 Hoogspanningsleidingen als een belangrijk onderdeel van elektrische ontwerpen
Bij basisontwerpwerkzaamheden moeten de bouwkundige tekeningen die nodig zijn voor de constructie zorgvuldig worden voorbereid en gevolgd volgens de werkprocedures. De selectie van grondstoffen voor bouwplannen, evenals het redelijke ontwerp van bouwroutes, methoden en bijbehorende opslaguitdagingen door het bouwteam, zorgen voor de normale werking van elektriciteitsleidingen, verbeteren de efficiëntie van het werk en versterken de effectiviteit van de bouwwerkzaamheden.
2 Ontwikkeling van ultra-hoogspanningsleidingen
In vergelijking met gewone leidingen hebben ultra-hoogspannings- (UHV) leidingen hogere eisen, zoals externe isolatie niveaus, elektriciteitsengineeringtechnologieën en leidingbeschermingsmaatregelen. Als het externe isolateniveau van UHV-leidingen niet voldoet of beschermende maatregelen ontoereikend zijn, nemen fouten zoals vervuilingflits, overspanning en doorslag toe. Daarom is het gebruik van composietisolatoren op UHV-leidingen essentieel en een onmisbaar onderdeel van moderne netconstructie.
3 Problemen met composietisolatoren in UHV-leidingen
3.1 Interface doorslag
De elektrische schade problemen van composietisolatoren worden voornamelijk veroorzaakt door blikseminslagen, wat meer dan de helft van alle schades uitmaakt. Hoewel materialen continu worden verbeterd, bestaat het probleem van herhaalde interfacedeformatie nog steeds. Tijdens de productie vertonen zowel kernstaven als mantels significante afscheurringverschijnselen, en de interfaces van mantels en staafdiameters kunnen worden weggevreten, wat kan leiden tot interfacedeformatie en de levensduur van isolatoren beïnvloeden. Continue optimalisatie en verbetering van producten zijn nodig om de kans op interfacedefecten te verkleinen.
3.2 Brittiele breuk van de kernstaaf
Brittiele breuk van de kernstaaf is een veelvoorkomend type compositie-isolatorfout dat vaak voorkomt in UHV-leidingen. Tijdens het proces van brittiele breuk van de kernstaaf, breekt de kernstaafvezel geleidelijk door zuurvertering, zelfs onder kleine belastingen. De hoofdredenen zijn als volgt:
Ten eerste komt het meestal voor op plaatsen waar de terminale veldsterkte van hoge spanning relatief hoog is. Het omdraaien van de gradatie ring kan leiden tot brittiele breuk van composietmaterialen isolatoren. Om dit probleem op te lossen, moet het ontwerp en de verwerking van gradatie ringen ervoor zorgen dat de magnetische veldsterkte het gespecificeerde niveau bereikt, waardoor materiaalbrittiele breuk effectief wordt voorkomen.
Ten tweede kunnen scheuren optreden wanneer de mantel of de bovenkant beschadigd is. Echter, het gebruik van nieuwe boronvrije vezelzuurremmende kernstaven verbetert de algehele zuurremming significant, waardoor dit probleem sterk wordt verminderd. Het is belangrijk op te merken dat niet alle vezelkernstaven uitstekende zuurremmende eigenschappen bezitten; daarom is prestatie-evaluatie en selectie nodig. Hoewel brittiele breuken een significant impact hebben op de operaties, is de kans op optreden laag en kan worden verlaagd door verschillende interventies.
3.3 Verouderingsproblemen
Na een periode van gebruik kunnen isolatoren verouderingsproblemen ondervinden, voornamelijk veroorzaakt door temperatuur en oppervlakteontlading factoren. Hoewel siliconerubbermaterialen een langere verouderingscyclus hebben, kan er vroeg stadium operationele veroudering optreden als gevolg van milieuvervuiling en materiaalformuleringstechnologie. Hoewel de meeste regio's goede condities en eigenschappen kunnen handhaven door middel van siliconengel, is veroudering onvermijdelijk. Om de veilige werking van isolatoren te garanderen, is vroege testen noodzakelijk. Periodieke inspecties van composietmaterialen isolatoren zijn vereist om verdere verslechtering te voorkomen.
3.4 Mechanische problemen
Composietmaterialen isolatoren tonen tijdens gebruik significante mechanische prestatievermindering. Momenteel worden interne plug-type isolatoren gebruikt, maar deze hebben hoge eisen aan verbindingstechnieken, met significante verschillen in kruiphoek in vergelijking met randgerolde isolatorontwerpen.
4 Bepaling van de lengte van de isolatorketting en de minimale luchtgapafstand voor UHV-leidingen
4.1 Elektrische isolatieafstand in overweging genomen bij UHV-leidingontwerp
De isolatiematchingsvereisten voor 1000kV AC UHV-leidingen moeten veilige en betrouwbare werking garanderen onder verschillende omstandigheden zoals netfrequentie, schakeloverspanning en bliksemoverspanning. De netfrequentie flits van isolatoren is de primaire controlefactor voor isolatorkettingen. Externe isolatiestructuren worden meestal berekend op basis van vervuilingstolerantie, gecombineerd met bestaande ingenieurservaring, rekening houdend met factoren zoals hoogte en ijsbedekking. Voor schakeloverspanning worden overspanningsfactoren van 1.6p.u. en 1.7p.u. genomen; wanneer de hoogste systeemoperatie-spanning 1100kV is, en als de schakeloverspanning het aantal isolatorstukken niet kan beheersen en de berekende waarde lager is dan 50% van de impulsontladingsspanning van de isolatorketting, is er een risico op impulsontlading. In UHV-systemen heeft bliksemoverspanning geen directe relatie met de bedrijfsspanning, en het hoge externe isolatieniveau maakt bliksemoverspanning een niet-bepalende factor.
4.2 Lengte van de isolatorketting
Onder vervuilde omstandigheden wordt de lengte van de isolatorketting bepaald met behulp van vervuilingsbestrijdingsmethoden. Dit omvat: (1) het meten van de vervuilingflitsspanning van verschillende isolatoren onder atmosferische omstandigheden om het verband tussen de 50%-vervuilingflitsspanning en de zoutdichtheid van verschillende isolatoren te verkrijgen; (2) het meten van de weerstandsspanning van isolatoren; (3) correctie en berekening van de zoutdichtheid van oplosbare zouten; (4) kalibratie van het effect van de as-zoutratio op de oppervlaktevervuiling van isolatoren; (5) correctie van de oneffenheid van de boven- en onderkanten; (6) correctie op grote hoogten; en (7) berekening van het aantal isolatorsecties onder maximale bedrijfsspanningsomstandigheden.
4.3 Bepaling van de minimale luchtgapafstand voor UHV-leidingen
4.3.1 Berekening van het minimum aantal isolatorstukken voor normale werking
Dit artikel richt zich op het belangrijke wetenschappelijke vraagstuk van de keuze van de minimale vrijstand voor UHV-transmissielijnen, met eenkabeltransmissielijnen als onderzoeksobject. Het onderzoekt de invloed van de luchtgapafstand op de afmetingen van transmissietorens onder netfrequentiespanning en bliksemeffecten, bepaalt de minimale vrijstand van transmissietorens met behulp van gemeten luchtgapafstanden, en neemt de impact van isolatordegradatie op transmissietorenstructuur in acht, en stelt een minimale vrijstand voor transmissietorens voor met inachtneming van isolatordegradatie.
4.3.2 Bepaling van de schakeloverspanningsgap
Dit omvat de bepaling van de statistische matchingsfactor voor schakeloverspanningsoperatie op basis van de berekening van de werkimpulsontladingsspanning U50% voor individuele luchtgappen.
Hierbij staat Us voor de schakeloverspanning, gemeten in kV; Z is een constante, dus wordt deze ingesteld op 2.45; voor een enkele luchtgap wordt σ1 ingesteld op 0.06; hierbij is σm de variantie van meerdere luchtgappen, die wordt ingesteld op 0.024. Dus:
Dus, de statistische coördinatiefactor kc voor de bedrijfs-overspanning van de lijnluchtgap is:
5 Toepassing van composietisolatoren in ultra-hoogspanningsleidingen
Door de praktische operatie van bestaande leidingen in ons land is gebleken dat het gebruik van composietisolatoren zowel de onderhoudskosten van de leidingen als de vervuiling van het elektriciteitsnet kan verminderen. In vervuilde gebieden wordt aanbevolen om composietisolatoren te gebruiken. Voor 1000kV-transmissielijnen wordt aangeraden om isolatoren van ongeveer 9 meter hoog te gebruiken, en in zwaar vervuilde gebieden isolatoren van meer dan 17 meter hoog. Als meerdere serieverbindingen worden aangenomen, kan de hoogte van de isolatoren verder worden aangepast, maar dit zal ook het gewicht en de lengte van de isolatoren verhogen, waardoor de kosten van de leiding toenemen.
In hooggelegen en zwaar vervuilde gebieden bieden composietisolatoren hogere economische en technische voordelen. Wanneer de gecombineerde kettinglengte niet meer dan 10 meter bedraagt, kan dit de torenramenoppervlakte verkleinen, de torenbelasting controleren en het optreden van flitsongevallen verminderen. Daarom hebben composietmaterialen isolatoren aanzienlijke voordelen in deze aspecten. Om de langetermijn stabiele en betrouwbare werking van UHV-transmissielijnen te garanderen, moet grondig onderzoek worden verricht.
Enerzijds moeten studies naar de mechanische eigenschappen van ultragroottonnage composietmaterialen isolatoren worden uitgevoerd om efficiënte normen en testmethoden te vormen. Bovendien, terwijl uniforme druk op composietisolatoren wordt gegarandeerd, moeten passende maatregelen worden getroffen om elektromagnetische storing en corona-ontladingproblemen aan te pakken om plotselinge ongelukken te minimaliseren. Een redelijke boogmethode zorgt voor effectieve boogonderdrukking.
Geoptimaliseerde mechanische structuren garanderen dat een gebroken isolator niet op de grond valt. Er moeten strikte kwaliteitscontrolestandaarden worden opgesteld om substandaardproducten te verbieden, met strikte materiaalcontrole voor kernstaven en rokken, en verbeteringen in productietechnieken van de bron om operationele veiligheidsrisico's te verkleinen. Tijdens de constructie moet een wetenschappelijke opslagprocedure worden geïmplementeerd om potentiële schade streng te controleren. Effectieve onderhouds- en inspectieplannen moeten worden uitgevoerd om veiligheidsrisico's tijdig te identificeren en overeenkomstige maatregelen te nemen om de productieveiligheid te garanderen.
6 Conclusie
Composietisolatoren krijgen steeds meer toepassing in China's elektriciteitsnet en zijn een essentieel onderdeel van de bouw van elektriciteitsnetten geworden. Gezien de eisen voor grote doorsneden en hoge belastingsomstandigheden in UHV-transmissielijnen, moeten synthetische isolatoren voorrang krijgen boven glazen isolatoren en andere types. Terwijl de schaal van UHV-transmissielijnen groeit, rijzen er meer uitdagingen, wat leidt tot hogere eisen aan hun prestaties.
Naast het garanderen van uniforme druk op composietisolatoren, moeten passende maatregelen worden getroffen om elektromagnetische storing en corona-ontladingproblemen aan te pakken om plotselinge ongelukken te minimaliseren. Een redelijke boogmethode zorgt voor effectieve boogonderdrukking. Geoptimaliseerde mechanische structuren garanderen dat een gebroken isolator niet op de grond valt. Er moeten strikte kwaliteitscontrolestandaarden worden opgesteld om substandaardproducten te verbieden, met strikte materiaalcontrole voor kernstaven en rokken, en verbeteringen in productietechnieken van de bron om operationele veiligheidsrisico's te verkleinen.
Tijdens de constructie moet een wetenschappelijke opslagprocedure worden geïmplementeerd om potentiële schade streng te controleren. Effectieve onderhouds- en inspectieplannen moeten worden uitgevoerd om veiligheidsrisico's tijdig te identificeren en overeenkomstige maatregelen te nemen om de productieveiligheid te garanderen.
