Komplett oversikt over UHV-overføringslinjer og sammensatte isolatorer: Utfordringer design og anvendelser

1 Karakteristika og komponenter i høyspenningskraftledninger

1.1 Karakteristika ved høyspenningskraftledninger

Høyspenningskraftledninger er kjennetegnet ved deres relativt lave kostnader på grunn av den mindre mengden informasjon de krever. De bruker vanligvis to ledere, en koblet til det positive polen og den andre til det negative polen. Diredrifts kraftledninger har holdbarhet og kan overføre strøm over lange avstander. I noen høyspenningsanlegg i Kina brukes også AC-overføring vidt, noe som er spesielt utbredt i dagliglivet.

1.2 Høyspenningskraftledninger som et viktig komponent i elektrisk design

I grunnleggende designarbeid må konstruksjonsplangrupper forberede og følge konstruksjonstegninger nøye etter arbeidsprosedyrer. Valg av råmaterialer for konstruksjonsplaner, samt det rasjonelle design av konstruksjonsruter, metoder, og tilhørende lagringsutfordringer fra konstruksjonsteamet, sikrer normal drift av kraftledningene, forbedrer arbeidseffektiviteten, og øker effektiviteten av konstruksjonsarbeidet.

2 Utviklingsstatus for ekstremt høyspenningskraftledninger

Sammenlignet med vanlige ledninger, har ekstremt høyspennings (UHV) ledninger høyere krav, som eksterne isolasjonsnivåer, kraftteknologi, og linjebeskyttelsesforanstaltninger. Hvis eksternt isolasjonsnivået til UHV-kraftledninger ikke er opp til standard eller beskyttelsesforanstaltninger er utilstrekkelige, vil feil som forurensningsflimring, overvoltage, og bryting øke. Derfor er det essensielt å bruke sammensatte isolatorer på UHV-kraftledninger, og dette er en uunngåelig del av moderne nettbygging.

3 Problemer med sammensatte isolatorer i UHV-kraftledninger

3.1 Grenseskade

Elektriske skadeutfordringer ved sammensatte isolatorer skyldes hovedsakelig lynnedslag, som utgjør mer enn halvparten av alle skader. Selv om materialer stadig forbedres, eksisterer problemet med gjentatte grenseskader fortsatt. Under produksjon viser både kjernestanger og beklædninger betydelig skelling, og grenseflater mellom beklædninger og stangdiameter kan bli erosert, noe som potensielt kan føre til grenseskade og påvirke levetiden til isolatorer. Kontinuerlig optimalisering og forbedring av produkter er nødvendig for å redusere sannsynligheten for grenseskade.

3.2 Brittelfraktur i kjernestanger

Brittelfraktur i kjernestanger er en vanlig type feil ved sammensatte isolatorer som ofte oppstår i UHV-kraftledninger. Under prosessen med brittelfraktur i kjernestanger, gradvis brytes kjernestangsfiberne under virkningen av syreerosjon, og kan enda føre til at hele kjernestangen brytes under små belastninger. De hovedgrunnene er som følger:

Først, forekommer det vanligvis ved posisjoner hvor feltstyrken ved høy spenning er relativt høy. Omvending av graderingssirkel kan føre til brittelfraktur av sammensatte materialisolatorer. For å løse dette problemet, skal design og behandling av graderingssirkler sikre at magnetfeltstyrken når det angitte nivået, effektivt unngå materiell brittelfraktur.

For det andre, kan sprøkking oppstå når beklædningen eller endeflaten er skadet. Imidlertid, ved bruk av nye boronfrie fibermed syrebestandige kjernestanger, blir helhetlig syrebestandighet betydelig forbedret, noe som reduserer dette problemet sterkt. Det er verdt å merke seg at ikke alle fiberkjernestanger har fremragende syrebestandige egenskaper; derfor er det nødvendig med ytelsevurdering og utvelgelse. Selv om brittelfrakturer har stor innvirkning på drift, er forekomsten lav og kan reduseres gjennom ulike inngrep.

3.3 Aldringsspørsmål

Etter en periode med bruk, kan isolatorer oppleve aldringsspørsmål, primært forårsaket av temperatur og overflateutslippfaktorer. Selv om silikonkautsjuk har en lengre aldringscyklus, kan tidlig operativ aldring fremdeles oppstå på grunn av miljøforurensning og materialformuleringsteknologi. Mens de fleste regioner kan opprettholde gode forhold og egenskaper gjennom silikongel, er aldring uunngåelig. For å sikre trygg drift av isolatorer, er det nødvendig med tidlig testing. Derfor er periodiske inspeksjoner av sammensatt materialeisolatorer nødvendige for å unngå videre forverring.

3.4 Mekaniske spørsmål

Sammensatte materialeisolatorer viser signifikant mekanisk ytelsesnedgang under bruk. For tiden brukes interne pluggetype isolatorer, men de har høye krav til forbindermetoder, med betydelige forskjeller i krypingsslope sammenlignet med randrullisolatordesign.

4 Fastsetting av isolatorstrenglengde og minimum luftgapavstand for UHV-ledninger

4.1 Elektrisk isolasjonsavstand vurdert i UHV-ledningsdesign

Isolasjonsmatchingskravene for 1000kV AC UHV-ledninger må sikre trygg og pålitelig drift under ulike forhold som nettfrekvens, slagskifteovervoltage, og lynovervoltage. Nettfrekvensflimring av isolatorer er den primære kontrollfaktoren for isolatorstrenger. Eksterne isolasjonsstrukturer beregnes vanligvis basert på forurensningstoleranse, kombinert med eksisterende ingeniørfaring, med hensyn til faktorer som høyde og isdekning. For slagskifteovervoltage, tas overvoltagefaktorer på 1.6 p.u. og 1.7 p.u.; når systemets høyeste driftsspenning er 1100kV, hvis slagskifteovervoltage ikke kan kontrollere antallet isolatorer og beregningsverdien er lavere enn 50% av impulsavslippsvoltage for isolatorstrengen, er det risiko for impulsavslipp. I UHV-systemer har lynovervoltage ingen direkte relasjon til driftsspenning, og det høye eksterne isolasjonsnivået gjør at lynovervoltage ikke er en avgjørende faktor.

4.2 Isolatorstrenglengde

Under forurensete forhold fastsettes lengden av isolatorstrengen ved hjelp av anti-forurensningsmetoder. Dette inkluderer: (1) måling av forurensningsflimringsspenningen til ulike isolatorer under atmosfæriske forhold for å få forholdet mellom 50%-forurensningsflimringsspenning og salttetthet for ulike isolatorer; (2) måling av standfasthetsspenningen til isolatorer; (3) retting og beregning av salttetthet for løselige salter; (4) kalibrering av effekten av aske-til-saltforhold på overflateforurensning av isolatorer; (5) retting av ulikhet mellom øvre og nedre flater; (6) høydekorrigering ved høye høyder; og (7) beregning av antall isolatorseksjoner under maksimal driftsspenning.

4.3 Fastsetting av minimum luftgapavstand for UHV-ledninger

4.3.1 Beregning av minimum antall isolatorer for normal drift

Denne artikkelen fokuserer på den viktige vitenskapelige utfordringen med å velge minimum klargjøring for UHV-kraftledninger, ved bruk av enkeltkretsledninger som forskningsobjekt. Den studerer påvirkningen av luftgapavstand på transmisjonstårndimensjoner under nettfrekvensspenning og lynvirkninger, fastsetter minimum klargjøring av transmisjonstårn ved hjelp av målte luftgapavstander, og tar hensyn til effekten av isolatoraldring på transmisjonstårnstrukturen, og foreslår en minimum klargjøring for transmisjonstårn som tar hensyn til isolatoraldring.

4.3.2 Fastsetting av slagskifteovervoltage gap

Dette innebærer fastsetting av statistisk matchingsfaktor for slagskifteovervoltageoperasjon basert på beregning av arbeidsimpulsavslippsvoltage U50% for individuelle luftgapper.

Her representerer Us slagskifteovervoltage, målt i kV; Z er en konstant, derfor settes den til 2.45; for ett enkelt luftgap, settes σ1 til 0.06; her, σm er variansen av flere luftgapper, som settes til 0.024. Derfor:

Derfor er den statistiske koordineringsfaktoren kckc for driftsovervoltage av linje-luftgap:

5 Bruk av sammensatte isolatorer i ekstremt høyspenningskraftledninger

Gjennom praktisk drift av eksisterende ledninger i vårt land, har det blitt funnet at bruk av sammensatte isolatorer kan redusere både vedlikeholdsomkostninger for ledningen og forurensning av kraftnettet. I forurensete områder anbefales det å bruke sammensatte isolatorer. For 1000kV-transmisjonsledninger anbefales det å bruke isolatorer på omtrent 9 meter høye, og i sterkt forurensete områder isolatorer over 17 meter høye. Hvis flere serieforbindelser benyttes, kan høyden av isolatorer justeres ytterligere, men dette vil også øke vekten og lengden av isolatorer, øke kostnaden for ledningen.

I høyland og sterkt forurensete områder gir sammensatte isolatorer høyere økonomiske og tekniske fordeler. Når kombinerte strenglengder ikke overstiger 10 meter, kan det redusere tårnvinduområdet, kontrollere tårnbelastningen, og redusere forekomsten av flimringshendelser. Derfor har sammensatte materialeisolatorer betydelige fordeler i disse aspektene. For å sikre langvarig stabil og pålitelig drift av ekstremt høyspenningskraftledninger, må det gjennomføres grundig forskning.

På den ene siden bør studier av mekaniske egenskaper ved ekstremt store tonnasje sammensatte materialeisolatorer gjennomføres for å danne effektive standarder og testmetoder. I tillegg, mens uniform trykk på sammensatte isolatorer sikres, bør passende tiltak tas for å håndtere elektromagnetisk støy og koronaavslippproblemer for å minimere plutselige hendelser. En rimelig buekveldsmetode sikrer effektiv buedemping.

Optimaliserte mekaniske strukturer garanterer at en brutt isolator ikke faller ned på bakken. Streng kvalitetskontrollstandarder bør etableres for å forby understandardprodukter, med streng materiellkontroll for kjernestanger og kjoler, og forbedringer i produksjonsteknikker fra kildetilstand for å redusere driftssikkerhetsrisiko. Under konstruksjon bør en vitenskapelig lagringprosess implementeres for å strengt kontrollere potensielle skader. Effektive vedlikeholds- og inspeksjonsplaner bør utføres for å raskt identifisere sikkerhetsrisikoer og ta tilsvarende tiltak for å sikre produksjonstrygghet.

6 Konklusjon

Sammensatte isolatorer har fått økt bruk i Kinas kraftnett og har blitt en nødvendig komponent i kraftnettbygging. Gitt kravene til store tversnitt og høy last i ekstremt høyspenningskraftledninger, bør syntetiske isolatorer prioriteres over glasisolatorer og andre typer. Med økende skala av ekstremt høyspenningskraftledninger, oppstår flere utfordringer, som fører til høyere krav til yteevnen.

I tillegg til å sikre uniformt trykk på sammensatte isolatorer, bør passende tiltak tas for å håndtere elektromagnetisk støy og koronaavslippproblemer for å minimere plutselige hendelser. En rimelig buekveldsmetode sikrer effektiv buedemping. Optimaliserte mekaniske strukturer garanterer at en brutt isolator ikke faller ned på bakken. Streng kvalitetskontrollstandarder bør etableres for å forby understandardprodukter, med streng materiellkontroll for kjernestanger og kjoler, og forbedringer i produksjonsteknikker fra kildetilstand for å redusere driftssikkerhetsrisiko.

Under konstruksjon bør en vitenskapelig lagringprosess implementeres for å strengt kontrollere potensielle skader. Effektive vedlikeholds- og inspeksjonsplaner bør utføres for å raskt identifisere sikkerhetsrisikoer og ta tilsvarende tiltak for å sikre produksjonstrygghet.