Kompleksowy Przegląd Linii EHV i Złożonych Izolatorów: Wyzwania Projektowe i Zastosowania

1 Charakterystyka i komponenty lini wysokiego napięcia

1.1 Charakterystyka lini wysokiego napięcia

Linie wysokiego napięcia charakteryzują się stosunkowo niskimi kosztami ze względu na mniejsze wymagania informacyjne. Zwykle używają dwóch przewodników, jeden połączony z dodatnim biegunem, a drugi z ujemnym biegunem. Linie przesyłowe prądu stałego są trwałe i mogą przesyłać prąd na duże odległości. W niektórych obiektach przesyłowych wysokiego napięcia w Chinach szeroko stosuje się również przesył prądu zmiennego, co jest szczególnie widoczne w codziennym życiu.

1.2 Linie wysokiego napięcia jako kluczowy komponent projektowania elektrycznego

W podstawowej pracy projektowej muszą być starannie przygotowane i wykonane rysunki inżynierskie niezbędne do budowy zgodnie z procedurami pracy. Wybór surowców do planów budowlanych, jak również rozsądne zaprojektowanie tras, metod budowy oraz odpowiednich wyzwań związanych z przechowywaniem przez zespół budowlany, zapewnia normalną pracę linii energetycznych, zwiększa efektywność pracy i poprawia skuteczność prac budowlanych.

2 Stan rozwoju linii nadzwyczaj wysokiego napięcia

W porównaniu do zwykłych linii, linie nadzwyczaj wysokiego napięcia (UHV) mają wyższe wymagania, takie jak poziom izolacji zewnętrznej, technologie inżynierii elektrotechnicznej i środki ochronne dla linii. Jeśli poziom izolacji zewnętrznej linii UHV nie spełnia standardów lub środki ochronne są niewystarczające, zwiększą się awarie, takie jak błyskawica zanieczyszczeń, przepięcia i przebicia. Dlatego stosowanie złożonych izolatorów na liniach UHV jest niezbędne i stanowi nieodłączną część nowoczesnej budowy sieci.

3 Problemy z złożonymi izolatorami w liniach UHV

3.1 Przebicie interfejsu

Problemy związane z uszkodzeniami elektrycznymi złożonych izolatorów są głównie spowodowane uderzeniami piorunów, co stanowi ponad połowę wszystkich uszkodzeń. Mimo ciągłych popraw materiałów, problem powtarzalnych uszkodzeń interfejsu nadal istnieje. W procesie produkcji zarówno rdzenie, jak i osłony wykazują znaczne zjawisko odpadania, a interfejsy między osłonami a średnicami rdzenia mogą być erozjonowane, co może prowadzić do uszkodzeń interfejsu i wpływać na żywotność izolatorów. Konieczna jest ciągła optymalizacja i poprawa produktów, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo awarii interfejsu.

3.2 Kruche pęknięcie rdzenia

Kruche pęknięcie rdzenia to powszechny typ awarii złożonych izolatorów często spotykany w liniach UHV. W trakcie procesu kruchego pęknięcia rdzenia, z powodu erozji kwasowej, włókna rdzenia stopniowo pękają pod wpływem erozji kwasowej, nawet powodując pęknięcie całego rdzenia pod małymi obciążeniami. Główne przyczyny są następujące:

Po pierwsze, zazwyczaj występuje w miejscach, gdzie gęstość pola końcowa wysokiego napięcia jest względnie wysoka. Odwrócenie pierścienia graduacyjnego może prowadzić do kruchego pęknięcia złożonych izolatorów. Aby rozwiązać ten problem, projekt i obróbka pierścieni graduacyjnych powinny zapewnić, że siła pola magnetycznego osiąga określony poziom, skutecznie unikając kruchego pęknięcia materiału.

Po drugie, pęknięcia mogą wystąpić, gdy osłona lub powierzchnia końcowa są uszkodzone. Jednakże, stosowanie nowych, wolnych od boru, kwasoodpornych rdzeni włóknistych znacząco poprawia ogólną odporność na kwas, znacznie zmniejszając ten problem. Warto zauważyć, że nie wszystkie rdzenie włókniste mają doskonałe właściwości odporności na kwas; dlatego konieczna jest ocena i wybór. Chociaż kruche pęknięcia mają duży wpływ na operacje, ich prawdopodobieństwo wystąpienia jest niskie i można je zmniejszyć za pomocą różnych interwencji.

3.3 Problemy związane z starzeniem

Po pewnym okresie użytkowania izolatory mogą doświadczać problemów związanych ze starzeniem, głównie spowodowanych czynnikami temperatury i powierzchniowego rozładowania. Mimo że materiały z kauczuku silikonowego mają dłuższy cykl starzenia, wczesne starzenie operacyjne nadal może wystąpić z powodu zanieczyszczenia środowiska i technologii formuł materiałów. Choć większość regionów może utrzymać dobre warunki i właściwości dzięki kauczukowi silikonowemu, starzenie jest nieuniknione. Aby zapewnić bezpieczne działanie izolatorów, konieczne są wczesne testy. Dlatego wymagane są regularne kontrole izolatorów złożonych, aby zapobiec dalszemu pogorszeniu.

3.4 Problemy mechaniczne

Izolatory złożone wykazują znaczne obniżenie wydajności mechanicznej podczas użytkowania. Obecnie stosowane są wewnętrzne izolatory typu wtyk, ale mają wysokie wymagania dotyczące sposobu połączeń, z istotnymi różnicami w nachyleniu pełzania w porównaniu do projektów izolatorów z brzegami zwiniętymi.

4 Określenie długości szeregu izolatorów i minimalnej odległości powietrznej dla linii UHV

4.1 Rozważana odległość izolacji elektrycznej w projekcie linii UHV

Wymagania dopasowania izolacji dla linii UHV 1000kV AC muszą zapewnić bezpieczne i niezawodne działanie w różnych warunkach, takich jak częstotliwość sieci, przełączanie przepięć i przepięcia piorunowe. Częstotliwościowe przepięcie izolatorów jest głównym czynnikiem kontrolnym dla szeregów izolatorów. Struktury zewnętrznej izolacji są zwykle obliczane na podstawie tolerancji zanieczyszczeń, w połączeniu z istniejącym doświadczeniem inżynieryjnym, uwzględniając czynniki, takie jak wysokość nad poziomem morza i pokrycie lodem. Dla przełączania przepięć, przepięcia wielokrotne wynoszą 1,6p.u. i 1,7p.u.; gdy najwyższe napięcie pracy systemu wynosi 1100kV, jeśli przełączanie przepięć nie może kontrolować liczby elementów izolatora i obliczona wartość jest niższa niż 50% impulsowego napięcia rozładowania szeregu izolatorów, istnieje ryzyko impulsowego rozładowania. W systemach UHV, przepięcia piorunowe nie mają bezpośredniego związku z napięciem pracy, a wysoki poziom zewnętrznej izolacji sprawia, że przepięcia piorunowe nie są decydującym czynnikiem.

4.2 Długość szeregu izolatorów

W warunkach zanieczyszczenia, długość szeregu izolatorów jest określana za pomocą metod antyzanieczyszczających. Obejmuje to: (1) pomiar napięcia przepięcia zanieczyszczeń różnych izolatorów w warunkach atmosferycznych, aby uzyskać relację między 50% napięciem przepięcia zanieczyszczeń a gęstością soli różnych izolatorów; (2) pomiar napięcia wytrzymałości izolatorów; (3) korektę i obliczenie gęstości soli rozpuszczalnych; (4) kalibrację wpływu proporcji popiołu do soli na zanieczyszczenie powierzchni izolatorów; (5) korektę nierównomierności górnej i dolnej powierzchni; (6) korektę wysokości na dużych wysokościach; oraz (7) obliczenie liczby sekcji izolatorów w warunkach maksymalnego napięcia pracy.

4.3 Określenie minimalnej odległości powietrznej dla linii UHV

4.3.1 Obliczenie minimalnej liczby elementów izolatora dla normalnej pracy

Ten artykuł koncentruje się na kluczowym naukowym zagadnieniu wyboru minimalnej odległości dla linii UHV, używając jednokolejkowych linii przesyłowych jako obiektu badań. Badano wpływ odległości powietrznej na wymiary wież przesyłowych pod wpływem częstotliwości sieciowej i efektów piorunowych, określając minimalną odległość wież przesyłowych za pomocą zmierzonych odległości powietrznych, oraz uwzględniając wpływ degradacji izolatorów na struktury wież przesyłowych, proponując minimalną odległość dla wież przesyłowych z uwzględnieniem degradacji izolatorów.

4.3.2 Określenie odległości powietrznej dla przepięć przełączania

Obejmuje to określenie statystycznego współczynnika dopasowania dla działania przepięć przełączania na podstawie obliczenia roboczego napięcia rozładowania impulsowego U50% dla pojedynczych odstępów powietrznych.

W tym przypadku Us reprezentuje przepięcie przełączania, mierzone w kV; Z jest stałą, więc jest ustawiona na 2,45; dla pojedynczego odstępu powietrznego, σ1 jest ustawiony na 0,06; σm to wariancja wielu odstępów powietrznych, która jest ustawiona na 0,024. Stąd:

Stąd, statystyczny współczynnik koordynacji kckc dla przepięć przełączania w odstępie powietrznym linii wynosi:

5 Zastosowanie złożonych izolatorów w liniach UHV

Na podstawie praktycznej eksploatacji istniejących linii w naszym kraju stwierdzono, że stosowanie złożonych izolatorów może zmniejszyć zarówno koszty utrzymania linii, jak i zanieczyszczenie sieci energetycznej. W obszarach zanieczyszczonych zaleca się stosowanie złożonych izolatorów. Dla linii przesyłowych 1000kV zaleca się użycie izolatorów o wysokości około 9 metrów, a w silnie zanieczyszczonych obszarach izolatorów o wysokości powyżej 17 metrów. Jeśli zostanie zastosowany wielokrotny szereg połączeń, wysokość izolatorów może być dalej dostosowana, jednak to również zwiększy wagę i długość izolatorów, podnosząc koszty linii.

W obszarach wysokogórskich i silnie zanieczyszczonych, złożone izolatory oferują wyższe korzyści ekonomiczne i techniczne. Gdy łączna długość szeregu nie przekracza 10 metrów, można zmniejszyć obszar okna wieży, kontrolować obciążenie wieży i zmniejszyć wystąpienie awarii przepięć. Dlatego złożone izolatory mają istotne zalety w tych aspektach. Aby zapewnić długoterminową stabilną i niezawodną pracę linii UHV, konieczne są dogłębną badania.

Z jednej strony, należy przeprowadzić badania nad właściwościami mechanicznymi super-wielotonowych złożonych izolatorów, aby sformułować efektywne standardy i metody testowania. Ponadto, zapewniając równomierne napięcie na złożonych izolatorach, należy podjąć odpowiednie środki, aby rozwiązać problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi i rozładowaniem koronowego, aby zminimalizować nagłe awarie. Rozsądna metoda łuku zapewnia skuteczne tłumienie łuku.

Optymalizowane struktury mechaniczne gwarantują, że uszkodzony izolator nie spadnie na ziemię. Powinno się ustalić ścisłe standardy kontroli jakości, aby zablokować produkty niedostatecznej jakości, z surową kontrolą materiałów dla rdzeni i spódnic, oraz poprawami technologii produkcji w źródle, aby zmniejszyć zagrożenia bezpieczeństwa operacyjnego. Podczas budowy należy wprowadzić naukową procedurę przechowywania, aby surowo kontrolować potencjalne uszkodzenia. Należy wykonać efektywne plany utrzymania i inspekcji, aby szybko identyfikować zagrożenia bezpieczeństwa i podejmować odpowiednie środki, aby zapewnić bezpieczeństwo produkcji.

6 Podsumowanie

Złożone izolatory zdobywają coraz szersze zastosowanie w chińskiej sieci energetycznej i stały się nieodzownym elementem budowy sieci energetycznej. Biorąc pod uwagę wymagania dotyczące dużych przekrojów i warunków wysokich obciążeń w liniach UHV, złożone izolatory powinny być priorytetowe w stosunku do izolatorów szklanych i innych typów. W miarę jak rośnie skalę linii UHV, pojawiają się nowe wyzwania, co prowadzi do wyższych wymagań dotyczących ich wydajności.

Oprócz zapewnienia równomiernej presji na złożonych izolatorach, należy podjąć odpowiednie środki, aby rozwiązać problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi i rozładowaniem koronowego, aby zminimalizować nagłe awarie. Rozsądna metoda łuku zapewnia skuteczne tłumienie łuku. Optymalizowane struktury mechaniczne gwarantują, że uszkodzony izolator nie spadnie na ziemię. Powinno się ustalić ścisłe standardy kontroli jakości, aby zablokować produkty niedostatecznej jakości, z surową kontrolą materiałów dla rdzeni i spódnic, oraz poprawami technologii produkcji w źródle, aby zmniejszyć zagrożenia bezpieczeństwa operacyjnego.

Podczas budowy należy wprowadzić naukową procedurę przechowywania, aby surowo kontrolować potencjalne uszkodzenia. Należy wykonać efektywne plany utrzymania i inspekcji, aby szybko identyfikować zagrożenia bezpieczeństwa i podejmować odpowiednie środki, aby zapewnić bezpieczeństwo produkcji.