Обзор ультравысоковольтных линий электропередачи и композитных изоляторов: вызовы проектирования и применения

1 Характеристики и компоненты высоковольтных линий электропередачи

1.1 Характеристики высоковольтных линий электропередачи

Высоковольтные линии электропередачи характеризуются относительно низкой стоимостью благодаря меньшему количеству требуемой информации. Обычно они используют два проводника, один из которых подключен к положительному полюсу, а другой — к отрицательному. Линии передачи постоянного тока обладают долговечностью и могут передавать ток на большие расстояния. В некоторых высоковольтных объектах в Китае также широко применяется передача переменного тока, что особенно заметно в повседневной жизни.

1.2 Высоковольтные линии электропередачи как основной компонент электротехнического проектирования

В базовой проектной работе строительные чертежи, необходимые для строительства, должны быть тщательно подготовлены и выполнены в соответствии с рабочими процедурами. Выбор сырья для строительных планов, а также рациональное проектирование маршрутов, методов строительства и соответствующих проблем хранения строительной командой обеспечивают нормальную работу линий электропередачи, повышают эффективность работы и улучшают результативность строительных работ.

2 Состояние развития сверхвысоковольтных линий электропередачи

По сравнению с обычными линиями, сверхвысоковольтные (СВВ) линии имеют более высокие требования, такие как уровни внешней изоляции, технологии электроэнергетического инжиниринга и меры защиты линий. Если уровень внешней изоляции СВВ линий не соответствует стандартам или защитные меры недостаточны, увеличивается вероятность таких неисправностей, как загрязнение, перенапряжение и пробой. Поэтому использование композитных изоляторов на СВВ линиях является обязательным и неотъемлемой частью современного строительства сетей.

3 Проблемы с композитными изоляторами на сверхвысоковольтных линиях электропередачи

3.1 Пробой интерфейса

Проблемы электрических повреждений композитных изоляторов в основном вызваны ударом молнии, что составляет более половины всех повреждений. Несмотря на непрерывное улучшение материалов, проблема повторяющегося повреждения интерфейса все еще существует. Во время производства наблюдается значительное осыпание как сердечников, так и оболочек, и интерфейсы между оболочками и диаметром сердечников могут подвергаться эрозии, что может привести к повреждению интерфейса и влиянию на срок службы изоляторов. Необходимо непрерывное оптимизирование и улучшение продуктов, чтобы снизить вероятность отказа интерфейса.

3.2 Хрупкий разрыв сердечника

Хрупкий разрыв сердечника — это распространенный тип неисправности композитных изоляторов, часто встречающийся на СВВ линиях. Во время процесса хрупкого разрыва сердечника, вследствие воздействия кислотной коррозии, волокна сердечника постепенно разрушаются, что даже может привести к разрыву всего сердечника при малых нагрузках. Основные причины следующие:

Первое, это обычно происходит в местах, где конечное напряжение высокого напряжения относительно высокое. Переворот градационного кольца может привести к хрупкому разрыву композитных изоляторов. Для решения этой проблемы дизайн и обработка градационных колец должны обеспечивать, чтобы магнитная индукция достигала заданного уровня, эффективно предотвращая хрупкий разрыв материала.

Второе, трещины могут возникнуть, когда оболочка или торцевая поверхность повреждены. Однако использование новых борсодержащих волокон, устойчивых к кислоте, значительно улучшает общую устойчивость к кислоте, значительно снижая эту проблему. Стоит отметить, что не все волоконные сердечники обладают отличными характеристиками устойчивости к кислоте; поэтому необходима оценка и выбор. Хотя хрупкие разрывы оказывают значительное влияние на эксплуатацию, их вероятность невелика и может быть снижена различными вмешательствами.

3.3 Проблемы старения

После некоторого периода использования изоляторы могут столкнуться с проблемами старения, главным образом вызванными температурой и поверхностными разрядами. Хотя материалы на основе силиконового каучука имеют более длительный цикл старения, раннее операционное старение может происходить из-за загрязнения окружающей среды и технологий формулирования материалов. Хотя большинство регионов могут поддерживать хорошие условия и характеристики с помощью силиконового геля, старение неизбежно. Для обеспечения безопасной работы изоляторов необходимо проведение ранних испытаний. Поэтому требуется периодическая проверка композитных изоляторов, чтобы предотвратить дальнейшее ухудшение.

3.4 Механические проблемы

Композитные изоляторы демонстрируют значительное снижение механических характеристик во время использования. В настоящее время используются внутренние вставные изоляторы, но они имеют высокие требования к способам соединения, с существенными различиями в скорости ползучести по сравнению с дизайном изоляторов с завальцованными краями.

4 Определение длины цепочки изоляторов и минимального воздушного зазора для СВВ линий

4.1 Электрическое изоляционное расстояние, учитываемое при проектировании СВВ линий

Требования к согласованию изоляции для 1000 кВ СВВ линий должны обеспечивать безопасную и надежную работу в различных условиях, таких как промышленная частота, коммутационное перенапряжение и грозовое перенапряжение. Промышленная частота пробоя изоляторов является основным фактором управления цепочками изоляторов. Внешние изоляционные конструкции обычно рассчитываются на основе устойчивости к загрязнению, с учетом имеющегося опыта проектирования, учитывая такие факторы, как высота и покрытие льдом. Для коммутационного перенапряжения берутся значения 1,6 p.u. и 1,7 p.u.; если при максимальном рабочем напряжении системы 1100 кВ коммутационное перенапряжение не может контролировать количество изоляторов, и расчетное значение ниже 50% импульсного разрядного напряжения цепочки изоляторов, существует риск импульсного разряда. В системах СВВ грозовое перенапряжение не имеет прямого отношения к рабочему напряжению, и высокий уровень внешней изоляции делает грозовое перенапряжение неопределяющим фактором.

4.2 Длина цепочки изоляторов

В условиях загрязнения длина цепочки изоляторов определяется методами антизагрязнения. Это включает: (1) измерение напряжения загрязненного пробоя различных изоляторов в атмосферных условиях, чтобы получить зависимость 50%-го напряжения загрязненного пробоя от плотности соли различных изоляторов; (2) измерение выдерживаемого напряжения изоляторов; (3) корректировку и расчет плотности растворимых солей; (4) калибровку влияния отношения пепла к соли на загрязнение поверхности изоляторов; (5) корректировку неравномерности верхней и нижней поверхностей; (6) корректировку на высоту; и (7) расчет количества секций изоляторов при максимальном рабочем напряжении.

4.3 Определение минимального воздушного зазора для СВВ линий

4.3.1 Расчет минимального количества изоляторов для нормальной работы

В данной работе рассматривается ключевой научный вопрос выбора минимального зазора для СВВ линий, используя одноцепные линии передачи в качестве объекта исследования. Изучается влияние воздушного зазора на размеры опор под воздействием промышленного напряжения и грозовых эффектов, определяется минимальный зазор опор с использованием измеренных воздушных зазоров, и учитывается влияние деградации изоляторов на конструкцию опор, предлагается минимальный зазор опор с учетом деградации изоляторов.

4.3.2 Определение зазора для коммутационного перенапряжения

Это включает определение статистического коэффициента согласования для коммутационного перенапряжения на основе расчета рабочего импульсного разрядного напряжения U50% для отдельных воздушных зазоров.

Здесь Us представляет собой коммутационное перенапряжение, измеряемое в кВ; Z — это постоянная, поэтому она установлена на 2,45; для одиночного воздушного зазора σ1 установлено на 0,06; среди этих, σm — это дисперсия нескольких воздушных зазоров, которая установлена на 0,024. Таким образом:

Таким образом, статистический коэффициент согласования kckc для коммутационного перенапряжения воздушного зазора линии равен:

5 Применение композитных изоляторов на сверхвысоковольтных линиях электропередачи

На основе практической эксплуатации существующих линий в нашей стране было установлено, что использование композитных изоляторов позволяет снизить как затраты на обслуживание линий, так и загрязнение сети. В загрязненных районах рекомендуется использовать композитные изоляторы. Для 1000 кВ линий передачи рекомендуется использовать изоляторы высотой около 9 метров, а в сильно загрязненных районах — изоляторы высотой более 17 метров. Если используется несколько последовательных соединений, высота изоляторов может быть дополнительно скорректирована, но это также увеличит вес и длину изоляторов, повышая стоимость линии.

В высоко расположенных и сильно загрязненных районах композитные изоляторы имеют более высокие экономические и технические преимущества. Когда длина комбинированной цепочки не превышает 10 метров, можно уменьшить площадь окна опоры, контролировать нагрузку на опору и снизить вероятность аварийных пробоев. Поэтому композитные изоляторы имеют значительные преимущества в этих аспектах. Для обеспечения долгосрочной стабильной и надежной работы сверхвысоковольтных линий необходимо провести углубленные исследования.

С одной стороны, следует провести исследования механических свойств композитных изоляторов сверхбольших тоннажей, чтобы сформировать эффективные стандарты и методы тестирования. Кроме того, при обеспечении равномерного давления на композитные изоляторы, следует принять соответствующие меры для решения проблем электромагнитных помех и коронного разряда, чтобы минимизировать внезапные аварии. Разумный метод дугогашения обеспечивает эффективное подавление дуг.

Оптимизированные механические конструкции гарантируют, что сломанный изолятор не упадет на землю. Необходимо установить строгие стандарты контроля качества, запрещающие некачественные продукты, с жестким контролем материалов для сердечников и юбок, и улучшением технологий производства, чтобы снизить риски безопасности эксплуатации. В процессе строительства следует внедрять научные процедуры хранения, чтобы строго контролировать потенциальные повреждения. Необходимо выполнять эффективные программы обслуживания и проверок, чтобы своевременно выявлять риски безопасности и принимать соответствующие меры, чтобы обеспечить безопасность производства.

6 Заключение

Композитные изоляторы получили все более широкое применение в энергетической сети Китая и стали важным компонентом строительства энергосетей. Учитывая требования к большим сечениям и высоким нагрузкам на сверхвысоковольтных линиях, следует отдавать предпочтение синтетическим изоляторам, а не стеклянным и другим типам. По мере расширения масштабов сверхвысоковольтных линий возникают новые вызовы, что приводит к более высоким требованиям к их характеристикам.

Кроме обеспечения равномерного давления на композитные изоляторы, следует принять соответствующие меры для решения проблем электромагнитных помех и коронного разряда, чтобы минимизировать внезапные аварии. Разумный метод дугогашения обеспечивает эффективное подавление дуг. Оптимизированные механические конструкции гарантируют, что сломанный изолятор не упадет на землю. Необходимо установить строгие стандарты контроля качества, запрещающие некачественные продукты, с жестким контролем материалов для сердечников и юбок, и улучшением технологий производства, чтобы снизить риски безопасности эксплуатации.

В процессе строительства следует внедрять научные процедуры хранения, чтобы строго контролировать потенциальные повреждения. Необходимо выполнять эффективные программы обслуживания и проверок, чтобы своевременно выявлять риски безопасности и принимать соответствующие меры, чтобы обеспечить безопасность производства.