Kompletni pregled UHV prenosnih linija i kompozitnih izolatora: Izazovi dizajn i primene

1 Karakteristike i komponente visokonaponskih prenosnih linija

1.1 Karakteristike visokonaponskih prenosnih linija

Visokonaponske prenosne linije karakterišu relativno niske troškove zbog manjeg količina informacija koje zahtevaju. Obično koriste dva vodnika, jedan povezan sa pozitivnim polom, a drugi sa negativnim polom. DC prenosne linije imaju izdržljivost i mogu prenositi struju na velike rastojanja. U nekim visokonaponskim objektima u Kini se takođe široko koristi AC prenos, što je posebno očigledno u svakodnevnom životu.

1.2 Visokonaponske prenosne linije kao ključni element električnog dizajna

U osnovnim dizajnerskim radovima, inženjerski crteži potrebni za građevinske radove moraju biti pažljivo pripremljeni i slijedeni prema radnim postupcima. Odabir sirovih materijala za građevinske planove, kao i racionalni dizajn građevinskih ruta, metoda i odgovarajućih izazova skladištenja od strane građevinskog tima, osiguravaju normalnu operaciju elektroenergetske mreže, poboljšavaju efikasnost rada i unapređuju učinkovitost građevinskih radova.

2 Razvojno stanje ultravisokonaponskih prenosnih linija

U usporedbi s običnim linijama, ultravisokonaponske (UHV) linije imaju više zahtjeva, poput vanjskih nivoa izolacije, tehnologija energetskog inženjerstva i mera zaštite linija. Ako su vanjski nivoi izolacije UHV prenosnih linija ispod standarda ili su mjerila zaštite nedovoljna, porasti će greške poput onesnaživanja zagađenjem, preopterećenja i propadanja. Stoga je upotreba kompozitnih izolatora na UHV prenosnim linijama neophodna i neizbežna sastavnica moderne mrežne konstrukcije.

3 Problemi sa kompozitnim izolatorima na UHV prenosnim linijama

3.1 Propadanje sučelja

Električne probleme oštećenja kompozitnih izolatora uglavnom uzrokuju udari bleska, što čini više od polovine svih oštećenja. Iako se materijali neprestano unapređuju, problem ponovljivog oštećenja sučelja još uvijek postoji. Tijekom proizvodnje, i jezičnjaci i omotači pokazuju značajne pojave slaganja, a sučelja omotača i prečnici jezičnjaka mogu biti erozirani, što može dovesti do oštećenja sučelja i utjecati na vremenski period trajanja izolatora. Kontinuirana optimizacija i poboljšanje proizvoda su nužni kako bi se smanjila vjerojatnost propadanja sučelja.

3.2 Krhko lomača jezičnjaka

Krhko lomača jezičnjaka je uobičajena vrsta greške kompozitnih izolatora često susrećena na UHV prenosnim linijama. Tijekom procesa krhkog lomača, zbog kiselinskog eroziranja, vlakna jezičnjaka postepeno se lome pod dejstvom kiselinskog eroziranja, čak i do cijelog lomača jezičnjaka pod malim opterećenjima. Glavni razlozi su sljedeći:

Prvo, obično se dešava na pozicijama gdje je terminalno polje visokog napona relativno visoko. Okretanje prstenova razdiobe može dovesti do krhkog lomača kompozitnih materijala izolatora. Da bi se ovaj problem rešio, dizajn i obrada prstenova razdiobe trebaju osigurati da jačina magnetnog polja dostigne određeni nivo, efektivno izbegavajući krhko lomača materijala.

Drugo, pukotine mogu nastati kada je omotač ili end face oštećen. Međutim, upotreba novih bezbornih vlakana otpornih na kiselinu značajno poboljšava ukupnu otupljivost na kiseline, snažno smanjujući ovaj problem. Važno je napomenuti da nemaju svi vlakna jezičnjaka izvrsne karakteristike otupljivosti na kiseline; stoga je potrebna procjena performansi i odabir. Iako krhko lomača ima značajan utjecaj na operacije, njegova vjerojatnost pojavljivanja je niska i može se smanjiti putem različitih intervencija.

3.3 Problemi starjenja

Nakon određenog vremena korištenja, izolatori mogu doživjeti probleme starjenja, glavno uzrokovanje temperaturom i faktorima površinske razrade. Iako materijali od silikonske gume imaju duži ciklus starjenja, ranije operativno starjenje može se dogoditi zbog okruženjskog onesnaženja i tehnologije formulacije materijala. Dok većina regija može održavati dobre uvjete i karakteristike putem silikonske gelatine, starjenje je neizbežno. Da bi se osigurala sigurna operacija izolatora, potrebno je ranije testiranje. Stoga su potrebne redovne inspekcije kompozitnih materijala izolatora kako bi se sprečilo dalje deteroriranje.

3.4 Mekanički problemi

Kompozitni materijali izolatori pokazuju značajnu degeneraciju mehaničkih performansi tijekom korištenja. Trenutno se koriste unutrašnji plug-in izolatori, ali imaju visoke zahtjeve za metodama spojeva, s značajnim razlikama u nagibu kripanja u usporedbi s dizajnom rubnih valjaka izolatora.

4 Određivanje duljine nizova izolatora i minimalne udaljenosti vazdušnog presjeka za UHV linije

4.1 Električka izolacijska udaljenost koja se uzima u obzir u dizajnu UHV linija

Zahtjevi za izolacijskim uparivanjem 1000kV AC UHV linija moraju osigurati siguran i pouzdan rad pod različitim uvjetima, poput strujnog frekvencije, preključnih preopterećenja i preopterećenja bleskom. Frekvencijska razluka izolatora je glavni kontrolni faktor za nizove izolatora. Vanjske izolacijske strukture obično se izračunavaju na osnovu otpornosti na zagađenje, kombinirano sa postojećim inženjerskim iskustvom, uzimajući u obzir faktore poput nadmorske visine i ledenja. Za preključna preopterećenja, preopterećenja su uzeta 1.6p.u. i 1.7p.u.; kada je najviši radni napon sustava 1100kV, ako preključno preopterećenje ne može kontrolirati broj dijelova izolatora i izračunata vrijednost je niža od 50% impulsnog napona razlake izolatorskog niza, postoji rizik od impulsnog prelaska. U UHV sustavima, preopterećenje bleskom nema direktnu vezu s radnim naponom, a visoki vanjski nivo izolacije čini preopterećenje bleskom neodređujućim faktorom.

4.2 Duljina nizova izolatora

Pod zagađenim uvjetima, duljina nizova izolatora određuje se koristeći metode za prevenciju zagađenja. To uključuje: (1) mjerenje napona razlike zagađenja različitih izolatora pod atmosferskim uvjetima kako bi se dobila veza između 50% napona razlike zagađenja i gustoće soli različitih izolatora; (2) mjerenje otpornosti na napon izolatora; (3) korekcija i izračun gustoće soli rastvorljivih soli; (4) kalibracija utjecaja omjera pepela i soli na površinsko zagađenje izolatora; (5) korekcija neravnomjernosti gornjih i donjih površina; (6) korekcija visine na visokim nadmorskim visinama; i (7) izračun broja dijelova izolatora pod maksimalnim radnim naponima.

4.3 Određivanje minimalne udaljenosti vazdušnog presjeka za UHV linije

4.3.1 Izračun minimalnog broja dijelova izolatora za normalnu operaciju

Ovaj rad fokusira se na ključni znanstveni problem odabira minimalne razlike za UHV prenosne linije, koristeći jednosmjerna prenosne linije kao predmet istraživanja. Istražuje utjecaj udaljenosti vazdušnog presjeka na dimenzije prenosnih toranjeva pod strujnim frekvencijama i utjecajima bleska, određuje minimalnu razmak prenosnih toranjeva koristeći izmerene udaljenosti vazdušnog presjeka, i uzima u obzir utjecaj degeneracije izolatora na strukture prenosnih toranjeva, predlaže minimalnu razmak prenosnih toranjeva uzimajući u obzir degeneraciju izolatora.

4.3.2 Određivanje razmaka preključnog preopterećenja

To uključuje određivanje statističkog faktora uparivanja za operaciju preključnog preopterećenja na osnovu izračuna radnog impulsnog napona razlike U50% za pojedinačne vazdušne presjeke.

Među njima, Us predstavlja preključno preopterećenje, izraženo u kV; Z je konstanta, stoga je postavljena na 2.45; za pojedinačni vazdušni presjek, σ1 je postavljen na 0.06; među njima, σm je varijanca više vazdušnih presjeka, koja je postavljena na 0.024. Stoga:

Stoga, statistički koordinacioni faktor kckc za radno preopterećenje vazdušnog presjeka linije je:

5 Primjena kompozitnih izolatora na ultravisokonaponskim prenosnim linijama

Kroz praktičnu operaciju postojećih linija u našoj zemlji, utvrđeno je da upotreba kompozitnih izolatora može smanjiti troškove održavanja linija i onesnaženje mreže. U zagađenim područjima preporučuje se upotreba kompozitnih izolatora. Za 1000kV prenosne linije preporučuje se upotreba izolatora oko 9 metara visokih, a u teško zagađenim područjima izolatora više od 17 metara. Ako se primijene višestruki serijalni spojevi, visina izolatora može se dalje prilagoditi, ali to će također povećati težinu i duljinu izolatora, povećavajući troškove linije.

U područjima visokih nadmorskih visina i teško zagađenim područjima, kompozitni izolatori nude veće ekonomsko i tehničko prednosti. Kada ukupna duljina nizova ne prelazi 10 metara, može se smanjiti površina prozora toranja, kontrolirati opterećenje toranja i smanjiti pojavu incidenta razlake. Stoga, kompozitni materijali izolatori imaju značajne prednosti u ovim aspektima. Da bi se osigurala dugoročna stabilna i pouzdano operacija ultravisokonaponskih prenosnih linija, potrebno je provesti duboka istraživanja.

S jedne strane, trebala bi se provesti studija o mehaničkim svojstvima ultra-velikih tonaza kompozitnih materijala izolatora kako bi se formirali učinkoviti standardi i metode testiranja. Također, uz osiguranje uniformnog pritiska na kompozitne izolatore, trebale bi se poduzeti odgovarajuće mjere za rješavanje problema elektromagnetske interferencije i korona razrade kako bi se smanjile iznenadne nesreće. Razuman metod arkanja osigurava učinkovitu supresiju lukova.

Optimizirane mehaničke strukture osiguravaju da oštećeni izolator ne padne na tlo. Trebala bi se uspostaviti stroga kontrola kvalitete kako bi se zabranili nedovoljno kvalitetni proizvodi, uz strogu kontrolu materijala za jezičnjake i sporednice, te poboljšanje tehnika proizvodnje iz izvora kako bi se smanjili operativni sigurnosni rizici. Tijekom građevinskih radova, trebala bi se implementirati znanstvena procedura skladištenja kako bi se strogo kontrolirala potencijalna oštećenja. Trebalo bi se provoditi učinkoviti planovi održavanja i inspekcije kako bi se u vremenu identificirali sigurnosni rizici i poduzete odgovarajuće mjere kako bi se osigurala sigurnost proizvodnje.

6 Zaključak

Kompozitni izolatori dobivaju sve više primjene u električnoj mreži Kine i postaju ključni elementi u izgradnji električne mreže. S obzirom na zahtjeve za velikim presjecima i visokim opterećenjima u ultravisokonaponskim prenosnim linijama, sintetični izolatori trebaju biti prioritizirani nad staklenim izolatorima i drugim vrstama. S proširenjem skale ultravisokonaponskih prenosnih linija, pojavljuju se novi izazovi, što dovodi do većih zahtjeva za njihovim performansama.

Uz osiguranje uniformnog pritiska na kompozitne izolatore, trebale bi se poduzeti odgovarajuće mjere za rješavanje problema elektromagnetske interferencije i korona razrade kako bi se smanjile iznenadne nesreće. Razuman metod arkanja osigurava učinkovitu supresiju lukova. Optimizirane mehaničke strukture osiguravaju da oštećeni izolator ne padne na tlo. Trebala bi se uspostaviti stroga kontrola kvalitete kako bi se zabranili nedovoljno kvalitetni proizvodi, uz strogu kontrolu materijala za jezičnjake i sporednice, te poboljšanje tehnika proizvodnje iz izvora kako bi se smanjili operativni sigurnosni rizici.

Tijekom građevinskih radova, trebala bi se implementirati znanstvena procedura skladištenja kako bi se strogo kontrolirala potencijalna oštećenja. Trebalo bi se provoditi učinkoviti planovi održavanja i inspekcije kako bi se u vremenu identificirali sigurnosni rizici i poduzete odgovarajuće mjere kako bi se osigurala sigurnost proizvodnje.