En omfattande översikt över UHV-förselnät och kompositisolatorer: Utmaningar design och tillämpningar

1 Karaktäristik och komponenter av högspänningsledningar

1.1 Karaktäristik hos högspänningsledningar

Högspänningsledningar kännetecknas av deras relativt låga kostnad på grund av den mindre mängd information de kräver. De använder vanligtvis två ledare, en ansluten till det positiva polen och en annan till det negativa polen. DC-ledningar har uthållighet och kan överföra ström över långa avstånd. I vissa högspänningsanläggningar i Kina används också AC-overföring vidare, vilket är särskilt uppenbart i dagligt liv.

1.2 Högspänningsledningar som en viktig komponent i elektrisk design

I grundläggande designarbete måste konstruktionsritningar som krävs för byggnation noggrant förberedas och följas enligt arbetsprocedurerna. Välja råmaterial för byggnationsplaner, samt att konstruktionslaget utformar konstruktionsvägar, metoder och motsvarande lagringsutmaningar på ett rimligt sätt, säkerställer normal drift av elkraftledningar, förbättrar arbetseffektiviteten och ökar effektiviteten i konstruktionsarbetet.

2 Utvecklingsstatus för ultrahögspänningsledningar

Jämfört med vanliga ledningar har ultrahögspännings (UHV) ledningar högre krav, såsom externa isoleringsnivåer, elkrafttekniker och skyddsåtgärder för ledningar. Om UHV-ledningarnas externa isoleringsnivå inte är upp till standard eller om skyddsåtgärderna är otillräckliga, kommer fel som föroreningsflimring, överspänning och brytning att öka. Därför är det nödvändigt att använda kompositisolatorer på UHV-ledningar, vilket är en oumbärlig del av modern nätbyggnation.

3 Problem med kompositisolatorer i UHV-ledningar

3.1 Gränssnittsbrott

De elektriska skadeproblem som beror på kompositisolatorer orsakas huvudsakligen av blixtnedslag, vilket utgör mer än hälften av alla skador. Trots att materialen ständigt förbättras, finns problemet med återkommande gränssnittsbrott fortfarande kvar. Under produktion visar både kärnor och mantlar betydande lossningsfenomen, och gränssnitten mellan mantlar och stavens diameter kan urartas, vilket potentiellt kan leda till gränssnittsbrott och påverka isolatorernas livslängd. Kontinuerlig optimering och förbättring av produkterna är nödvändig för att minska sannolikheten för gränssnittsbrott.

3.2 Brittla brott i kärnstavar

Brittla brott i kärnstavar är en vanlig typ av kompositisolatorfel som ofta stöts på i UHV-ledningar. Under processen med brittla brott i kärnstavar, bryts kärnstavsfibrerna gradvis under verkan av syraerosion, även orsakar detta att hela kärnstaven bryts under små laster. De huvudsakliga orsakerna är följande:

För det första inträffar det vanligtvis vid positioner där ändterminalens fältstyrka är relativt hög. Att vända om gradningsringen kan leda till brittla brott i kompositmaterialisolatorer. För att lösa detta problem bör design och bearbetning av gradningsringar säkerställa att magnetfältstyrkan når den angivna nivån, vilket effektivt undviker materialbrott.

För det andra kan sprickor uppstå när manteln eller ändytan skadas. Men genom att använda nya boronfria fibrer med syreskyddande kärnstavar förbättras det totala syreskyddet betydligt, vilket minskar detta problem avsevärt. Det är värt att notera att inte alla fiberkärnstavar har utmärkta syreskyddande egenskaper; därför är prestandautvärdering och val nödvändiga. Trots att brittla brott har en betydande inverkan på drift, är sannolikheten för deras inträffande låg och kan minskas genom olika ingripanden.

3.3 Åldrandeproblem

Efter en period av användning kan isolatorer drabbas av åldrandeproblem främst orsakade av temperatur och ytoavgasningsfaktorer. Även om silikonkautschuksmaterial har en längre åldrandescykel kan tidig operationell åldring fortfarande inträffa på grund av miljöförorening och materialformuleringsteknik. Medan de flesta regioner kan behålla goda förhållanden och egenskaper genom silikongel, är åldrande oundvikligt. För att säkerställa isolatorernas säkra drift krävs tidiga tester. Därför krävs regelbundna inspektioner av kompositmaterialisolatorer för att förhindra vidare försämring.

3.4 Mekaniska problem

Kompositmaterialisolatorer visar betydande mekanisk prestandaförändring under användning. För närvarande används interna pluggisolatorer, men de har höga krav på monteringsmetoder, med betydande skillnader i kryphastighet jämfört med kantvalda isolatorer.

4 Bestämning av isolatorsträngslängd och minimal luftgapavstånd för UHV-ledningar

4.1 Elektriska isoleringsavstånd som beaktas i UHV-ledningsdesign

Isoleringsmatchningskraven för 1000kV AC UHV-ledningar måste säkerställa säker och pålitlig drift under olika förhållanden som nätspänning, spänningsomkoppling och blixtöverspänning. Nätspänningstilltagning av isolatorer är den primära kontrollfaktorn för isolatorsträngar. Externa isoleringsstrukturer beräknas vanligtvis baserat på smutsbeständighet, kombinerat med befintlig ingenjörspraxis, med hänsyn tagen till faktorer som höjd och isbeläggning. För spänningsomkoppling tas överspänningsegenskaper på 1.6p.u. och 1.7p.u. om systemets högsta driftsspänning är 1100kV, om spänningsomkoppling inte kan kontrollera antalet isolatorstycken och beräkningsvärdet är lägre än 50% av isolatorsträngens impulsdischargevolt, finns det risk för impulsdischarge. I UHV-system har blixtöverspänning ingen direkt relation till driftsspänning, och det höga externa isoleringsnivån gör att blixtöverspänning blir en icke-determinerande faktor.

4.2 Isolatorsträngslängd

Under förorenade förhållanden bestäms isolatorsträngslängden med hjälp av smutsbeständighetsmetoder. Detta inkluderar: (1) mätning av smutsflashover-volten för olika isolatorer under atmosfäriska förhållanden för att få relationen mellan 50%-smutsflashover-volt och salttäthet för olika isolatorer; (2) mätning av isolatorernas motståndsgrad; (3) korrigering och beräkning av salttäthet för lösbara salter; (4) kalibrering av aska-till-salt-förhållandets effekt på ytoförorening av isolatorer; (5) korrigering av ojämnhet mellan övre och nedre ytor; (6) höjdjustering vid höga höjder; och (7) beräkning av antalet isolatorsektioner under maximala driftsvoltsförhållanden.

4.3 Bestämning av minimal luftgapavstånd för UHV-ledningar

4.3.1 Beräkning av minimalt antal isolatorstycken för normal drift

Detta dokument fokuserar på den viktiga vetenskapliga frågan att välja minimalt avstånd för UHV-ledningar, med enskilda cirkuitsledningar som forskningsobjekt. Det studerar inflytandet av luftgapavstånd på dimensionsstorlekarna för överföringsstaplar under nätspänning och blifteffekter, fastställer minimala avstånd för överföringsstaplar med mätta luftgapavstånd, och beaktar påverkan av isolatordegradering på överföringsstaplar, och föreslår ett minimalt avstånd för överföringsstaplar med hänsyn till isolatordegradering.

4.3.2 Fastställande av spänningsomkopplingsgap

Detta innefattar fastställande av statistisk matchningsfaktor för spänningsomkoppling baserat på beräkningen av arbetande impulsdischargevolt U50% för enskilda luftgap.

Bland dessa representerar Us spänningsomkoppling, mätt i kV; Z är en konstant, därför sätts den till 2.45; för ett enda luftgap sätts σ1 till 0.06; bland dessa, σm är variansen för flera luftgap, som sätts till 0.024. Därför:

Därför är den statistiska samordningsfaktorn kckc för driftsöverspänning av linjeluftgap:

5 Användning av kompositisolatorer i ultrahögspänningsledningar

Genom praktiska operationer av befintliga ledningar i vårt land har det visat sig att användning av kompositisolatorer kan minska både underhållskostnaden för ledningar och förorening av elnätet. I förorenade områden rekommenderas det att använda kompositisolatorer. För 1000kV-ledningar rekommenderas det att använda isolatorer omkring 9 meter höga, och i svårt förorenade områden isolatorer över 17 meter höga. Om flera serieanslutningar används, kan höjden på isolatorerna justeras ytterligare, men detta kommer också att öka vikten och längden på isolatorerna, vilket ökar linjekostnaden.

I höghöjd och svårt förorenade områden erbjuder kompositisolatorer högre ekonomiska och tekniska fördelar. När den kombinerade stränglängden inte överstiger 10 meter, kan det minska stapelfönsterområdet, kontrollera stapelbelastningen och minska förekomsten av flashover-olyckor. Därför har kompositmaterialisolatorer betydande fördelar i dessa aspekter. För att säkerställa långsiktig stabil och pålitlig drift av ultrahögspänningsledningar måste djupgående forskning genomföras.

Å ena sidan bör studier av mekaniska egenskaper för ultrastora tonnage kompositmaterialisolatorer genomföras för att forma effektiva standarder och testmetoder. Dessutom, samtidigt som man säkerställer jämn tryckfördelning på kompositisolatorer, bör lämpliga åtgärder vidtas för att hantera elektromagnetisk interferens och koronaavgasningsproblem för att minimera plötsliga olyckor. En rimlig bågegenskap garanterar effektiv bågavstängning.

Optimerade mekaniska strukturer garanterar att en trasig isolator inte faller till marken. Stränga kvalitetskontrollstandarder bör etableras för att förbjuda undermåliga produkter, med strikt materialkontroll för kärnstavar och kjolar, och förbättringar i tillverkningsmetoder från källan för att minska driftsäkerhetsrisker. Under byggnation bör en vetenskaplig lagringsprocedur implementeras för att strikt kontrollera potentiella skador. Effektiva underhålls- och inspektionsplaner bör genomföras för att snabbt identifiera säkerhetsrisker och vidta motsvarande åtgärder för att säkerställa produktionsäkerhet.

6 Slutsats

Kompositisolatorer har fått alltmer tillämpning i Kinas elnät och har blivit en viktig komponent i elnätsbyggnation. Givet kraven på stora tvärsnitt och högbelastningsförhållanden i ultrahögspänningsledningar bör syntetiska isolatorer prioriteras framför glasisolatorer och andra typer. När skalorna för ultrahögspänningsledningar expanderar, uppstår fler utmaningar, vilket leder till högre krav på deras prestanda.

Bortom att säkerställa jämn tryckfördelning på kompositisolatorer bör lämpliga åtgärder vidtas för att hantera elektromagnetisk interferens och koronaavgasningsproblem för att minimera plötsliga olyckor. En rimlig bågegenskap garanterar effektiv bågavstängning. Optimerade mekaniska strukturer garanterar att en trasig isolator inte faller till marken. Stränga kvalitetskontrollstandarder bör etableras för att förbjuda undermåliga produkter, med strikt materialkontroll för kärnstavar och kjolar, och förbättringar i tillverkningsmetoder från källan för att minska driftsäkerhetsrisker.

Under byggnation bör en vetenskaplig lagringsprocedur implementeras för att strikt kontrollera potentiella skador. Effektiva underhålls- och inspektionsplaner bör genomföras för att snabbt identifiera säkerhetsrisker och vidta motsvarande åtgärder för att säkerställa produktionsäkerhet.