Analyse af sikkerhed og pålidelighed for mellemspændingsafbrydere
Som en professionel inden for drift af kraftsystemer anerkender jeg, at mellemspændings (MV) skruddæk spiller en central rolle i strømforsyning, måling og beskyttelse. At sikre dets driftssikkerhed og -pålidelighed er afgørende – enhver fejl kan alvorligt forstyrre hele kraftsystemet. For at forbedre pålideligheden skal vi prioritere designoptimeringer, der gør, at MV-skruddæk kan udføre sine funktioner og beskytte netstabiliteten.
1. Definition af mellemspændingsskruddæk
I min praksis refererer MV-skruddæk til metalbeklædte skruddæk som defineret i GB 3906–2020 AC Metal-Beklædte Skruddæk og Kontrolekspeditioner for Nominelle Spændinger fra 3.6 kV til 40.5 kV: udstyr fuldt omsluttet af metalkasser med undtagelse af indgående/udgående ledere.
I kraftsystemer udfører MV-skruddæk nøglefunktioner: skift, måling, strømforsyning og beskyttelse over generering, transmission og distributionstrin. Under operation justerer jeg dens konfiguration baseret på nettets behov – forbinder eller afbryder udstyr/forbindelser for at opretholde stabilitet. Når fejl opstår i netværksenheder eller linjer, bruger jeg MV-skruddæk til hurtigt at isolere den defekte sektion, hvilket sikrer uafbrudt strømforsyning til urelatede områder.
2. Vigtigheden af at sikre MV-skruddæks pålidelighed
MV-skruddæk anvendes bredt i kraftsystemer. Med Kinas netudvidelse og stigende kompleksitet bærer net nu tungere belastninger for at imødekomme samfundsmæssige behov. Ud fra min erfaring kan kun ved at sikre MV-skruddæks pålidelighed det effektivt håndtere strømforsyning, måling og beskyttelse, og dermed opretholde den samlede netstabilitet.
Enhver sikkerhedsbegivenhed eller driftsfejl i MV-skruddæk vil destabilisere distributionsystemet, hvilket vil underminere strømforsyningen. I alvorlige tilfælde kan det føre til store nedbrud, hvilket resulterer i betydelige økonomiske tab for samfundlig produktion. Derfor lægger jeg vægt på at forbedre MV-skruddæks pålidelighed gennem flerfacetterede foranstaltninger, hvilket sikrer stabil funktionalitet og netsupport.
3. Strategier for at forbedre MV-skruddæks pålidelighed
3.1 Rationel design af kassestruktur
Videnskabelig kassedesign er grundlæggende for at sikre MV-skruddæks pålidelighed, hvilket jeg prioriterer i ingeniørpraksis. For eksempel:
Disse designoptimeringer er i overensstemmelse med branchens bedste praksis, hvilket sikrer, at MV-skruddæk opfylder sikkerheds- og ydelseskrav i reelt driftsforhold.
3.2 Rationel design af isolationsstruktur
For at forbedre sikkerheden og pålideligheden af mellem- og lavspændingsskruddæk er styrkelse af isolationsdesign afgørende. I praktisk design skal faktorer som designomkostninger og miljøbeskyttelse også tages i betragtning ud over at opfylde isolationskrav.
3.2.1 Rationel valg af isolerende gasser
I mellemspændingsskruddæk har SF₆-gas været det primære isolerende medium. Men den er ikke bare giftig, men har også en ekstremt høj GWP (Global Warming Potential). Selvom CO₂ er en drivhusgas med en høj GWP, har SF₆-gas en GWP 23.900 gange så høj som CO₂, hvilket understreger dens betydelige skade på det naturlige miljø. For mellem- og lavspændingsskruddæk med ikke-kritiske afbrydelsesperformancer, kan vi forsøge at erstatte SF₆-gas med N₂ eller tørt luft. Sammenlignet med SF₆-gas, kan N₂ og tørt lufts isolationsydeevne nå 30% af SF₆-gassens. Ydeevnens sammenligning mellem N₂, tørt luft og SF₆-gas vises i Tabel 1.
Som angivet i Tabel 1, er N₂ og tørt luft ikke-drivhusgasser, der ikke udgør nogen trussel mod økosystemet. De har også lave kogepunkter, hvilket eliminerer bekymringer om flydning under normal brug, selv i ekstremt kolde regioner. Bemærkelsesværdigt er, at N₂, som er den primære komponent i luft, har stabile kemiske egenskaber. Dog kan en for høj N₂-konsentration forårsage kvælning pga. iltmangel. Når man designer med N₂ som isolerende gas, skal ventilations- og beskyttelsesudstyr konfigureres. Imidlertid undgår man disse problemer ved at bruge tørt luft som isolerende gas. Gennem en omfattende sammenligning kan tørt luft anvendes til at erstatte SF₆ som isolerende gas i skruddæksisolationsdesign.
Når tørt luft anvendes som isolerende gas, skal minimumsluftmellemrummet tages i betragtning. Ifølge relevante standarder skal minimumsluftmellemrummet mellem faser og fra fase til jord være 125 mm for en nominel spænding på 12 kV. Hvis kondensationsprøven bestås, kan minimumsluftmellemrummet være let mindre end 125 mm. Ved at bruge tørt luft som isolerende gas kan minimumsluftmellemrummet passende reduceres.
3.2.2 Forbedring af nedbrydningspotentiale i gasspalt
Under designprocessen skal nedbrydningspotentialet i gasspalt forbedres for at sikre sikkerhed og pålidelighed af mellem- og lavspændingsskruddæk, med specifikke metoder som følger:
Forbedring af elektriske feltfordeling i mellem- og lavspændingsskruddæk. Dette kan opnås ved at optimere elektrodeformer baseret på de faktiske forhold eller ved fuldt ud at benytte romladninger til at forbedre elektrisk feltuniformitet. Hvis elektrisk feltuniformitet er ekstremt dårlig, er det også muligt at tilføje barrierer.
Undertrykkelse af ioniseringsprocessen i tørt luft. Anvendelse af høj tryk i mellemspændingsskruddæk kan svække ioniseringsprocessen i tørt luft. Alternativt kan anvendelse af høj vakuum i mellemspændingsskruddæk opnå samme effekt.
Når høj tryk eller høj vakuum anvendes, kræves det, at gastankens styrke er ekstremt høj, og leckager er let forekomne i praksis, hvilket fører til alvorlige konsekvenser. Derfor er det i virkelige designs mere realistisk at forbedre elektrodeformen og tilføje barrierer i ekstremt inhomogene elektriske felt for at øge nedbrydningspotentialet i gasspalt.
3.3 Rationel valg af komponenter
De kernekompontenter i mellemspændingsskruddæk, herunder vakuumskruddæk, vakuumafbrydere og kontakter, påvirker direkte udstyrets driftssikkerhed og -pålidelighed, og kræver streng kvalitetskontrol.
Tag ABB skruddæk som eksempel. Dets vakuumafbrydere gennemgår strenge forsendelsesinspektioner: automatiske højspændingsprøver bekræfter isolationsstyrken, mens spiral magnetron-enheder måler internt tryk i et kammer fyldt med inert gas. Efter en angivet isoleringsperiode udføres en anden trykprøve, og resultater sammenlignes for at sikre, at tætningsydeevnen opfylder standarder.
I produktionen kræver ABB vakuumafbrydere streng kontrol af miljø og processer. Produktionen finder sted på CalorEmag's tyske fabrik, og de er professionelt monteret af regionale mellemspændingsskruddæk-virksomheder før central levering. Højtydende legemer som Cu-Cr og W-C-Ag prioriteres til komponentmaterialer for at sikre holdbarhed.Montage finder sted i dedikerede rene rum ved hjælp af en "en gang tætning og udtømming" proces: under 800°C høj temperatur opnås først høj vakuum, efterfulgt af samtidig svare og tætning for at garantere processens pålidelighed.
Udviklingen af vakuumafbrydere afspejler konstant ydeevneoptimering: tidlige monteringer, der blev udsat for luft, relierede sig kun på isolerende partitioner for isolation. Senere forbedringer inkluderede isolerende slanger over afbrydere og kontakter for at balancere elektriske felt, efterfulgt af integral casting af afbrydere og kontakter for at forbedre fase-til-fase isolation og slagstyrke, mens miljøvenlige materialer blev adopteret for at integrere ydeevne med miljøhensyn.
3.4 Rationel planlægning af designvalideringsprøver
Efter designet af mellemspændingsskruddæk er gennemført, bliver eksperimentel validering en kritisk fase. Den faktiske validering skal strengt overholde relevante standarder, som GB 3906–2020 AC Metal-Beklædte Skruddæk og Kontrolekspeditioner for Nominelle Spændinger fra 3.6 kV til 40.5 kV, GB/T 11022–2020 Fælles Tekniske Krav for Højspændings AC Skruddæk og Kontrolekspeditioner Standards, og GB/T 1984–2014 Højspændings AC Afbrydere.
Nøglepunkter for typeprøver
En omfattende ydeevnevalidering skal udføres for de elektriske komponenter og hjælpeelementer i mellemspændingsskruddæk for at sikre, at tekniske parametre opfylder kravene. Når designprocesser eller produktionsforhold ændres, skal typeprøver genindføres for at garantere udstyrs sikkerhed og pålidelighed. For normalt produceret udstyr er en temperaturstigningstest typisk påkrævet hvert 8. år; mekaniske driftsprøver udføres for at inspicere driftsperformance; samtidig er sikkerhedsvalideringspunkter som kortvarig standfast strøm og topstandfast strømprøver også nødvendige.
Med ABB mellemspændingsskruddæk som eksempel, har det bestået eksperimentelle valideringer i flere lande under de mest strenge standarder hidtil, demonstrerer fremragende sikkerhed og pålidelighed. Tag intern arcing test som eksempel, som verificerer:
4 Konklusion
Som en kernekomponent i kraftsystemet har driftspålideligheden af mellemspændingsskruddæk direkte indflydelse på netsikkerhed. Derfor er det afgørende at styrke sikkerheds- og pålidelighedsdesignet af udstyr, strengt optimere tekniske parametre i overensstemmelse med standarder, og bygge en solid sikkerhedsforsvar gennem systematiske valideringsprøver, hvilket sikrer, at mellemspændingsskruddæk stabil udfører distribution, beskyttelse og kontrolfunktioner i kraftsystemet.
