Optimale ontwerp en promotie en toepassing van een buitenhoge-spannings vacuümschakelaar

Het elektriciteitsnet is een cruciale basis en veiligheidsmechanisme voor de moderne economische ontwikkeling en maatschappelijke vooruitgang. Het doel van het bouwen van een sterk en slim elektriciteitsnet is om een modern elektriciteitsnetsysteem te creëren dat veilig, milieuvriendelijk, efficiënt en interactief is, om de wetenschappelijke ontwikkeling van het elektriciteitsnet te realiseren, en om het elektriciteitsnet een groene platform te laten zijn voor de optimalisatie van de energiebronnen, een serviceplatform om diverse gebruikersbehoeften te vervullen, en een fundamenteel platform om de nationale energiezekerheid te waarborgen.

Hoogspanningsklemmen zijn de belangrijkste en meest kritieke controle- en beschermingsapparaten in het elektriciteitsnet. Ongeacht de toestand van de elektriciteitsleiding, zoals leeg, belast of bij korte sluiting, wanneer er geopereerd moet worden, zou de schakelaar betrouwbaar moeten functioneren, zowel bij sluiten als bij openen van het circuit. De belangrijkste functies zijn als volgt:

De ZW32 - 12/630 - 20 buitenluikse hoogspanningsvacuümschakelaar is een veel gebruikte schakelaar in het huidige 12 kV distributienetwerk. Het heeft een driefase paalvormige, volledig gesloten structuur, en kenmerkt zich door stabiele en betrouwbare onderbreking, een eenvoudig en overzichtelijk uiterlijk, lichtgewicht, kleine afmetingen, en geschikt voor montage op palen. Vanwege deze vele voordelen heeft het sinds de introductie op de markt brede waardering verworven bij elektriciteitsgebruikers. Ons bedrijf is ook betrokken bij de productie ervan, met een jaarlijkse verkoop van meer dan 5.000 stuks. Op basis van de naservice in de afgelopen jaren hebben we enkele technische en technologische verbeteringen en verfijningen aangebracht aan de meest gerapporteerde problemen door gebruikers, die goed zijn gepromoot en toegepast.

1. Ontwerpachtergrond en -principes

Het belangrijkste focusgebied van de "Twaalfde Vijfjarenplan" is transformatie en upgrade. Het pleit voor het gebruik van hightech om traditionele industrieën te transformeren, het kerncompetitievermogen van producten te versterken door industriële transformatie en upgrade, en de geordende, gezonde en snelle ontwikkeling van de elektrotechnische industrie te bevorderen. Tijdens de werkconferentie in 2005 stelde het State Grid Corporation voor "de standaardisatie van de elektriciteitsnetconstructie te bevorderen, de technische normen voor de constructie van elektriciteitsnetwerken op alle niveaus te unificeren, de toepassing van typische ontwerpen te bevorderen, ontwerpen te optimaliseren, investeringen te besparen en efficiëntie te verbeteren." Daarom is het dringend noodzakelijk voor de hoogspanningsschakelaarindustrie om klanten als het centrale aandachtspunt te nemen, actief te reageren op klantbehoeften en continu de productkwaliteit te verbeteren en te upgraden conform de normen.

De ontwerpprincipes zijn: veiligheid en betrouwbaarheid, geavanceerde technologie, redelijke investering, unifieerde normen, en efficiënte operatie. Er wordt gestreefd naar een coördinerde eenheid van uniformiteit, betrouwbaarheid, geavanceerdheid, economie, aanpassingsvermogen, flexibiliteit, tijdigheid en harmonie.

2. Inhoud van het optimale ontwerp

2.1 Ontwerpindeling van de isolatieschakelaar

In bestaande schakelaars uitgerust met isolatieschakelaars, zijn de isolatieschakelaars allemaal geïnstalleerd aan de uitgaande zijde. Deze indeling heeft de volgende nadelen:

• Nadeel 1: Het isolatieblad is elektrisch verbonden met de uitgaande contacten op de stroomtransformator die gekoppeld is aan de vacuümschakelaar. Ongeacht of de schakelaar en de isolatieschakelaar in de open of gesloten staat zijn, is het ingangsend van de schakelaar altijd onder spanning, wat niet bevorderlijk is voor de inspectie en onderhoud van de schakelaar.

• Nadeel 2: De nabijheid van het isolatieblad tot de stroomtransformator bemoeilijkt de installatie, bedrading en dagelijkse onderhoud van de stroomtransformator, wat de moeilijkheidsgraad van de inspectie verhoogt.

Om bovenstaande technische problemen te verhelpen, hebben we de volgende technische oplossing aangenomen, zoals weergegeven in Figuur 1.

1.Mechanismebox van de schakelaar 2.Stroomtransformator 3.Isolatiepaal 4.Isolatieklem 5.Isolerende trekstang 6.Paalisolator 7.Ondersteuning voor de isolatieschakelaar

2. Inhoud van het optimale ontwerp

2.1 Ontwerpindeling van de isolatieschakelaar

De isolatieschakelaar is geïnstalleerd aan de voedingszijde van de schakelaar, en er is een betrouwbare mechanische interlock ingesteld tussen de isolatieschakelaar en de schakelaar.

• Voordelen 1: Wanneer zowel de schakelaar als de isolatieschakelaar in de open staat zijn, wordt er een duidelijke isolatieopening gevormd tussen hen. Op dit moment kan de installatie, onderhoud en inspectie van de schakelaar met vertrouwen worden uitgevoerd, waardoor de moeilijkheidsgraad van het onderhoud van de schakelaar wordt verminderd.

• Voordelen 2: De isolatieschakelaar en de stroomtransformator zijn respectievelijk geïnstalleerd aan de inkomende en uitgaande zijde van de schakelaar, zodat ze elkaar niet beïnvloeden tijdens het onderhoud, wat de inspectie van de stroomtransformator en de isolatieschakelaar vergemakkelijkt.

2.2 Flexibele selectie van de stroomtransformatorratio

Over het algemeen hebben de stroomtransformators van buitengeplaatste hoogspanningsvacuümschakelaars twee installatiestructuren: intern en extern. Vanwege ruimtelijke beperkingen hebben de meeste stroomtransformators een enkelwikkelontwerp, wat het moeilijk maakt voor gebruikers om de ratio in de toekomst aan te passen aan de belasting. Dit verhoogt de investering in zekere mate en veroorzaakt een verspilling van middelen.

Om dit probleem aan te pakken, hebben we veel innovaties en ontwerpen gedaan op het gebied van structuur en proces technologie.

• Oplossing 1: Dubbelwikkelstroomtransformators worden gebruikt voor bescherming en metering, voldoende aan de behoeften van verschillende elektriciteitsgebruikers.

• Oplossing 2: Meervoudige tapstroomtransformators worden gebruikt voor overstroombescherming. Bijvoorbeeld, stroomtransformators met ratios van 200/5, 400/5, en 600/5 zijn geconfigureerd. Een controlebox is geplaatst aan de linkerkant van de boxschelp, en een CT-ratioconversieschakelaar is ontworpen aan de onderkant van de controlebox. Dit faciliteert de gebruikers enorm om de ratio ter plaatse aan te passen aan de werkelijke belasting, zoals weergegeven in figuren 2, 3 en 4.

2.3 Verhoging van de externe isolatiekruipafstand

De kruipafstand (lekafstand) verwijst naar de kortste afstand langs de isolerende oppervlakte tussen twee geleiders. Vanuit het perspectief van de productbetrouwbaarheid is luchtisolatie het betrouwbaarst. Zolang de netto-isolatieafstanden tussen geleiders van verschillende fasen en tussen geleiders en de grond worden gewaarborgd, kan de isolatie worden gegarandeerd.

Buitengeplaatste producten werken onder relatief zware omstandigheden en staan het hele jaar door blootgesteld aan verschillende klimaatcondities. Dit maakt ze vatbaar voor mechanische of elektrische problemen, die rechtstreeks de betrouwbaarheid en veiligheid van de elektriciteitsvoorziening en de normale productie beïnvloeden. Daarom moet dit factoor volledig worden meegenomen in het ontwerp en de productie om de betrouwbaarheid van het product in verschillende omgevingen te garanderen.

Als reactie op de bovenstaande situatie, hebben we voor alle isolerende delen van de buitenschakelaar die direct blootgesteld zijn aan de externe omgeving, inclusief bushingen, stroomtransformators, isolerende trekstangen en paalisolatoren, de dichtheid van de kaprokkels verhoogd. Hierdoor is de kruipafstand 372 mm bereikt (zie figuur 1). Deze verbetering verhoogt de algehele structurele isolatieprestaties, breidt de gebruiksomgeving en locaties van deze type vacuümschakelaar uit, zodat het kan worden gebruikt in omgevingen met hoge stof, hoge vochtigheid en zware zoutnevel, en elimineert potentiële korte sluitingsrisico's veroorzaakt door isolatieproblemen.

1.CT-ratioconversieschakelaar 2.Controlebox  Frontale opstelling van de verbeterde schakelaar (figuur 2)

Figuur 3 Schematische weergave van de CT-ratioconversieschakelaarNotitie: De "0"-positie geeft geen bescherming en korte sluiting aan.

Upgrade naar een intelligente schakelaar

Met de continue uitbreiding van het automatiseringsveld in het elektriciteitsnet, hebben distributienetautomatiseringsproducten nieuwe ontwikkelingskansen gekregen. Op basis van het model ZW32 - 12/630 - 20, heeft ons bedrijf onafhankelijk een nieuw product ontwikkeld: de buitengeplaatste intelligente hoogspanningsvacuümschakelaar. Het bestaat voornamelijk uit vier grote delen: het vacuümschakelaarkader, een driefase geïntegreerde nulsequentiestroomtransformator, een FDK-type controller, en een externe spanningstransformator, zoals weergegeven in figuur 5.

Deze intelligente schakelaar wordt breed gebruikt in 10 kV stedelijke en landelijke luchtkabelringnetlijnen. Het kan dienen als een sectie-isolatieschakelaar en een koppelschakelaar, en is een geautomatiseerde schakelaar die de automatische belastingsverdeling in ringnetlijnen mogelijk maakt. In de taklijnen die grote gebruikers bevoorzien, kan het worden gebruikt als een grensschakelaar (algemeen bekend als een "watchdog"). In het luchtkabelvoedingnetwerk kan het fungeren als een heraansluiterschakelaar en een sectieschakelaar.

De grensschakelaar heeft een remote management mode, beschermingscontrolefuncties, en communicatiefuncties. Het kan betrouwbaar milliampère-niveau nulsequentiestromen en fase-tot-fase korte sluitingsfoutstromen binnen zijn grens detecteren en beoordelen. Het kan automatisch enkelvoudige fases-aarding fouten en fase-tot-fase korte sluitingsfouten uitschakelen, waardoor de stabiele en betrouwbare werking van het elektriciteitsnet wordt gewaarborgd.

Belangrijkste functies

• Functie 1: Afhandeling van enkele fases-aarding fouten
  Wanneer er een enkele fase-aarding fout optreedt in de gebruikersvertakking, springt de intelligente schakelaar automatisch. Andere vertakkinggebruikers in het substation en op de voederlijn worden niet beïnvloed door de fout.

• Functie 2: Isolatie van interfasen korte sluitingsfouten
  Bij een interfaas korte sluitingsfout in de gebruikersvertakking, springt de intelligente schakelaar voor de uitgaande lijnbeschermingsschakelaar van het substation, waardoor de defectieve lijn automatisch wordt geïsoleerd zonder stroomonderbrekingen voor andere vertakkinggebruikers op de voederlijn.

• Functie 3: Snelle foutlocatie
  Nadat de intelligente schakelaar springt vanwege een fout in de gebruikersvertakking, ervaren alleen de verantwoordelijke gebruiker een stroomonderbreking. De gebruiker rapporteert actief de foutinformatie, waardoor de elektriciteitsvoorzieningsdienst snel personeel kan inzetten ter plaatse voor het oplossen van de fout.

• Functie 4: Gebruikersbelastingmonitoring
  De intelligente schakelaar kan worden uitgerust met bedrade of draadloze communicatieaccessoires om monitoringgegevens te verzenden naar het elektriciteitsmonitoring- en beheerscentrum, waardoor er een remote real-time data-monitoring van de gebruikersbelasting mogelijk is. De intelligente schakelaar kan via SMS of een computergebaseerd back-end systeem worden gesprongen.

Conclusie

Buitengeplaatste hoogspanningsvacuümschakelaars gebruiken luchtkabelverbindingen voor zowel inkomende als uitgaande lijnen. Ze bieden voordelen zoals een kleine voetafdruk, duidelijke indeling, gemakkelijke bediening en onderhoud, minder constructies, en snelle bouw en installatie. Tijdens het ontwerp- en productieproces moeten verschillende prestatiekanten continu worden verbeterd en geoptimaliseerd om uitmuntendheid te bereiken, waardoor de veilige en betrouwbare werking van het product wordt gewaarborgd.