Проектиране на надеждно въздушно и газово изолирано оборудване за 24кВ

В момента средното напрежение на разпределителните мрежи в Китай е предимно 10кВ. С бързото икономическо развитие, мощността на електроенергийните потребители е нараснала, като все повече се изразяват ограниченията на съществуващите методи за доставка на енергия. Благодарение на отличните предимства на високонапрегнатата апаратурата от 24кВ при удовлетворяването на по-високи изисквания за мощност, тя незабележимо печели популярност в индустрията. След „Уведомлението за промоцията на напрежение 20кВ“ на Държавната електроразпределителна корпорация, напрежението от 20кВ бързо се разпространява.

Като ключов продукт за това напрежение, конструкцията и изолационният дизайн на високонапрегнатата апаратурата от 24кВ станаха фокус на индустрията. Според стандарта на електроенергийната индустрия „Общи технически изисквания за високонапрегната апаратурата и устройствата за управление“ (DL/T 593-2006), конкретните изолационни изисквания за апаратурата са ясно дефинирани. Изискванията за изолация за продукти от 24кВ са следните:

Минимално въздушно разстояние (между фази, между фаза и земя): 180мм; Възликово напрежение (между фази, между фаза и земя): 50/65 кВ/мин, (между изолационни съединения): 64/79 кВ/мин; Напрежение при удар от мълния (между фази, между фаза и земя): 95/125 кВ/мин, (между изолационни съединения): 115/145 кВ/мин.

Бележка: Данните от лявата страна на дробната черта се отнасят до системи с твърдо заземена нейтрална точка, докато данните от дясната страна се отнасят до системи с нейтрална точка, заземена чрез дугов коил или неизолирана.

Високонапрегнатата апаратурата от 24кВ може да бъде класифицирана по метод на изолация в метално затворена апаратура с въздушна изолация и газово изолирана SF6 кръгова апаратура. Метално затворената апаратура с въздушна изолация от 24кВ, особено типът с централно изтегляне (впредище наречен като 24кВ централно изтегляема апаратура), стана ключов обект на проектиране. Тази статия обсъжда няколко препоръки относно конструкцията и изолационния дизайн на 24кВ централно изтегляема апаратура и газово изолирана SF6 кръгова апаратура, предлагани за референция и коментар.

1. Проектиране на 24кВ централно изтегляема апаратура

Технологията за 24кВ централно изтегляема апаратура произхожда предимно от три източника: Първо, апгрейд на продукта KYN28-12 от 12кВ чрез директна замяна на компонентите, свързани с изолацията. Второ, чуждестранни централно изтегляеми продукти, влизащи на домакинския пазар, като тези на ABB и Eaton Senyuan. Трето, независимо разработена 24кВ централно изтегляема апаратура в Китай. Третата категория, разработена специално за съществуващите технически условия и изисквания в Китай, е най-конкурентоспособна на пазара. Затова при проектирането й трябва да се вземат под внимание общата конструкция на продукта и изолационният дизайн, както е детайлно описано по-долу:

1.1 Конструкция на кабинет с равни височини и триъгълно разположение на шинопроводите

Повечето 12кВ централно изтегляеми апаратури използват конструкция, която е по-висока спреда и по-ниска отзад, с трифазни шинопроводи, разположени в триъгълна (делта) конфигурация, и отсека за инструменти като отделима, независима конструкция. Ако този метод се използва за 24кВ централно изтегляема апаратура, явно не може да отговори на минималното изискване за въздушно разстояние от 180мм. Затова 24кВ централно изтегляемата апаратура трябва да използва конструкция на кабинет с равни височини, с отсека за инструменти, интегрирана в основния кабинет.

Височината на кабинета трябва да бъде подходящо увеличена до 2400мм, предоставяйки повече пространство за отсеките на шинопроводите и прекъсвителите. Шинопроводните стенни бушони трябва да бъдат разположени в триъгълна конфигурация. Този подход не само отговаря на изискванията за въздушно разстояние, но и ефективно потиска и издържа електромагнитни сили, подобрява разпирането на шинопроводите и увеличава надеждността на изолацията.

1.2 Рационален дизайн на ширината на апаратурата

От гледна точка на надеждността на изолацията, въздушната изолация е най-надеждният метод; стига да е гарантирано минималното изолационно разстояние, изолацията може да бъде напълно осигурена. При разглеждане на напълно въздушно изолиран дизайн, теоретичната ширина на апаратура от 24кВ трябва да бъде 1020мм. Обаче, в действителното производство, повечето производители избират ширина на кабинета 1000мм, което изисква използването на комплексна изолация. Обикновено, термоусукващи се туби се прилагат към шинопроводите, а SMC (Sheet Molding Compound) изолационни бариери се инсталират между фазите и между фаза и земя, за да се подобри изолацията.

1.3 Дизайн за равномерно разпределение на електрическото поле

Тестовете доказват, че колкото по-високо е напрежението, толкова по-висока е местната електрическа полева сила при тестове за възликово напрежение, понякога придружавана от забележими звуци от коронарни разряди. Според регламентите, стига да не се появи разрушителен разряд, тестът се счита за успешен. Но високата местна електрическа полева сила може да окаже влияние върху способността на продукта да издържа надвишения на напрежението по време на нормална работа.

Затова при проектирането на продукта трябва да се даде приоритет на достигането на възможно най-равномерно разпределение на електрическото поле, избягвайки местна концентрация на полето. От практически опит, формирането на проводниците, за да се постигне равномерно поле, е ефективно. За отрязаните краища на шинопроводите, използвайте формовачен фрезер, за да обработите краищата в закръглени ъгли. За краищата на шинопроводите в контактната кутия, първо формирайте ги в полу-окръжна форма, след това фрезирайте ги в закръглени ъгли. Където е възможно, инсталирайте метална защитна капа отвън на плодовидните контакти на прекъсвителя, или вградете метална защитна мрежа при леенето на контактната кутия. Тези мерки могат да подобрят равномерното разпределение на електрическото поле, да потиснат върховете на полето и да допринесат за още по-високо ниво на изолация.

1.4 Използване на изолационни материали с дълго ползование

Изолационни материали като стенни бушони, контактни кутии и подпорни изолатори трябва да имат разширени гребени и достатъчен дълъг път на ползование, за да отговарят на изолационните изисквания на 24кВ. Особено в дизайна на контактните кутии, трябва да се добави метална защитна мрежа, а вътрешната каверна трябва да използва езиковидна структура, за да се избегнат проблеми, характерни за пръстеновидните структури, които не могат ефективно да потискат кондензирането и натрупването на замърсяване по време на операция.

2. Проектиране на 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура

Чуждестранната 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура започна рано; компании като Siemens и ABB ги представиха в началото на 1980-те години. Това е, защото много чужди страни използват 24кВ като основно средно напрежение за разпределение. Их продукти са технологично напредък, високопроизводителни и с висока надеждност. Домакинската 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура е развита само през последните години. Ограничен от различни условия, продуктите все още са в стадия на изследване, разработка и тестове.

Поради напредъка на технологията на 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура, техният конструктивен и изолационен дизайн трябва да се базира на зрел чуждестранен опит. По-долу са няколко препоръки относно конструкцията и изолационния дизайн на продуктите:

2.1 Фокус върху рационалната конструкция

Тъй като всички живи части и прекъсвители в 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура са запечатени в неръждаема стоманена кутия, напълнена с газ SF6, те са компактни. В конструктивния дизайн трябва да се вземат под внимание силата на изолацията и влажността на изолационния газ, за да се рационализира размерът на кабинета. Единицата трябва да има пълна функционалност, да е лесна за управление и да има проста конструкция.

2.2 Разширяемост на конфигурациите

Дизайнът на конфигурациите трябва да има разширяемост. До известна степен, качеството на продукта и потенциалът му за широко приложение зависят от неговата конфигурационна гъвкавост. Стандартизиран, модуларен дизайн позволява гъвкаво разширяване наляво и надясно.

2.3 Надеждност на изолационния дизайн

Основният риск за 24кВ газово изолирана SF6 кръгова апаратура е деградацията на изолацията. Факторите, причиняващи деградация на изолацията, включват: утечка на газ SF6; полимерни изолационни или герметизиращи материали, които имат определена проницаемост към различни газове (като воден пар), водеща до неприемливо кондензиране на вътрешните стени на контейнера; контрол на съдържанието на влага в газа SF6; и пукнатини в изолационните компоненти.

За да се предотврати деградацията на изолацията, трябва да се предприемат съответни мерки, като: изработване на газовия контейнер от неръждаема стомана чрез пълно сваряване, без оставящи се герметизирани отвори; изработване на бушони за свързване на кабели от епоксидна лияна смола и сваряване на цялостна основа с контейнера; подобряване на герметизацията на газовия контейнер, за да се намали проникването на воден пар; регулярно измерване на съдържанието на влага с измервател на влага в SF6, поставяне на подходящо количество съсирец в герметизираната кутия и стриктно изпичане на всички компоненти според зададената температура и време; при евакуация и зареждане на апаратура с SF6, изчистване на зареждащите линии с високочист N2 или SF6 газ; и минимизиране на вътрешните механични напрежения в изолационните компоненти, за да се предотврати стареене и пукане. Тези мерки ще подобрят ефективно надеждността на изолацията.

3. Заключение

Въпреки, че конструкцията и изолационният дизайн на високонапрегнатата апаратура от 24кВ се основават на 12кВ апаратура, изискванията са далеч по-високи. Освен това, поради недостатъчната практика на използване, всички влияещи фактори трябва да бъдат напълно взети под внимание в процеса на проектиране, за да се отговаря на стандартите на продуктите.