Návrh spolehlivého 24kV vzduchového a plynově izolovaného zařízení

V současné době převažují v čínských středních distribučních sítích napětí 10 kV. V důsledku rychlého ekonomického rozvoje došlo ke zvýšení elektrických zatěžovacích poměrů, což stále více odhaluje omezení existujících způsobů dodávky elektřiny. Díky vynikajícím výhodám vysokonapěťového spínacího zařízení 24 kV pro splnění vyšších požadavků na zatěžovací kapacitu se toto zařízení tiše prosazuje v průmyslu. Po vydání Státní elektrárny "Oznámení o podpoře napětí 20 kV" došlo k rychlému nárůstu používání třídy napětí 20 kV.

Jako klíčový produkt pro tuto třídu napětí se stala konstrukce a izolační návrh vysokonapěťového spínacího zařízení 24 kV středobodem průmyslu. Podle průmyslové normy pro vysokonapěťová spínací a řídící zařízení "Běžné technické požadavky na vysokonapěťová spínací a řídící zařízení" (DL/T 593-2006) jsou specifické izolační požadavky pro spínací zařízení jasně definovány. Izolační požadavky pro produkty 24 kV jsou následující:

Minimální vzduchový mezera (fázová-fázová, fázová-zem): 180 mm; Průchozí napětí sítě (fázová-fázová, fázová-zem): 50/65 kV/min, (přes izolační spoje): 64/79 kV/min; Bleskové impulsní průchozí napětí (fázová-fázová, fázová-zem): 95/125 kV/min, (přes izolační spoje): 115/145 kV/min.

Poznámka: Data na levé straně lomítka platí pro pevně uzemlené neutrální systémy, zatímco data na pravé straně platí pro systémy s neutrálem uzemleným prostřednictvím cívek potlačení oblouku nebo bez uzemlení.

Vysokonapěťové spínací zařízení 24 kV lze dělit podle způsobu izolace na vzduchem izolovaná kovová obalová spínací zařízení a plynově izolovaná SF6 okruhová hlavní jednotka. Vzduchem izolovaná kovová obalová spínací zařízení 24 kV, zejména typ středově umístěný s vysunutelnou částí (dále označované jako 24 kV středově umístěné spínací zařízení), se stalo klíčovým návrhovým zaměřením. Tento článek diskutuje několik doporučení ohledně konstrukce a izolačního návrhu 24 kV středově umístěného spínacího zařízení a plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky, nabízených pro referenci a komentář.

1. Návrh 24 kV středově umístěného spínacího zařízení

Technologie pro 24 kV středově umístěné spínací zařízení pochází převážně ze tří zdrojů: Za prvé, modernizace produktu KYN28-12 12 kV prostřednictvím přímého nahrazení komponent souvisejících s izolací. Za druhé, zahraniční středově umístěné produkty, které vstupují na domácí trh, jako jsou ty od ABB a Eaton Senyuan. Za třetí, samostatně vyvinutá 24 kV středově umístěná spínací zařízení v Číně. Třetí kategorie, navržená speciálně pro stávající technické podmínky a požadavky v Číně, je nejkonkurenceschopnější na trhu. Proto musí být při jeho návrhu plně zohledněna celková konstrukce produktu a návrh izolace, jak je podrobně uvedeno níže:

1.1 Konstrukce skříně stejné výšky a trojúhelníkové uspořádání sběrnice

Většina 12 kV středově umístěných spínacích zařízení používá konstrukci, která je vyšší vpředu a nižší vzadu, s třífázovou sběrnicí uspořádanou v trojúhelníkovém (delta) uspořádání a měřicí částí jako odnímatelnou, samostatnou konstrukcí. Pokud by tento způsob byl použit pro 24 kV středově umístěné spínací zařízení, nemohl by splnit minimální požadavek na vzduchovou mezeru 180 mm. Proto by mělo 24 kV středově umístěné spínací zařízení použít konstrukci skříně stejné výšky, s měřicí částí integrovanou do hlavní skříně.

Výška skříně by měla být vhodně zvýšena na 2400 mm, aby poskytla více místa pro sběrnici a část spínače. Prostěradlové vedení by mělo být uspořádáno v trojúhelníkovém uspořádání. Tento přístup nejen splňuje požadavky na vzduchovou mezeru, ale také efektivně potlačuje a odolává elektromagnetickým silám, zlepšuje tepelné odvodění sběrnice a zvyšuje spolehlivost izolace.

1.2 Racionální návrh šířky spínacího zařízení

Z hlediska spolehlivosti izolace je vzdušná izolace nejspolehlivější metodou; pokud je zajištěna minimální izolační mezera, lze izolaci plně zaručit. Uvažujeme-li o úplně vzduchem izolovaném návrhu, teoretická šířka 24 kV spínacího zařízení by měla být 1020 mm. Nicméně, ve skutečné výrobě si většina výrobců vybírá šířku skříně 1000 mm, což vyžaduje použití kombinované izolace. Obecně se na sběrnici používá tepelně sbíhavá hadice a SMC (Sheet Molding Compound) izolační bariéry jsou instalovány mezi fázemi a mezi fází a zemí, aby byla izolace vylepšena.

1.3 Návrh pro rovnoměrné rozložení elektrického pole

Testy ukazují, že čím vyšší je stupeň napětí, tím vyšší je lokální síla elektrického pole během zkoušek průchozího napětí sítě, někdy provázena zřetelnými zvuky korónového výboje. Podle předpisů, pokud nedojde k rušivému výboji, je zkouška považována za úspěšnou. Vysoká lokální síla elektrického pole však může ovlivnit schopnost produktu snášet přetlaky během normálního provozu.

Proto by měl návrh produktu dávat přednost dosažení co nejrovnějšího rozložení elektrického pole, aby se zabránilo lokalizovanému shromažďování pole. Z praktické zkušenosti je efektivní formování vodičů pro dosažení rovnoměrného pole. Pro řezné konce sběrnice použijte frézovací nástroj pro formování konců do zaoblených rohů. U konců sběrnice uvnitř kontaktní skříně je nejprve tvarujte do polokruhového tvaru, pak je frézujte do zaoblených rohů. Tam, kde to umožňují podmínky, nainstalujte kovovou ochrannou krytku vně plůvkových kontaktů spínače nebo vepřete kovovou ochrannou síť během lepení kontaktní skříně. Tyto opatření efektivně rovnoměrně rozloží elektrické pole, potlačí vrcholy pole a dále zlepší úroveň izolace.

1.4 Použití izolačních materiálů s dlouhou šířící se vzdáleností

Izolační materiály, jako jsou stěnové vedení, kontaktní skříně a nosné izolátory, musí mít rozšířené výběžky a dostatečnou šířící se vzdálenost, aby splňovaly izolační požadavky 24 kV. Zejména v návrhu kontaktních skříní musí být přidán kovový ochranný síť a vnitřní dutina by měla používat jazykovitou strukturu, aby se vyhnula problémům inerentním kruhovým strukturám, které nemohou efektivně potlačit kondenzaci a následnou akumulaci znečištění během provozu.

2. Návrh 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky

Zahraniční 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky začaly brzy; firmy jako Siemens a ABB je zavedly v počátcích 80. let. To proto, že mnoho zahraničních zemí používá 24 kV jako hlavní střední distribuční napětí. Jejich produkty jsou technologicky pokročilé, výkonné a velmi spolehlivé. Domácí 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky se rozvíjejí pouze v posledních letech. Omezovány různými podmínkami, produkty jsou stále v fázi výzkumu, vývoje a testování.

Vzhledem k pokročilosti technologie 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky musí jejich konstrukce a návrh izolace čerpat z zralých zahraničních zkušeností. Následují několik doporučení ohledně konstrukce produktu a návrhu izolace:

2.1 Zaměření na strukturální racionálnost

Protože všechny živé části a spínače 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky jsou uzavřeny v nerezové obale plněné SF6 plynem, jsou kompaktní. Při strukturním návrhu musí být plně zohledněna izolační síla a vlhkost izolačního plynu, aby byly rozměry skříně racionálně navrženy. Jednotka by měla mít kompletní funkce, být snadno ovladatelná a mít jednoduchou konstrukci.

2.2 Rozšiřitelnost konfigurací

Návrh konfigurace musí mít rozšiřitelnost. Do určité míry závisí kvalita produktu a jeho potenciál pro široké uplatnění na flexibilitě konfigurace. Standardizovaný, modulární návrh umožňuje flexibilní rozšiřování vlevo a vpravo.

2.3 Spolehlivost návrhu izolace

Hlavním rizikem 24 kV plynově izolované SF6 okruhové hlavní jednotky je degradace výkonu izolace. Faktory způsobující degradaci izolace zahrnují: únik SF6 plynu; polymerní izolační nebo těsnící materiály mají určitou permeabilitu pro různé plyny (např. vodní páry), což vede k nepřijatelné kondenzaci na vnitřních stěnách kontejneru; kontrola obsahu vodních par v SF6 plyně; a trhliny v izolačních komponentech.

Pro prevenci degradace izolace musí být přijata odpovídající opatření, jako je: výroba plynového kontejneru z nerezové oceli pomocí plného svařování, aniž by zůstaly uzavřené otvory; výroba vedení pro připojení kabelů z epoxidové lepené hmoty a jejich integrální svaření s kontejnerem; zlepšení těsnosti plynového kontejneru, aby byla minimalizována permeabilita vodních par; pravidelné měření obsahu vodních par pomocí SF6 měřiče vlhkosti, umístění vhodného množství suchidla v uzavřeném obalu a striktní sušení všech komponent podle stanovené teploty a doby; při evakuaci a nabíjení SF6 spínacího zařízení, čištění nabíjecích vedení pomocí vysokocistého N2 nebo SF6 plynu; a minimalizace vnitřní mechanického napětí v izolačních komponentech, aby se zabránilo stárnutí a trhlinám. Tyto opatření efektivně zlepší spolehlivost izolace.

3. Závěr

Ačkoli konstrukce a návrh izolace 24 kV vysokonapěťového spínacího zařízení jsou založeny na 12 kV spínacím zařízení, požadavky jsou mnohem vyšší. Navíc, vzhledem k nedostatku praktického zkušeností s provozem, musí být všechny ovlivňující faktory plně zohledněny v návrhovém procesu, aby byly splněny standardy produktu.