Design af pålidelig 24kV luft- og gasisolering udstyr

I øjeblikket opererer Kinas mellemspændings forsyningsnetværk hovedsageligt på 10kV. Med hurtig økonomisk udvikling er strømforbruget steget betydeligt, og det har gradvist udsat de eksisterende forsyningstilgange for begrænsninger. På grund af de fremragende fordele ved 24kV højspændings skabeskabe i at opfylde behovet for højere lastkapacitet, har det stille og roligt fået fodfæste i industrien. Efter Statsnettet "Oplysning om Fremme af 20kV Spændingsniveau", har 20kV spændingsklasse set en hurtig stigning i anvendelse.

Som et vigtigt produkt for dette spændingsniveau, har strukturen og isoleringsdesignet for 24kV højspændings skabeskabe blivet fokusområder i industrien. I henhold til energisektorens standard "Fælles Tekniske Krav til Højspændings Skabeskabe og Styreudstyr" (DL/T 593-2006), er specifikke isoleringskrav for skabeskabe tydeligt defineret. Isoleringskravene for 24kV produkter er som følger:

Minimum luftafstand (fasen til fase, fase til jord): 180mm; Netfrekvens overlevelsesstrøm (fasen til fase, fase til jord): 50/65 kV/min, (over isolationsforbindelser): 64/79 kV/min; Lynnedslag overlevelsesstrøm (fasen til fase, fase til jord): 95/125 kV/min, (over isolationsforbindelser): 115/145 kV/min.

Bemærk: Data på venstre side af snitlinjen gælder for solidt jordede neutrale systemer, mens data på højre side gælder for systemer med neutrale jordet gennem en bueundertrykker eller ujordet.

24kV højspændings skabeskabe kan inddeles efter isoleringsmetode i luftisolerede metalindkapslede skabeskabe og SF6 gasisolerede ringenheder. Lufts-isolerede metalindkapslede skabeskabe til 24kV, især midterplaceringstype (herafter refereret til som 24kV midterplaceringsskabeskabe), er blevet et vigtigt designfokus. Denne artikel diskuterer flere anbefalinger angående struktur og isoleringsdesign for 24kV midterplaceringsskabeskabe og SF6 gasisolerede ringenheder, som er til rådighed til reference og kommentar.

1. Design af 24kV Midterplaceringsskabeskabe

Teknologien for 24kV midterplaceringsskabeskabe kommer primært fra tre kilder: For det første, en opgradering fra 12kV KYN28-12 produkt ved direkte udskiftning af komponenter relateret til isolation. For det andet, udenlandske midterplacering-produkter, der kommer ind på den interne marked, såsom dem fra ABB og Eaton Senyuan. For det tredje, selvstændigt udviklede 24kV midterplaceringsskabeskabe i Kina. Den tredje kategori, designet specifikt til Kinas eksisterende tekniske forhold og krav, er den mest konkurrencedygtige på markedet. Derfor skal under dets design overvejes den samlede produktstruktur og isoleringsdesign fuldt ud, som detaljeret nedenfor:

1.1 Lige-højde skabestruktur og trekantet busbar-opstilling

De fleste 12kV midterplaceringsskabeskabe bruger en struktur, der er højere foran og lavere bagved, med de trefasbusbare arrangeret i en trekant (delta) konfiguration, og instrumentkammeret som en flyttelig, uafhængig struktur. Hvis denne metode bruges for 24kV midterplaceringsskabeskabe, kan det klart ikke opfylde minimums luftafstands krav på 180mm. Derfor bør 24kV midterplaceringsskabeskabe anvende et lige-højde skabedesign, med instrumentkammeret integreret i hovedskabet.

Skabhøjden bør passende øges til 2400mm, hvilket giver mere plads til busbar- og bryderkompartementerne. Busbarveggbuskopper bør være arrangeret i en trekantkonfiguration. Denne tilgang opfylder ikke kun luftafstands krav, men supprimerer og modstår også effektivt elektromagnetiske kræfter, forbedrer busbar-varmeafledning og forhøjer isoleringspålidelighed.

1.2 Rationelt design af skabebredde

Fra synsvinkel af isoleringspålidelighed, er luftisolation den mest pålidelige metode; hvis minimums isoleringsafstand er garanteret, kan isolation være fuldt sikret. Med hensyn til et fuldt luftisolerede design, skulle teoretisk bredde for et 24kV skabeskab være 1020mm. Dog vælger de fleste producenter i praksis en skabevidde på 1000mm, hvilket nødvendiggør brug af kombineret isolation. Generelt anvendes varmeskrynket rør på busbare, og SMC (Sheet Molding Compound) isoleringsbarrierer installeres mellem faser og mellem fase og jord for at forbedre isolation.

1.3 Design for ensartet elektrisk feltfordeling

Test viser, at jo højere spændingsniveau, des højere lokal elektrisk feltstyrke under netfrekvens overlevelsesstrømtest, nogle gange med bemærkelsesværdige koronaudløsningslyde. Ifølge regler, så længe ingen forstyrrende udløsning forekommer, anses testen for bestået. Men høj lokal elektrisk feltstyrke kan påvirke produktets evne til at modstå overstrøm under normal drift. 

Derfor bør produktets design prioritere at opnå så ensartet en elektrisk feltfordeling som muligt, undgå lokal feltkoncentration. Fra praktisk erfaring, er formning af ledere til at opnå en ensartet felt effektiv. For busbare slutninger, brug en formfræsende fræse til at formfræse slutningerne til rundede hjørner. For busbare slutninger inde i kontaktboksen, form først dem til halvcirkelform, derefter fræs dem til rundede hjørner. Hvor det er muligt, installer en metal skjoldedæk uden for bryderens plommeblomsterkontakter, eller indgjort en metal skjoldenet i støbningen af kontaktboksen. Disse foranstaltninger kan effektivt ensartet elektrisk feltfordeling, undertrykke felttoppe, og yderligere forbedre isoleringsniveauer.

1.4 Brug af isoleringsmaterialer med lang kravlængde

Isoleringsmaterialer som veggbuskopper, kontaktbokse, og støtteisolatorer må have forstørrede tag og tilstrækkelig kravlængde for at opfylde isoleringskravene for 24kV. Især i designet af kontaktbokse, må en metal skjoldenet tilføjes, og indre hulrum bør bruge en tungeagtig struktur for at undgå problemer forbundet med ringstrukturer, som ikke effektivt kan undertrykke kondensation og den resulterende forureningsophobning under drift.

2. Design af 24kV Gasisolerede SF6 Ringenheder

Udenlandske 24kV gasisolerede SF6 ringenheder begyndte tidligt; virksomheder som Siemens og ABB introducerede dem i begyndelsen af 1980'erne. Dette skyldes, at mange udenlandske lande bruger 24kV som primær mellemspændings forsyningsstrøm. Deres produkter er teknologisk avancerede, højt præsterende, og højt pålidelige. Indenlandske 24kV gasisolerede SF6 ringenheder har kun udviklet sig i de seneste år. Begrænset af forskellige forhold, er produkter stadig i forsknings-, udviklings- og testfasen.

På grund af den avancerede natur af 24kV gasisolerede SF6 ringenheder, deres struktur og isoleringsdesign må drage på moden udenlandsk oplevelse. Nedenfor er flere anbefalinger angående produktstrukturen og isoleringsdesign:

2.1 Fokus på strukturel rationalitet

Eftersom alle levende dele og brydere i 24kV gasisolerede SF6 ringenheder er sigtede inden for en rustfri stålbeholder fyldt med SF6 gas, er de kompakte. I strukturdesign, må isoleringsstyrken og fugtighed af isoleringsgas fuldt overvejes for at rationelt designe skabets dimensioner. Enheden bør have komplet funktionalitet, være let at operere, og have en simpel struktur.

2.2 Udvidelighed af konfigurationer

Konfigurationsdesign må have udvidelighed. Til en vis grad, afhænger kvaliteten af et produkt og dets potentiale for bred anvendelse af dets konfigurationsflexibilitet. En standardiseret, modular design tillader fleksibel expansion til venstre og højre.

2.3 Pålidelighed af isoleringsdesign

Den primære risiko for 24kV gasisolerede SF6 ringenheder er nedbrydning af isoleringspræstation. Faktorer, der forårsager isoleringsnedbrydning, inkluderer: SF6 gas-lækage; polymerisolering eller -sealingsmaterialer, der har en vis permeabilitet over for forskellige gasser (som vanddamp), hvilket fører til uacceptabel kondensation på beholdernes indre vægge; kontrol af fugtighedsindhold i SF6 gas; og sprækker i isoleringskomponenter.

For at forhindre isoleringsnedbrydning, må der træffes tilsvarende foranstaltninger, som: produktion af gasbeholderen fra rustfrit stål ved fuld svarende, uden at efterlade nogen sigtede åbninger; produktion af kabelforbindelsesbuskopper fra epoxidcast resin og integral svarende til beholderen; forbedring af gasbeholderens tæthed for at minimere vanddamp-permeabilitet; regelmæssig måling af fugtighedsindhold med en SF6 fugtighedsmåler, placering af en passende mængde tørrer i den sigtede beholder, og strengt bage af alle komponenter ifølge specificeret temperatur og tid; når man evacuerer og påfylder SF6 skabeskabe, rensning af påfyldningslinjer med høj renhed N2 eller SF6 gas; og minimalisering af intern mekanisk spænding i isoleringskomponenter for at forhindre aldring og sprækning. Disse foranstaltninger vil effektivt forbedre isoleringspålidelighed.

3. Konklusion

Selvom struktur og isoleringsdesign for 24kV højspændings skabeskabe er baseret på 12kV skabeskabe, er kravene langt højere. Desuden, på grund af utilstrækkelig praktisk driftserfaring, må alle påvirkende faktorer fuldt overvejes under designprocessen for at opfylde produktstandarder.