Megbízható 24kV levegő- és gázizolált berendezések tervezése

Jelenleg Kínában a közép-feszültségű elosztó hálózatok főként 10 kV-os feszültségen működnek. A gyors gazdasági fejlődés révén a villamos energiaköltségek drámai módon növekedtek, ami egyre inkább feltárja a meglévő ellátási módok korlátait. A 24 kV-os magfeszültségű kapcsolókészítmények kiemelkedő előnyei, mint a nagyobb terhelési képesség kielégítése, csendesen elterjedtek az iparágban. A Hálózati Vállalat "A 20 kV-os feszültségi szint előmozdításáról szóló értesítése" után a 20 kV-os feszültségi osztály gyorsan elterjedt.

Mint ez a feszültségi szinten lényeges termék, a 24 kV-os magfeszültségű kapcsolókészítmények szerkezete és izolációs tervezése vált az iparág fókuszává. A villamosenergiaipari szabvány "Magfeszültségű kapcsoló- és irányítási berendezések általános technikai követelményei" (DL/T 593-2006) alapján, a kapcsolókészítmények specifikus izolációs követelményei jól meghatározottak. A 24 kV-os termékek izolációs követelményei a következők:

Minimális levegőtér (fázis-fázis, fázis-föld): 180 mm; Helyi frekvenciás tűrése (fázis-fázis, fázis-föld): 50/65 kV/perc, (izolált csatlakozásokon keresztül): 64/79 kV/perc; Villámütközet tűrése (fázis-fázis, fázis-föld): 95/125 kV/perc, (izolált csatlakozásokon keresztül): 115/145 kV/perc.

Megjegyzés: A perjeles adatok bal oldali része a szilárdan földre kapcsolt rendszerekre vonatkoznak, míg a jobb oldali adatok a hurok-elnyomó körrel vagy nem kapcsolt rendszerekre vonatkoznak.

A 24 kV-os magfeszültségű kapcsolókészítmények izolációs módja szerint két csoportba sorolhatók: levegő-izolált fémbezárt kapcsolókészítmények és SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok. A 24 kV-os levegő-izolált fémbezárt kapcsolókészítmények, különösen a középre helyezett behúzható típus (innen kezdve 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítménynek fogjuk nevezni), lényeges tervezési fókuszává vált. Ez a cikk néhány ajánlást tartalmaz a 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmények és SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok szerkezeti és izolációs tervezésével kapcsolatban, amelyeket referenciaként és megjegyzésként nyújtunk.

1. A 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmény tervezése

A 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmények technológiája három forrásból származik: Első, a 12 kV-os KYN28-12 termék frissítése, ahol az izolációval kapcsolatos összetevőket közvetlenül cseréljük le. Második, külföldi középre helyezett termékek belépnek a belföldi piacra, mint például az ABB és Eaton Senyuan termékei. Harmadik, önállóan fejlesztett 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmények Kínában. A harmadik kategória, amely kifejezetten Kína meglévő technikai feltételeinek és igényeinek megfelelően tervezett, a legversenyképesebb a piacra. Ezért a tervezés során a teljes termék szerkezete és izolációs tervezése alaposan meg kell fontolandó, ahogy az alábbiakban részletezzük:

1.1 Egyenlő magasságú szekrény szerkezet és háromszög alakú buszlemez elrendezés

A legtöbb 12 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmény egy olyan szerkezetet használ, amely magasabb az elől és alacsonyabb a háttal, a háromfázisú buszlemezeket háromszög (delta) alakban helyezik el, és a mérések szekrénye egy eltávolítható, önálló szerkezet. Ha ezt a módszert alkalmazzák a 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítményeknél, ez egyértelműen nem felel meg a minimális levegőtér 180 mm-es követelményének. Ezért a 24 kV-os középre helyezett kapcsolókészítmények egyenlő magasságú szekrény szerkezetet kellene használni, a mérések szekrényét integrálva a fő szekrénybe.

A szekrény magasságát megfelelően növelni kell 2400 mm-re, hogy több tér legyen a buszlemez és áramkiegésgörgető szekrények számára. A buszlemez falbuszokat háromszög alakban kell elrendezni. Ez a megközelítés nem csak a levegőtér követelményeket teljesíti, hanem hatékonyan csillapítja és tűri az elektromos erőket, javítja a buszlemez hőátadását, és növeli az izolációs megbízhatóságot.

1.2 Kapcsolókészítmény szélességének racionális tervezése

Izolációs megbízhatóság szempontjából a levegő-izoláció a legmegbízhatóbb módszer; ha a minimális izolációs tér biztosítva van, az izoláció teljesen garantált. Egy teljes levegő-izolált tervezés esetén a 24 kV-os kapcsolókészítmény elméleti szélessége 1020 mm. Azonban a gyakorlatban a legtöbb gyártó 1000 mm-es szekrény szélességet választ, ami kompozit izoláció használatát teszi szükségessé. Általában a buszlemezekre hőszorító csőt vesznek, és SMC (Sheet Molding Compound) izolációs szekrényeket helyeznek fázisok között és fázis-föld között, hogy növeljék az izolációt.

1.3 Egyenletes elektromos mező eloszlásának tervezése

A tesztelések azt igazolják, hogy minél magasabb a feszültségi szint, annál magasabb a helyi elektromos mező ereje a helyi frekvenciás tűrési tesztek során, néha jelentős korona-illeszkedést kísérve. A szabályzatok szerint, ha nincs zavaró illeszkedés, a teszt sikeresnek számít. Azonban a magas helyi elektromos mező ereje befolyásolhatja a termék túlfeszültség-tűrő képességét normális működés közben.

Ezért a termék tervezése során elsődleges prioritásnak kell tekinteni, hogy a lehető leg egyenletesebb elektromos mező eloszlást érjünk el, elkerülve a helyi mező koncentrációját. A gyakorlati tapasztalatok alapján a vezetők formálása egyenletes mező elérésére hatékony. A buszlemezek végének a formáló frészelő segítségével kerekített sarokká alakítása. A buszlemezek végének a kapcsolódozó dobozban belül először félkör alakú formálása, majd kerekített sarokká frészelése. Ahogyan a körülmények engedélyezik, a circuit breaker mályva-kapcsolóinak kívüli metál fénykivető fedő telepítése, vagy a kapcsolódozó doboz öntésé során beágyazott metál fénykivető háló. Ezek a intézkedések hatékonyan egyenletesítik az elektromos mező eloszlását, csillapítják a mező csúcsokat, és tovább növelik az izolációs szinteket.

1.4 Hosszú csúszóútú izolációs anyagok használata

Az izolációs anyagok, mint a falbuszok, kapcsolódozó dobozok és támogató izolátorok, nagyobb szárnyakkal és elegendő csúszóúttal kell rendelkezzenek, hogy megfeleljenek a 24 kV-os izolációs követelményeknek. Különösen a kapcsolódozó dobozok tervezésekor szükséges metál fénykivető háló hozzáadása, és a belső üregben nyelvi szerkezet használata, hogy elkerülje a gyűrű szerkezetekkel járó problémákat, amelyek nem tudják hatékonyan elnyomni a kondenzációt és a vele járó szennyezőanyag-kumulációt a működés során.

2. A 24 kV-os SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok tervezése

A külföldi 24 kV-os SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok korai időkből indulnak; a Siemens és az ABB 1980-as évek elején indította őket. Ez azért, mert sok külföldi országban a 24 kV a fő közép-feszültségű elosztó feszültség. Termékeik technológiai előremutatottságuk, nagyszerű teljesítményük és magas megbízhatóságuk miatt ismertek. A hazai 24 kV-os SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok csak a legutóbbi években fejlődtek. Különböző feltételek miatt a termékek még mindig kutatási, fejlesztési és tesztelési fázisban állnak.

A 24 kV-os SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatok technológiai előremutatottsága miatt, a szerkezet és az izolációs tervezésüknek a sikerült külföldi tapasztalatokra kell épülnie. Az alábbiakban néhány ajánlás a termék szerkezeti és izolációs tervezésére:

2.1 A szerkezet racionális tervezése

Mivel a 24 kV-os SF6 gáz-izolált gyűrűhálózatokban minden élő rész és kapcsolók egy锈钢气箱内充有SF6气体，因此结构紧凑。在设计时必须充分考虑绝缘气体的绝缘强度和湿度，合理设计柜体尺寸。装置应功能齐全、操作简便、结构简单。

2.2 配置的可扩展性

配置设计必须具有可扩展性。在一定程度上，产品的质量和广泛应用潜力取决于其配置灵活性。标准化、模块化的设计允许灵活的左右扩展。

2.3 绝缘设计的可靠性

24kV SF6气体绝缘环网柜的主要风险是绝缘性能下降。导致绝缘性能下降的因素包括：SF6气体泄漏；聚合物绝缘或密封材料对不同气体（如水蒸气）有一定的渗透性，导致容器内壁出现不可接受的凝结；SF6气体中的水分控制；以及绝缘部件的裂纹。

为了防止绝缘性能下降，必须采取相应的措施，例如：使用全焊接不锈钢制造气箱，不留任何密封开口；电缆连接套管采用环氧树脂浇注，并与气箱整体焊接；加强气箱密封，尽量减少水蒸气渗透；定期用SF6湿度测试仪测量水分含量，在密封外壳内放置适量的干燥剂，并严格按照规定的温度和时间烘烤所有部件；在抽真空和充SF6开关设备时，用高纯度N2或SF6气体清洗充气管线；尽量减少绝缘部件内部的机械应力，防止老化和开裂。这些措施将有效提高绝缘可靠性。

3. 结论

尽管24kV高压开关柜的结构和绝缘设计基于12kV开关柜，但要求要高得多。此外，由于实际运行经验不足，设计过程中必须充分考虑所有影响因素，以满足产品标准。