Design av pålitlig 24kV luft- og gassisoleret utstyr

For øyeblikket opererer de fleste av Kinas mediumspennings distribusjonsnettverk hovedsakelig på 10kV. Med rask økonomisk vekst har strømforbruket økt kraftig, og begrensningene ved eksisterende strømforsyningsmetoder blir mer og mer synlige. På grunn av de fremragende fordelene med 24kV høyspenningskontrollutstyr i å møte behovet om høyere lastkapasitet, har det gradvis fått fotfeste i bransjen. Etter Statens nettforetaks «Merknad om fremme av 20kV spenningsnivå», har 20kV spenning snaut opplevd en rask stigning i bruk.

Som et viktig produkt for dette spenningnivået, har konstruksjonen og isoleringsdesignet av 24kV høyspenningskontrollutstyr blitt sentrale fokusområder i bransjen. I henhold til strømbransjens standard «Generelle tekniske krav til høyspenningskontroll- og styreutstyr» (DL/T 593-2006), er spesifikke isoleringskrav for kontrollutstyr klart definert. Isoleringskravene for 24kV produkter er som følger:

Minimum luftavstand (fase mot fase, fase mot jord): 180mm; Nettfrekvensbelastningsbarhet (fase mot fase, fase mot jord): 50/65 kV/min, (over isolasjonssammenkoblinger): 64/79 kV/min; Lynimpulsbelastningsbarhet (fase mot fase, fase mot jord): 95/125 kV/min, (over isolasjonssammenkoblinger): 115/145 kV/min.

Merk: Data på venstre side av skråstrekken gjelder for solidt jordet nøytral systemer, mens data på høyre side gjelder for systemer med nøytral jordet gjennom en bueutslukningsbobin eller ujordet.

24kV høyspenningskontrollutstyr kan bli kategorisert etter isoleringsmetode i luftisolerte metallskinnede kontrollutstyr og gassisolerte SF6 ringhovedenheter. Luftisolerte metallskinnede kontrollutstyr for 24kV, spesielt midtmounted uttrekkbart type (heretter referert til som 24kV midtmounted kontrollutstyr), har blitt et sentralt designfokus. Denne artikkelen diskuterer flere anbefalinger angående konstruksjonen og isoleringsdesignet av 24kV midtmounted kontrollutstyr og gassisolerte SF6 ringhovedenheter, tilgjengelige for referanse og kommentar.

1. Design av 24kV Midtmounted Kontrollutstyr

Teknologien for 24kV midtmounted kontrollutstyr kommer hovedsakelig fra tre kilde: Først, en oppgradering fra 12kV KYN28-12 produktet ved direkte bytte av komponenter relatert til isolering. Andre, utenlandske midtmounted produkter som kommer inn på den inlandske markeder, som ABB og Eaton Senyuan. Tredje, selvutviklet 24kV midtmounted kontrollutstyr i Kina. Den tredje kategorien, designet spesifikt for Kinas eksisterende tekniske forhold og krav, er mest konkurransedyktig på markedet. Derfor, under dets design, må den totale produktstrukturen og isoleringsdesignet være fullstendig vurdert, som detaljeres nedenfor:

1.1 Likehøyd skapstruktur og trekantformet busbaroppsett

De fleste 12kV midtmounted kontrollutstyr bruker en struktur som er høyere foran og lavere bak, med trefas busbarer satt opp i en trekant (delta) konfigurasjon, og instrumentkompartimentet som en fjernbare, selvstendig struktur. Hvis denne metoden brukes for 24kV midtmounted kontrollutstyr, kan det tydelig ikke møte minimum kravet for luftavstand på 180mm. Derfor bør 24kV midtmounted kontrollutstyr benytte en likehøyd skapdesign, med instrumentkompartiment integrert i hovedskapet.

Skaphøyden bør适度增加机柜高度至2400毫米，为母线和断路器隔间提供更多空间。母线壁套管应采用三角形排列。这种方法不仅满足了空气间隙的要求，还能有效抑制和承受电磁力，提高母线散热效果，并增强绝缘可靠性。 请注意，最后一段的翻译中包含了中文，这不符合要求。以下是修正后的完整翻译：

Skaphøyden bør økes tilpasset til 2400 mm, for å gi mer plass til busbar- og sirkuitbryterkompartiment. Busbarveggbushingene bør plasseres i en trekantkonfigurasjon. Dette tilnærmingen dekker ikke bare luftavstandsbehov, men undertrykker også effektivt og tål modulære krefter, forbedrer busbarvarmetransport, og forbedrer isoleringsrelabilitet.

1.2 Rettferdig design av kontrollutstyrs bredde

Fra et perspektiv av isoleringsrelabilitet, er luftisolering den mest pålitelige metoden; så lenge minimum isoleringsavstand er sikret, kan isoleringen være fullstendig garantert. Ved å vurdere et fullstendig luftisolert design, burde den teoretiske bredden på 24kV kontrollutstyr være 1020 mm. Imidlertid, i praksis, velger de fleste produsenter en skapbredde på 1000 mm, noe som nødvendiggjør bruk av kombinert isolering. Generelt brukes varmeskrynkingstube på busbarer, og SMC (Sheet Molding Compound) isolerende barriere installeres mellom fasene og mellom fase og jord for å forbedre isoleringen.

1.3 Design for jevnt elektrisk feltfordeling

Testing viser at jo høyere spenningenivå, jo høyere lokale elektriske feltstyrker under nettfrekvensbelastningsprøver, noen ganger sammen med merkbare koronaavledningslyder. Ifølge reglene, så lenge det ikke forekommer forstyrrende avledninger, anses prøven som bestådd. Men høye lokale elektriske feltstyrker kan påvirke produktets evne til å tåle overvoltage under normal drift. 

Derfor bør produktets design prioritere å oppnå så jevnet elektrisk feltfordeling som mulig, unngå lokal feltkonsentrasjon. Fra praktisk erfaring, er formgivning av ledere for å oppnå jevnet felt effektiv. For endene av busbarer, bruk en formgivningsfræse for å forme endene til avrundede hjørner. For busbarendene inne i kontaktboksen, former først dem til halvsirkelform, deretter fræser dem til avrundede hjørner. Der det er mulig, installer en metallskjermende dekke utenfor sirkuitbryterens plommeblomsterkontakter, eller legg inn en metallskjermende nett under støping av kontaktboksen. Disse tiltakene kan effektivt jevnere elektrisk feltfordeling, undertrykke felttopper, og forbedre isoleringsnivåer ytterligere.

1.4 Bruk av isoleringsmaterialer med lang krypavstand

Isoleringsmaterialer som veggbushing, kontaktbokser og støtteisolatorer må ha forstørrede skjold og tilstrekkelig krypavstand for å møte isoleringskravene for 24kV. Spesielt i designet av kontaktbokser, må en metallskjermende nett legges til, og indre rom bør bruke en tungeformet struktur for å unngå problemer knyttet til ringstrukturer, som ikke kan effektivt undertrykke kondensering og den resulterende forurensningsakkumulasjon under drift.

2. Design av 24kV Gassisolerte SF6 Ringhovedenheter

Utenlandske 24kV gassisolerte SF6 ringhovedenheter startet tidlig; selskaper som Siemens og ABB introduserte dem i begynnelsen av 1980-årene. Dette er fordi mange utenlandske land bruker 24kV som hovedmediumspenningsdistribusjonspenning. Produkter er teknologisk avansert, høyytende og høyrelativitetsmessig pålitelige. Inlandske 24kV gassisolerte SF6 ringhovedenheter har kun utviklet seg i de siste årene. Begrenset av ulike forhold, er produkter fortsatt i forskning, utvikling og testingfasen.

På grunn av den avanserte teknologien til 24kV gassisolerte SF6 ringhovedenheter, må deres struktur og isoleringsdesign dra nytte av modne utenlandsk erfaring. Følgende er flere anbefalinger om produktstrukturen og isoleringsdesign:

2.1 Fokus på strukturell rasjonalitet

Siden alle levende deler og sirkuitbrytere i 24kV gassisolerte SF6 ringhovedenheter er sigilert inni en rustfri stålskall fylt med SF6-gass, er de kompakte. I strukturdesign, må isoleringsstyrken og fuktigheten av isoleringsgassen være fullstendig vurdert for å rasjonelt designe skapets dimensjoner. Enheten bør ha full funksjonalitet, være lett å operere, og ha en enkel struktur.

2.2 Konfigurabel utvidbarhet

Konfigurasjonsdesign må ha utvidbarhet. Til en viss grad, avhenger produktets kvalitet og potensial for bred anvendelse av dens konfigurasjonsfleksibilitet. En standardisert, modulær design tillater fleksibel utvidelse til venstre og høyre.

2.3 Reliabilitet av isoleringsdesign

Den primære risikoen for 24kV gassisolerte SF6 ringhovedenheter er nedbryting av isoleringsytelsen. Faktorer som fører til isoleringsnedbryting inkluderer: SF6-gasslekasje; polymerisolering eller sigillering materialer som har en viss permeabilitet for ulike gasser (som vannånd), som fører til uakseptabel kondensering på indre veggen av beholdningen; kontroll av fuktighetinnhold i SF6-gass; og sprækker i isoleringskomponenter.

For å forhindre isoleringsnedbryting, må tilsvarende tiltak tas, som: produksjon av gassbeholder av rustfri stål ved full sveising, uten å la noen sigillerte åpninger; lage kabeltilkoblingsbushing av epoksid cast resin og sveise dem integralt til beholdningen; forbedre gassbeholderens sigillering for å minimere vannånd-permeabilitet; regelmessig måling av fuktighetinnhold med en SF6-fuktighetstester, plassere en passende mengde tørkemiddel i den sigillerte beholdningen, og bake alle komponenter strengt ifølge spesifisert temperatur og tid; når man evacuerer og fyller SF6-kontrollutstyr, rense fyllingslinjer med høyrenslig N2 eller SF6-gass; og minimere intern mekanisk spenning i isoleringskomponenter for å forhindre aldring og sprækking. Disse tiltakene vil effektivt forbedre isoleringsrelabilitet.

3. Konklusjon

Selv om strukturen og isoleringsdesignet av 24kV høyspenningskontrollutstyr er basert på 12kV kontrollutstyr, er kravene langt høyere. Videre, på grunn av utilstrekkelig praktisk driftserfaring, må alle påvirkende faktorer være fullstendig vurdert under designprosessen for å møte produktstandarder.