Проектирование надежного воздушного и газонаполненного оборудования на 24 кВ

В настоящее время средневольтные распределительные сети в Китае в основном работают на напряжении 10 кВ. С быстрым экономическим развитием нагрузка на электроэнергию резко возросла, что все больше обнажает ограничения существующих методов энергоснабжения. Благодаря выдающимся преимуществам высоковольтного оборудования на 24 кВ в удовлетворении требований к большей нагрузочной способности, оно постепенно завоевывает популярность в отрасли. После публикации Государственной сетевой корпорацией "Уведомления о продвижении уровня напряжения 20 кВ" использование класса напряжения 20 кВ быстро увеличивается.

Как ключевой продукт для этого уровня напряжения, конструкция и изоляционное проектирование высоковольтного оборудования на 24 кВ стали центральными вопросами в отрасли. В соответствии с отраслевым стандартом электроэнергетики "Общие технические требования к высоковольтному коммутационному оборудованию и устройствам управления" (DL/T 593-2006), конкретные требования к изоляции для коммутационного оборудования четко определены. Требования к изоляции для продуктов на 24 кВ следующие:

Минимальный воздушный зазор (между фазами, между фазой и землей): 180 мм; Напряжение промышленной частоты (между фазами, между фазой и землей): 50/65 кВ/мин, (через изолирующие соединения): 64/79 кВ/мин; Напряжение грозового импульса (между фазами, между фазой и землей): 95/125 кВ/мин, (через изолирующие соединения): 115/145 кВ/мин.

Примечание: Данные слева от косой черты применимы к системам с глухозаземленной нейтралью, а данные справа — к системам с нейтралью, заземленной через дугогасительную катушку, или незаземленным.

Высоковольтное оборудование на 24 кВ можно разделить по методу изоляции на воздушно-изолированные металлические шкафы и газоизолированные SF6 кольцевые главные щиты. Воздушно-изолированные металлические шкафы на 24 кВ, особенно съемные типа "середина" (далее — шкафы на 24 кВ типа "середина"), стали ключевым направлением проектирования. В этой статье рассматриваются несколько рекомендаций по конструкции и изоляционному проектированию шкафов на 24 кВ типа "середина" и газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов, предложенных для обсуждения и комментариев.

1. Проектирование шкафов на 24 кВ типа "середина"

Технология шкафов на 24 кВ типа "середина" в основном исходит из трех источников: во-первых, модернизация продукта KYN28-12 на 12 кВ путем прямой замены компонентов, связанных с изоляцией; во-вторых, зарубежные продукты типа "середина", входящие на внутренний рынок, такие как ABB и Eaton Senyuan; в-третьих, самостоятельно разработанные шкафы на 24 кВ типа "середина" в Китае. Третья категория, разработанная специально с учетом существующих технических условий и требований в Китае, является наиболее конкурентоспособной на рынке. Поэтому при проектировании необходимо тщательно учитывать общую конструкцию продукта и изоляционное проектирование, как подробно описано ниже:

1.1 Конструкция шкафа одинаковой высоты и треугольное расположение шин

Большинство шкафов на 12 кВ типа "середина" используют конструкцию, которая выше спереди и ниже сзади, с трехфазными шинами, расположенными в треугольной (дельта) конфигурации, и отсеком приборов как съемной, независимой конструкцией. Если этот метод будет использоваться для шкафов на 24 кВ типа "середина", он явно не сможет удовлетворить минимальное требование к воздушному зазору 180 мм. Поэтому шкафы на 24 кВ типа "середина" должны использовать конструкцию шкафа одинаковой высоты, с интегрированным отсеком приборов в основной шкаф.

Высота шкафа должна быть увеличена до 2400 мм, предоставляя больше пространства для отсеков шин и выключателей. Шинные стеновые втулки должны быть расположены в треугольной конфигурации. Этот подход не только удовлетворяет требования к воздушному зазору, но и эффективно подавляет и выдерживает электромагнитные силы, улучшает теплоотдачу шин и повышает надежность изоляции.

1.2 Рациональное проектирование ширины шкафа

С точки зрения надежности изоляции, воздушная изоляция является наиболее надежным методом; если гарантирован минимальный изоляционный зазор, изоляция может быть полностью обеспечена. Учитывая полностью воздушную изоляцию, теоретическая ширина шкафа на 24 кВ должна составлять 1020 мм. Однако в реальном производстве большинство производителей выбирают ширину шкафа 1000 мм, что требует использования комбинированной изоляции. Обычно на шины наносится термоусадочная трубка, а между фазами и между фазой и землей устанавливаются изоляционные барьеры из SMC (Sheet Molding Compound) для усиления изоляции.

1.3 Проектирование для равномерного распределения электрического поля

Испытания показывают, что чем выше уровень напряжения, тем выше локальная сила электрического поля при испытаниях на напряжение промышленной частоты, иногда сопровождаемая заметным коронным разрядом. Согласно нормативам, если не происходит нарушения изоляции, испытание считается успешным. Однако высокая локальная сила электрического поля может влиять на способность продукта выдерживать перенапряжения в нормальных условиях эксплуатации.

Поэтому при проектировании продукта следует стремиться к достижению максимально равномерного распределения электрического поля, избегая локальной концентрации поля. По практическому опыту, формирование проводников для достижения равномерного поля является эффективным. Для торцов шин используйте фрезу для формирования закругленных углов. Для концов шин внутри контактного ящика сначала придайте им полуцилиндрическую форму, затем фрезеруйте закругленные углы. При возможности установите металлический экран наружу контактов плумбата выключателя или вставьте металлическую сетчатую защиту при заливке контактного ящика. Эти меры могут эффективно равномерить распределение электрического поля, подавлять пики поля и дальнейшим образом улучшать уровень изоляции.

1.4 Использование изоляционных материалов с длинным пути утечки

Изоляционные материалы, такие как стеновые втулки, контактные ящики и опорные изоляторы, должны иметь увеличенные ребра и достаточный путь утечки, чтобы удовлетворить требования к изоляции на 24 кВ. Особенно в дизайне контактных ящиков необходимо добавить металлическую сетчатую защиту, а внутреннюю полость следует использовать с языковидной структурой, чтобы избежать проблем, присущих кольцевым структурам, которые не могут эффективно подавлять конденсацию и накопление загрязнений во время эксплуатации.

2. Проектирование газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов на 24 кВ

Зарубежные газоизолированные SF6 кольцевые главные щиты на 24 кВ начали развиваться рано; компании, такие как Siemens и ABB, представили их в начале 1980-х годов. Это связано с тем, что во многих зарубежных странах 24 кВ используется как основное средневольтное распределительное напряжение. Их продукты технологически передовые, высокопроизводительные и высоко надежные. Отечественные газоизолированные SF6 кольцевые главные щиты на 24 кВ развиваются только в последние годы. Ограниченные различными условиями, продукты все еще находятся на стадии исследований, разработок и испытаний.

Учитывая передовую технологию газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов на 24 кВ, их конструкция и изоляционное проектирование должны опираться на成熟的电力技术要求，24kV气体绝缘SF6环网柜的结构和绝缘设计必须借鉴国外成熟的经验。以下是关于产品结构和绝缘设计的一些建议： **2.1 结构合理性** 由于24kV气体绝缘SF6环网柜的所有带电部分和开关都密封在充满SF6气体的不锈钢外壳内，因此非常紧凑。在结构设计中，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。单元应具有完整的功能，易于操作且结构简单。 **2.2 配置可扩展性** 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、模块化设计允许灵活地左右扩展。 **2.3 绝缘设计的可靠性** 24kV气体绝缘SF6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露；SF6气体中的水分含量控制；以及绝缘部件的裂纹。 为防止绝缘性能下降，必须采取相应措施，例如：使用全焊接制造气箱，不留密封开口；电缆连接套管采用环氧树脂浇注并整体焊接在气箱上；增强气箱的密封性，以减少水蒸气渗透；定期用SF6湿度测试仪测量水分含量，在密封壳体内放置适量干燥剂，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时，用高纯度N2或SF6气体清洗充气管路；尽量减小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高压开关设备的结构和绝缘设计基于12kV开关设备，但要求要高得多。此外，由于实际运行经验不足，在设计过程中必须充分考虑所有影响因素，以满足产品标准。 请根据上述要求翻译成俄语。 ### 输出译文

2. Проектирование газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов на 24 кВ

Зарубежные газоизолированные SF6 кольцевые главные щиты на 24 кВ начали развиваться рано; компании, такие как Siemens и ABB, представили их в начале 1980-х годов. Это связано с тем, что во многих зарубежных странах 24 кВ используется как основное средневольтное распределительное напряжение. Их продукты технологически передовые, высокопроизводительные и высоко надежные. Отечественные газоизолированные SF6 кольцевые главные щиты на 24 кВ развиваются только в последние годы. Ограниченные различными условиями, продукты все еще находятся на стадии исследований, разработок и испытаний.

Учитывая передовую технологию газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов на 24 кВ, их конструкция и изоляционное проектирование должны опираться на зрелый зарубежный опыт. Ниже приведены несколько рекомендаций по конструкции и изоляционному проектированию:

2.1 Фокус на рациональности конструкции

Поскольку все живые части и выключатели в газоизолированных SF6 кольцевых главных щитах на 24 кВ герметично заключены в нержавеющий корпус, заполненный SF6 газом, они очень компактны. В конструктивном проектировании необходимо учитывать прочность изоляции и влажность изоляционного газа, чтобы рационально спроектировать размеры шкафа. Единица должна иметь полный функционал, быть удобной в эксплуатации и иметь простую конструкцию.

2.2 Расширяемость конфигураций

Конфигурационное проектирование должно иметь расширяемость. В определенной степени качество продукта и его потенциал для широкого применения зависят от его конфигурационной гибкости. Стандартизованное, модульное проектирование позволяет гибко расширяться слева и справа.

2.3 Надежность изоляционного проектирования

Основной риск для газоизолированных SF6 кольцевых главных щитов на 24 кВ — это снижение изоляционных характеристик. Факторы, вызывающие снижение изоляции, включают: утечку SF6 газа; полимерные изоляционные или герметизирующие материалы, имеющие определенную проницаемость для различных газов (например, водяного пара), что приводит к недопустимому образованию конденсата на внутренних стенках контейнера; контроль содержания влаги в SF6 газе; и трещины в изоляционных компонентах.

Чтобы предотвратить снижение изоляционных характеристик, необходимо принять соответствующие меры, такие как: изготовление газового контейнера из нержавеющей стали с использованием полной сварки, без герметичных отверстий; изготовление кабельных соединительных втулок из эпоксидной смолы и их интегральное сваривание с контейнером; усиление герметичности газового контейнера, чтобы минимизировать проникновение водяного пара; регулярное измерение содержания влаги с помощью тестера влажности SF6, размещение соответствующего количества осушителя в герметичном контейнере и строгое соблюдение температурного режима и времени выпекания всех компонентов; при откачке и заполнении SF6 коммутационного оборудования очистка линий заполнения высокочистым N2 или SF6 газом; и минимизация внутреннего механического напряжения в изоляционных компонентах, чтобы предотвратить старение и растрескивание. Эти меры позволят эффективно повысить надежность изоляции.

3. Заключение

Хотя конструкция и изоляционное проектирование высоковольтного оборудования на 24 кВ основаны на оборудовании на 12 кВ, требования значительно выше. Кроме того, из-за недостатка практического опыта эксплуатации, при проектировании необходимо учитывать все влияющие факторы, чтобы соответствовать стандартам продукции.