Voimansiirtojärjestelmät: Lyhytsulun riskit aiheutumisesta ja parannuskeinoista

Voimansiirtojen lyhytsulkuvaarat: riskit, syyt ja parannuskeinot

Voimansiirrot ovat välttämättömiä komponentteja sähköverkoissa, jotka tarjoavat energian siirtämisen ja ovat tärkeitä induktiolaskeita, jotka varmistavat turvallisen sähkön toiminnan. Niiden rakenne koostuu ensimmäisestä kympystä, toisesta kympystä ja teräspyrstä, käyttäen sähkömagneettisen induktion periaatetta vaihtovoltin muuttamiseen. Pitkäaikaisilla teknologisilla parannuksilla on jatkuvasti parannettu sähköntarjonnan luotettavuutta ja vakautta. Kuitenkin erilaisia huomattavia piilovaaroja edelleen on olemassa. Jotkut siirtoyksiköt kärsivät riittämättömästä lyhytsulkuvastustukyksestä, mikä tekee niistä alttiita lyhytsulkuilmiöille. Tehokasta vika-aiheiden ja -paikkojen määrittämiseksi on lisättävä tutkimusta siirtovirheisiin ja diagnostiikkateknologioihin, jotta voidaan omaksua vastaavat tekniikat, jotka tehokkaasti ratkaisevat siirtovirheiden diagnostiikan ongelmat.

1. Voimansiirtojen lyhytsulkujen vaarat

• Sulkuvirtauksen vaikutus: Yhtäkkiä tapahtuva lyhytsulkusiirrossa synnyttää suuren lyhytsulkuvirtauksen. Vaikka sen kesto on lyhyt, ennen kuin siirron pääpiiri katkaistaan, tämä piilovaara voi jo olla muodostunut, mikä saattaa aiheuttaa sisäistä vahinkoa siirtoon ja vähentää eristysasteikkoa.

• Sähkömagneettisten voimien vaikutus: Lyhytsulkun aikana ylivirtaus tuottaa merkittäviä sähkömagneettisia voimia, jotka vaikuttavat vakautukseen. Pahimmassa tapauksessa siirron kympyt voivat joutua tietyssä määrin vaikutuksen alaiseksi, kuten kympyjen muotoonmuutos, kympyjen eristysvoiman vaurioituminen ja muiden komponenttien vaurioituminen. Äärimmäisissä tapauksissa tämä saattaa johtaa sähkönturvallisuusongelmiin, kuten siirron palamiseen.

2. Voimansiirtojen lyhytsulkujen syynä olevat tekijät

(1) Virtalaskennan ohjelmia on kehitetty idealisoituja malleja käyttäen, jotka olettavat tasaisen vuotavaan magneettikentän jakautumisen, samansuuruiset kympydiameterit ja samafaseiset voimat. Todellisuudessa siirrossa vuotavaa magneettikenttä ei ole tasaisesti jakautunut, vaan se on suhteellisen keskittynyt verkkosolmun osioon, jossa sähkömagneettiset juostot kokovat suurempia mekaanisia voimia. Jatkuvasti transponoiduissa kaapeleissa (CTC) transpositiopisteissä nousukaltevuuden muutos muuttaa voiman siirtymissuuntaa, mikä tuottaa kulmakierroksen. Välilehdisten joustomodulin vuoksi epätasainen välilehdisten aksiaalinen jakautuminen voi aiheuttaa, että vaihtovuotavaan magneettikenttien tuottamat vaihtovoimat kokevat viivästyneen resonaansin. Tämä on perustava syy, miksi kympylevyt verkkosolmun osiossa, transpositiopisteissä ja vastaavissa paikoissa, joissa on napajärjestelmä, muotoonmuuttuvat ensimmäisinä.

(2) Perinteisten transponoidujen johtojen, joilla on heikko mekaaninen vahvuus, käyttö tekee niistä alttiita muotoonmuuttoon, juoston eroon ja kuparin näkyvyyteen lyhytsulkumekaanisten voimien vaikutuksesta. Perinteisten transponoidujen johtojen käytössä suuret virtaukset ja jyrkät transpositiokulmakierrokset näillä paikoilla tuottavat merkittävän kulmakierroksen. Lisäksi kympylevyt kympyjen molemmissa päissä kokevat huomattavan kulmakierroksen radiaalisen ja aksiaalisen vuotavaan magneettikentän yhdistetyn vaikutuksen vuoksi, mikä johtaa kääntyvään muotoonmuuttoon. 

Esimerkiksi 500kV Yanggao-siirron A-faasin yhteisessä kympyssä oli 71 transpositiota, ja koska käytettiin suhteellisen paksuja perinteisiä transponoituja johtoja, 66 näistä transpositioista näyttivät eriasteista muotoonmuutosta. Samalla tavoin WuJing No. 11 pääsiirrossa myös havaittiin eriasteista juoston kääntyminen ja näkyvyys korkean jänniteen kympyjen päissä verkkosolmun osiossa perinteisten transponoidujen johtojen käytön vuoksi.

(3) Lyhytsulkuvastustukyvyn laskelmissa ei oteta huomioon lämpötilan vaikutusta sähkömagneettisten juostojen taipumis- ja venymisvoimaan. Huoneenlämpötilassa suunniteltu lyhytsulkuvastustus ei pysty heijastamaan todellisia toimintatiloja. Testitulosten mukaan sähkömagneettisten juostojen lämpötila vaikuttaa huomattavasti niiden antautumisrajaan (σ0.2). Kun sähkömagneettisten juostojen lämpötila nousee, niiden taipumisvoima, venymisvoima ja venymä pienenevät. 250°C:ssa taipumis- ja venymisvoima on huomattavasti pienempi kuin 50°C:ssa, kun taas venymä pienenee yli 40 %. Oikeassa toiminnassa siirrot saavuttavat keskimäärin kympylänpohjantason 105°C:n nominaleilla rasituksilla, kun taas kuumat pisteet saavuttavat 118°C. Useimmat siirrot kokevat automaattisia uudelleensulkuja toiminnassa.

Täten, jos lyhytsulkupiste ei katoa välittömästi, siirto kokee toisen lyhytsulkuvirtauksen hyvin lyhyessä ajassa (0,8 sekuntia). Kuitenkin ensimmäisen lyhytsulkuvirtauksen jälkeen kympylänpohjan lämpötila nousee nopeasti. GB1094-standardien mukaan maksimisallitulla lämpötilalla on 250°C, jolloin kympyjen lyhytsulkuvastustus on huomattavasti vähentynyt. Tämä selittää, miksi useimmat siirron lyhytsulkuvirheet tapahtuvat uudelleensulkujen jälkeen.

(4) Lepoisan kympykonstruktion, epäasianmukaisen transpositiokäsittelyn ja liian ohuen käytön seurauksena sähkömagneettiset juostot voivat jäädä ripustuneiksi. Onnettomuuspaikkojen näkökulmasta katsoen muotoonmuutos on yleisintä transpositiopisteissä, erityisesti transponoidujen johtojen transpositiopaikoissa.

(5) Pehmeiden johtojen käyttö on yksi pääasiallisista syistä siirron heikolle lyhytsulkuvastustukselle. Koska tämän ongelman alkuvaiheessa ei ymmärretty riittävästi tai kympyjä koskevien laitteiden ja prosessien vaikeuksien vuoksi, valmistajat olivat kiinnostuneita käyttämään puolikiinteitä johtoja tai eivät olleet sellaisia vaatimuksia suunnittelussaan. Kaikki epäonnistuneet siirrot käyttivät pehmeitä johtoja.

(6) Liian suuret montausrakenteet johtavat riittämättömään tuelle sähkömagneettisille juostoille, mikä luo piilovaaroja siirron lyhytsulkuvastustukselle.

(7) Epätasaiset esiasetuskappaleet eri kympyille tai napapaikoille aiheuttavat kympylevyjen hypätessä lyhytsulkuvirtauksen aikana, mikä aiheuttaa sähkömagneettisille juostoille liian suuren taipumisvoiman ja sitä seuraavan muotoonmuutoksen.

(8) Kierronkierrosten tai johtojen välillä puuttuva kuivausparannustus johtaa huonoon lyhytsulkukestävyyteen. Varisivuimmersion avulla käsittelyyn jääneet varhaiset kierronkierrokset eivät kärsineet vahingoista.

(9) Kierronkierroksen esijännitysvoiman epäasianmukainen hallinta aiheuttaa tavallisten vaihdettyjen johtojen suuntaamisen.

(10) Useat ulkoiset lyhytsulkuincidentit aiheuttavat sähkömagneettisten voimien kumulatiivisia vaikutuksia useiden lyhytsulkusähkövirta-iskujen jälkeen, mikä johtaa sähkömagneettisten johtojen pehmentymiseen tai sisäiseen suhteelliseen siirtymään, ja lopulta eristysromahdukseen.

3. Parannuskeinot voimansiirtojen lyhytsulkukestävyyden parantamiseksi

(1) Suorita lyhytsulkutestauksia ongelmien ennaltaehkäisemiseksi

 Suurten muuntokappaleiden toiminnallinen luotettavuus perustuu ensisijaisesti niiden rakenteeseen ja valmistusprosessin laatuun, minkä jälkeen erilaiset testit toiminnassa mahdollistavat laitteiden tilan ajoissa havaitsemisen. Muuntokappaleen mekaanisen vakauden ymmärtämiseksi voidaan suorittaa lyhytsulkutestaus, joka paljastaa heikkouskohtia parannusta varten, taatakseen luottamuksen muuntokappaleen rakennemuotoisen vahvuuden suunnittelussa.

(2) Standardoi suunnittelu ja korosta aksiaalisen puristuksen prosessi kiertokappaleiden valmistuksessa

Muuntokappaleiden suunnittelussa valmistajien tulisi ottaa huomioon ei vain tappioten vähentäminen ja eristyksen tasojen parantaminen, vaan myös mekaanisen vahvuuden ja lyhytsulkuvian pilaantumisen vastustuksen parantaminen. Valmistusprosessin osalta, koska monet muuntokappaleet käyttävät eristettyjä painelevyjä, joissa korkean- ja matalajännitekierronkierrokset jakavat yhden painelevyn, tämä rakenne edellyttää korkeita valmistusprosessin standardeja. Väliavaintuki pitäisi käsitellä tiivistämällä, ja kiertokappaleiden käsittelyn jälkeen yksittäiset kiertokappaleet tulisi kuivata vakiona puristuksella mittaten puristettujen kiertokappaleiden korkeutta.

Yllä mainitun käsittelyn jälkeen samalla painelevyllä olevat kiertokappaleet pitäisi säätää samaan korkeuteen. Loppuvalmistuksessa kiertokappaleisiin pitäisi soveltaa määrättyä puristetta hydraulisilla laitteilla saavuttaakseen suunnitellun ja prosessin vaatiman korkeuden. Loppuvalmistuksessa tulisi kiinnittää huomiota paitsi korkeajännitekierronkierrosten puristukseen myös erityisesti matalajännitekierronkierrosten puristuksen kontrollointiin.