Global utveckling och nyckelteknologier för RMU:er (Ring Main Units) med fast isolering

Utvecklingsstatus hemma och utomlands

Toshiba Corporation i Japan utvecklade högpresterande epoxidresinmaterial och gjutteknik 1999 och lanserade därefter en 24 kV fastisoleringsslinga (RMU) 2002. Produktsortimentet har sedan expanderat och företaget strävar nu mot högre spänningsnivåer på 72 kV och 84 kV. Holec, som ursprungligen var en europeisk pionjär med avancerade designkoncept och miljövänliga tillverkningsprocesser som inte producerar någon förorening, förvärvades senare av Eaton.

Holecs fastisoleringsslingor var bland de första som introducerades i Kina, och många inrikes tillverkares självutvecklade fastisoleringsslingor visar tydliga influenser från Holecs design. Trots att Kina startade senare inom detta område har dess utveckling varit snabb. Representerande företag som Beijing Shuangjie, Shenyang Haocheng och Beihai Galaxy har utvecklat produkter som har passerat typprov, uppnått massproduktionsförmåga och blir alltmer främjade och distribuerade.

Nyckelteknologier och utvecklingstrender

Genombrott och framsteg inom tekniken för fast isolering är grundläggande för den framgångsrika spridningen och användningen av fastisoleringsskydd. Många tillverkare världen över, inklusive Toshiba och Hitachi, har investerat stora mänskliga, materiella och ekonomiska resurser i teknik för fast isolering, vilket har lett till betydande tekniska framsteg. Baserat på integrationen av globala forskningsresultat är de viktigaste tekniska utmaningarna och utvecklingstrenderna följande:

• Utveckling av nya högpresterande epoxidresiner. Användning av högpresterande epoxidresiner för direkt inkapsling av vakuumavbrytare underlättar värmeförsäljning och eliminerar behovet av silikonkautschuksbuffertar.

• Isoleringdesign för att säkerställa den nödvändiga utståndighetsspänningen och delvis utsläppsnivåer.

• Forskning och utveckling av epoxidresins gjuutprocesser för att hantera problem som delvis utsläpp och sprickbildning i komponenter med fast isolering.

• Forskning och utveckling av ytskyddslager för komponenter med fast isolering.

• Stabilitetsanalys av epoxidresiner. Användning av accelererade åldringstester för att studera det normala servicelivet för epoxidresiner och analysera trender och hastigheter för prestandaförändringar, såsom delvis utsläpp, under servicelevnaden.

• Intelligent design. Användning av avancerade sensor- och mättekniker för att uppnå kvalitativ och kvantitativ onlineövervakning av karakteristiska parametrar som delvis utsläppsnivåer.

Befintliga problem och begränsningar

Fastisoleringsslingor har högre tekniska och processkrav än SF₆ gasisoleringsslingor. Om tekniken är omoder eller processerna otillräckliga, är riskerna för isoleringsfel, driftfel och potentiella faror större än med SF₆ gasisoleringsslingor. Därför kräver fastisoleringsslingor högre standarder i teknik, tillverkningsprocesser och råmaterialkvalitet. Trots ökad användartilltro de senaste åren finns det fortfarande flera problem ur ett perspektiv på långsiktig industriell utveckling och utrustningspålitlighet:

(1) Problem med delvis utsläpp

Olikt gasisolering, där gasläckage kan övervakas och utsläpp kan självläka, kan fast isolering, när den väl skadats av utsläpp, inte läka. Utsläpp tenderar att öka under produktens livstid, vilket kan leda till isoleringsbrott och fas-till-fas kortslutning.

(2) Sprickbildning i isoleringskomponenter

Tidiga fastisoleringsslingor, både inhemska och internationella, har börjat visa tecken på sprickbildning i isoleringskomponenter på grund av långvarig nätfrekvensvibration, driftvibration, mekaniska påverkan, termiska cykler och variationer i miljötemperatur, vilket leder till ökade olycksfrekvenser.

(3) Säkerhet och pålitlighet hos isoleringsfunktionen

Säkerheten och pålitligheten hos isoleringsfunktionen i fastisoleringsslingor är avgörande. För närvarande används huvudsakligen traditionella trepositionslöstagare, helt inkapslade i fast isolering. Isoleringsprestandan för isoleringsbrytningen beror på både luftgapet mellan rörliga och fasta kontakter och ytkrypsträckan för isoleringskomponenten. Ytkrypning längs isoleringskomponenten ökar risken för brytningsfel och potentiella personfaror. Dessutom kan miljöfaktorer och materialåldring öka ytkrypströmmar, vilket drastiskt minskar isoleringsprestandan och hotar säker och pålitlig drift.

(4) Valf av isoleringsmaterial och utveckling

Kvaliteten och prestandan hos de primära isoleringsmaterialen påverkar direkt pålitligheten och stabiliteten hos hela enheten. Med tanke på det omfattande användandet av isoleringsmaterial, är överväganden för återvinning, separation, behandling och återanvändning av skrotmaterial och komponenter nödvändiga för att minimera resursförbrukning.

(5) Inkapslingsprocessproblem

Produktutformningen bör underlätta enkel tillverkning och montering, medan tillverknings- och monteringsprocesserna bör sträva efter minimal eller ingen miljöförorening och optimal energi- och resursanvändning. För inkapslade produkter är formuleringen av inkapslingsprocessen och val av inkapslingsutrustning särskilt kritisk.

Analys av nyckelteknologi

(1) Högkvalitativ, effektiv inkapslingsteknik

Baserat på mekanismen för delvis utsläpp orsakas interna utsläpp i komponenter med fast isolering huvudsakligen av tomrum (bubblor) inuti materialet. Traditionell inkapsling innebär att förvärmade komponenter placeras i en förvärmad metallform, formhålan evakueras, värmd, härdbar epoxidresin injiceras långsamt och härdas. Denna metod är ineffektiv, kostsam och lyckas ofta inte helt eliminera bubblor, vilket leder till många tomrum. Dessa tomrum kan orsaka delvis utsläpp efter inrättning, vilket slutligen leder till isoleringsbrott och undergräver säker och pålitlig drift. Därför är det nödvändigt att anta avancerad, högkvalitativ och effektiv epoxidresininkapslingsteknik.

(2) Optimering av isoleringsmodulstrukturdesign

Isoleringsmoduldesign måste uppfylla funktions-, inspektion- och installationskrav samtidigt som estetiska krav, minskat materialanvändande och undvikande av restspänning beaktas. Restspänning kan orsaka interna och externa sprickor i isoleringskomponenter, vilket kan leda till delvis utsläpp och slutligen isoleringsbrott under drift. Därför är djupgående forskning om den totala layouten, tjockleken och övergångarna i isoleringsmoduler nödvändig, tillsammans med beaktande av värmespridningsdesign.

(3) Optimering av elektrisk fältutformning

Kronutsläpp uppstår när elektriska fältstyrkan nära en ledares yta når nedbrytningsstyrkan för omgivande gas, vanligtvis i mycket ohomogena fält. Skarpa kanter eller punkter på högspänningsledare kan koncentrera elektriska fält, vilket orsakar kronutsläpp. Som en form av delvis utsläpp kan kron utvecklas till isoleringsbrott över tid, vilket påverkar säker och pålitlig drift. Därför är det en viktig teknik att utforma ledande komponenter för att säkerställa ett tillräckligt svagt och jämnt elektriskt fält. Effektiva metoder inkluderar användning av simuleringsprogramvara för elektriska fältberäkningar, optimering av elektriska fältdistributioner och finjustering av isolering och elektrodformer. Sköldringar eller liknande åtgärder för att minska elektriska fältstyrkor kan också vara nödvändiga.

(4) Forskning och design av sköldlager

De primära syftena med att applicera ett jordat metallsköldlager på ytan av isoleringsmoduler är: först, att begränsa kortslutningsfel till endast fas-till-jord vid isoleringsfel, vilket minskar interna bågljudenergi och felrisk; andra, att bibehålla isoleringsprestanda i alla miljöer utan att kräva ytväsning, uppnådrift utan underhåll och säkerställa oförändrad elektrisk fältdistribution även om metalliska främmande föremål tränger in i behållaren.

(5) Forskning och analys av epoxidresinstabilitet

Som ett polymermaterial kan epoxidresin försämras (åldras) under bearbetning, användning och lagring, vilket påverkar dess prestanda och servicelevnadsperiod. De vanligaste åldrandefaktorerna är värme och ultraviolettstrålning. I skydd ger kontinuerlig värmeutveckling under drift oundvikligen upphov till accelererad åldring av epoxidresin. Därför är det nödvändigt att använda simulerade åldringstester för statistisk analys av prestandan för fastisoleringselement gjorda av olika material och vid olika åldrandestadier för att etablera kritiska relationer.

Slutsats

Tekniken för fast isolering har fått erkännande från användare och marknaden och sprids och distribueras alltmer. Detta kräver att utrustningstillverkare producerar produkter som uppfyller kraven på pålitlighet och stabilitet i eldistribution. Betydande forskning har genomförts om inkapslingsprocesser och design av ytsköldlager för fastisoleringsslingor, vilket har gett konkreta resultat. Dock är dessa ansträngningar fortfarande otillräckliga. Större vikt måste läggas vid forskning om nya inkapslingsmaterial, förebyggande av sprickbildning i isoleringskomponenter och innovativa komponentstruktureller design. Sammanfattningsvis krävs ytterligare teknisk forskning, ackumulering och genombrott för fastisoleringsslingor.