Navorsing oor Ultra-Hoogspanning Gas-Geïsoleerde Oordragstoerusting

Om aktief te reageer op die ontwikkelingsvereistes van die energiebedryf, het ons maatskappy sy ondersoek na veldtoggevalg in 'n spesifieke gebied geïntensiveer en operasionele en onderhoudssteun vir DC UHV oordrag- en transformasieprojekte in hooglandgebiede verskaf deur die installasie en optimalisering van UHV oordragstoelapparatuurontwerpskemas. Die totale grondarea van die bouplaas is 2,541.22 m², met 'n netto grondarea van 2,539.22 m². Die geologiese liggings by die bouplaas, van bo na onder genoem, bestaan uit kleiagtige grond, klei, paleosoil, en siltklei—vier lae grond. Die geologie is kompleks en het blootgestaan aan langtermyn hooglandeffekte, wat maklik kan lei tot oordraglynfeile.

In hierdie konteks, het ons maatskappy projekberekeninge uitgevoer en vasgestel dat die geboukoëffisiënt van die projek 61.48% is, en die grondwaterstand varieer tussen 8.8 en 8.9 m, wat 'n bepaalde mate van korrusiviteit toon teen betonstrukture in die projek. Ons maatskappy fokus hoofsaaklik op 'n 110 kV oordrag- en transformasieprojek, en die boumaatstawwe word in Tabel 1 getoon.

Tabel 1: Boumaatstawwe van die UHV Gasgeïsoleerde Oordragprojek

Daarbenewens moet ons maatskappy ook die oorweging van die drukverdraagsame bereik van UHV-gasgeïsoleerde oordragstoerusting verder versterk en postisolatoren en komvormige isolatoren redelik gebruik om die langtermyn stabiele operasie van transformasors te verseker.

1. Ontwikkeling van 'n Kontakweerstandmodel
Aangesien oorbelastingstroom deur stroomdragende geleiders tydens die operasie van hierdie projek gemaklik kan voorkom, is dit nodig om die vorming van geleiende plekke te vermy. Dit kan bereik word deur die begrip van plekgebiede te versterk en die insnoeringgedrag van stroomroetes te begryp [1]. Deur dus die waarnemings ter plaatse te versterk om veranderinge in omringende stroomlyne te verstaan, kan die verspreiding van grondoppervlakte, grondstroom, kragbron en afgeleë draadlose punte op 'n mikroskopiese vlak ontleed word, wat 'n grondige begrip van die onreëlmatigheidprobleme wat by kontakvlakke voorkom, moontlik maak, soos in Figuur 1 getoon.

Deur 'n kontakmodel te vestig, definieer hierdie artikel, in kombinasie met die toepassing van UHV-gasgeïsoleerde oordragstoerusting, die werklike insnoeringsweerstand van 'n enkele kontakplek as:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
waar: Re die insnoeringsweerstand van 'n enkele kontakplek voorstel; ρ₁ en ρ₂ die weerstands van die kontakmateriaal is; en α die radius van die kontakplek aandui.

Dus kan die grootte van die kontakweerstand akkuraat ontleed word deur 'n korreksiemetode gebaseer op die kontour van bandvormige kontakvingers. Verder, deur die materiaalparameters van die isolasietoerusting in die kontakarea te ondersoek, word dit moontlik om te bepaal watter materiaal vir die verbinding gebruik moet word, soos in Tabel 2 getoon.

Die drukverdraagskap van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels is 1.000 kV, met 'n maksimum verdraagspanning van 1.683 kV, wat die veiligheid van kragoorset verseker. Sy oorsetvermoë kan 2,4 tot 5 keer daardie van 500 kV EHV-oorset wees. Reine SF₆-gas word as die isolerende medium gebruik, met 'n vuldruk van 0,3–0,4 MPa. Met tweedees GIL (Gas-Geïsoleerde Lyn) word 'n mengsel van 20% SF₆ en 80% N₂ deur volume-fraksie as die isolerende medium gebruik, met 'n vuldruk van 0,7–0,8 MPa. Alternatiewelik kan droë en skoon gekomprimeerde lug as die medium gebruik word, met 'n vuldruk van 1–1,5 MPa. Daarom moet die keuse van die gas-isolerende gas volgens plaaskondisies bepaal word om stabiliteit in die operasie van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels te verseker. Die werksdruk van die gas kan ook toepaslik verhoog word, en oorkoppeling-installasie-metodes kan aangewend word om die toestelle geskik te maak vir die huidige UHV-spanningsvlak.

Personeel moet ook naby aandag gee aan die verbindingstoestand van hoofmateriaalverbindinge in UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels om hul draagvermoë te verhoog. Die slankheidsverhouding van die hoofstrukturele lede moet ook bereken word:
λ₀ = kL₀ / r,
waar: λ₀ die slankheidsverhouding van die verbonden hooflid aandui; k is die korreksiefaktor; L₀ is die lengte van die hooflid van die UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels; en r is die gyrasie-radius van die hooflid.

2.Toepassingsmaatreëls vir UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels

2.1 Verifikasie van buslei en geleier spanning
Tydens die toepassing van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels moet die spanningstoestand van die buisvormige buslei ook oorweeg word. Die interne druk is 0,6 MPa, en die middelpuntshoogte van die buslei is 7,7 m. In die bestaande buitehuise oorsetstelsel is die maksimum span tussen twee ondersteunings 12 m. Die eksterne krag wat op die geleier werk is ook 0,6 MPa, en die toelaatbare spanning vir albei komponente is 110 MPa. Daarbenewens word die oorsetstelsel via drie-weg-ondersteuningsisolators en geleiers vasgestel.

Eerstens is die buiteradius van die buslei 500 mm, en die geleier se buiteradius is 160 mm. As daar interne druk is, moet die buiteradius onveranderd bly, en die wanddikte behoort toepaslik verhoog te word—van 5 mm na 20 mm. Op grond van die spanning-dikte verandering-kromme van die primêre spanning, word die aanvanklike spanning van die buslei gevind om 18,45 MPa te wees, wat 16,71% van die materiaal se toelaatbare spanning uitmaak; die geleier se aanvanklike spanning is 3,45 MPa, wat 3,71% van sy toelaatbare spanning verteenwoordig. Dit dui daarop dat, wanneer die buiteradius konstant bly, die wanddikte beduidend die drukreaksie beïnvloed, veral die eerste primêre spanning van die buis. Interne druk verander die spanningwaardes van die leidingstruktuur—veral vir dunwandige leidings—and GIL-evaluasie-metodes kan gebruik word om te bepaal of druk die buslei en geleier beïnvloed.

Tweedens beïnvloed drukdragende leidings in UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels—soos drukleidings en hoogspanningsrisers—die bedryfsprestasie. Spanningsanalise van dunwandige drukdragende leidingsstrukture moet met die volgende formule gedoen word om die omwentelingsnormale spanning σₜ op die longitudinale doorsnede van die buis te bereken:
σₜ = ρD / (2δ),
waar: ρ die interne druk van die buis is; D is die binnekantradius van die buis; en δ is die wanddikte van die buis. Soos die spanningsvlak verander, word groter radius-buskousies vir hoër spanningsvlakke verkies, terwyl kleiner radius-buskousies vir laer spanningsvlakke voldoende is.

2.2 Klarifisering van gas-elektriese kontak eienskappe
Vir UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels word die primêre gase insluitend SF₆, stikstof-stiksels, en N₂ gebruik. Navorsing na hierdie gase moet versterk word om hul verskille in elektriese kontak eienskappe te verstaan. Vir bandvormige kontakvingers kan SF₆ as die isolerende medium gebruik word om sy uitsonderlike boogblus- en isolasie-eienskappe ten volle te benut. Totale kontakweerstand (Rₜ) word gebruik om die elektriese gedrag van stroomvoerende strukture te beskryf:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
waar: Rₚ die bulkweerstand is; R꜀₁ die kontakweerstand van die bo-elektrode is; en R꜀₂ die kontakweerstand van die onder-elektrode is. Dit word dus begryp dat die dielektriese sterkte van SF₆ afhang van gasdruk—hoe hoër die druk, hoe groter die dielektriese sterkte.

2.3 Optimering van elektriese veld opening ontwerp
In hierdie projek is die interne elektriese veld min of meer nie-uniform, met 'n nie-uniforme koëffisiënt van ongeveer 1,7. As donderimpuls-verdraagspannings-toestande in die gebied bestaan, sal dit spanning op die oorsetlyne verhoog, met 'n impulskoëffisiënt van 1,25. Eerstens, op grond van die net- en donderimpuls-verdraagspannings-toestande in die regio, moet die piekwaarde binne die reeks van 1,6–1,7 bevestig word om probleemlose bedryf van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels te verseker.

Deur die koaksiale silinderstruktuur te verstaan, kan die elektriese veldsterkte E(x) in die gebied bereken word om situasies wat optimering vereis identifiseer:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
waar: x die afstand tussen die geleider en die behuising is; U is die spanning wat op die elektrode aangebring word; R is die binnekantradius van die behuising; en r is die buiteradius van die sentrale geleider. Dit stel toe dat geëvalueer kan word of die oppervlak van die sentrale geleider onder maksimum veldsterkte beskadig kan word. Elektriese veldveiligheid moet beheer word, en meganiese prestasie verhoog.

Tydens die opstelling van elektriese veldinfrastruktuur moet die werklike draagvermoë van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels op fondasieniveau geverifieer word, en spanningberekeninge voltooi:
P = A × F,
waar: P die draagvermoë van die toestel is; A is die doorsnee-area van die oorsettoring; en F is die materiaalsterkte. Daarbenewens, as die fondasie uit siltklei bestaan, moet die subgrond verdruk word voordat die oorkoppeling-installasie voortgesit word.

Deur middel van geoptimeerde ontwerp, wat produkstruktuur en vervaardigingsvermoë oorweeg, kan hoë isolasieprestasie onder donderimpuls-toestande verseker word. Tweedens, as die gasafdeling lank is, word die installasie van UHV-gasgeïsoleerde oorsetuistels uitdagend. In sulke gevalle kan die plaaslike werksdruk van die gas deur veldsterkte-ontwerp ingestel word op 0,4–0,5 MPa, wat geleidende deeltjies in staat stel normaal onder elektriese veldinvloed te funksioneer sonder dat gedeeltelike ontlading of gasopening-inkollaps veroorsaak word.

Laastens, gebaseer op die spesifieke omstandighede van UHV-gasgeïsoleerde toerusting, moet die buiteradius van die geleiderstok ontwerp word as 130 mm, en die inner radius van die behuising as 480 mm. Aandag moet ook gegee word aan die inskakeldeel: die wanddikte moet ingestel word op 30–40 mm, en die kruimelgrootte moet <1 mm wees. As die buiteradius van die inskakelarea ingestel word op 5 mm, kan veranderinge in elektriese veldsterkte beter begryp word—hoër veldsterkte naby die radius korrespondeer met 'n groter radius, terwyl laer veldsterkte korrespondeer met 'n kleiner radius. Onder die voorwaarde van kontrole van plaaslike elektriese veldkonsentrasie, moet oormaatse veldsterkte in die kruimel vermy word, wat voorbereidende elektriese verbindingontwerp vir UHV-gasgeïsoleerde toerusting moontlik maak en die eise van elektriese veldsignaalverspreiding bevredig.

2.4 Rasionele Isolatorontwerp
Aangesien isolators in UHV-gasgeïsoleerde toerusting langs die grond werk, is hul flashover-spanning laer as die kruimelinslagspanning, wat dit 'n swak punt in elektriese isolering maak. Daarom moet kruimelowerwegginge versterk word, en die veldsterkte onder bliksemimpulsomstandighede begryp word om isolerende komponente reg te ontwerp.

2.4.1 Versterkte Kontrole van Isolatorveldsterkte
Gebaseer op projekkonstruksie-omstandighede, het ons maatskappy flashover-verskynsels langs isolatorvlakke bestudeer, insluitend die effekte van isolatormateriaal, struktuur, en oppervlaklaading. Metaaldeeltjiebesoiling moet ook vermy word. 'n Rasionele struktuur vir UHV-gasgeïsoleerde toerusting word verseker deur SF₆-gas, isolerende materiale, en ingebedde komponente te kombineer. Deur van vorige isolatorontwerp-ervaring te leer, kan die veldsterkte tydens bedryf beperk word tot half daardie van die normale bedryfs-elektriese veldkruimel. Vir suiwer SF₆-geïsoleerde toerusting kan die bedryfgasdruk by 0.4–0.5 MPa gehou word.

Die vertikale elektriese veldsterkte (Eₛ) kan bereken word deur:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
waar p die gasdruk is. Dus, afhangende van die toerusting se standhouspanning, kan die ontwerp-veldsterkte by die sentrale geleideroppervlak beheer word binne 19.9–24.5 kV/mm, terwyl die isolatoroppervlakveldsterkte nie mag oorskry die 10 kV/mm. Die versekerstelling dat isolators binne in die elektriese veld ingebed is, vermy skielike veldtoenames onder UHV-invloed, wat die risiko van isolasiefout verminder en langtermyn-toepassing van UHV-gasgeïsoleerde oordragtoerusting in die projek moontlik maak.

2.4.2 Geoptimeerde Kom-type Isolatorontwerp
Gegee die komplekse terrein van die projek en die behoefte aan elektriese veldsimulasie, moet kom-type isolatorontwerp versterk word—spesifiek deur schild-elektrodes te weglaat. Hierdie struktuur stel toe waarneming van elektriese veldintensiteit naby die hoëspanningsgeleidersy van die isolator. As die veldsterkte hoog is, word die maksimum waarde op die konvekse oppervlak gevind as 12.7 kV/mm en 13 kV/mm op die konkawe oppervlak; oorskryding van hierdie grense dui op abnormaliteit. Wanneer die elektriese veldintensiteit naby die isolator hoog is, moet die maksimum netfrequentie-operasiespanning onder 3.4 kV/mm gehou word. Schild-elektrodes op kom-type isolators installeer, verder optimaliseer en simuleer die elektriese veld.

Volgens vorige elektriese verbindingmetodes, moet die grootte van die schild-elektrode sorgvuldig beheer word, en die elektriese inskakelverbinder moet by die afgeronde rand van die kom-type isolator geplaas word om sy elektrodeskilding-effek te beklemtoon, wat die elektriese veldverspreiding van UHV-gasgeïsoleerde oordragtoerusting verbeter.

3. Gevolgtrekking
Om die omvattende ontwikkelingsvereistes van kragondernemings te bevredig, moet ons maatskappy navorsing oor UHV-gasgeïsoleerde oordragtoerusting verdere versterk. Gebaseer op spesifieke bedryfsomstandighede, moet probleme ontleed en aangepak word deur metodes soos die vestiging van 'n kontakweerstandmodel, buslei- en geleiderstressverifikasie, gas-elektriese kontakkenmerke klarifisering, elektriese veldkruimelontwerp optimalisering, en rasionele isolatorontwerp—wat die leeftyd van die toerusting verleng.