Изследвания върху ултра-високонапрегнато газово изолиращо преходно оборудване

За да отговорим активно на изискванията за развитие на електроенергийната индустрия, нашата компания е усилила проучването на грешки при строителството на мрежи в определена зона и предоставила поддръжка за операции и поддръжка на проекти за преобразуване и предаване на ДВН напрежение в регионални високогорски области чрез инсталиране и оптимизиране на схеми за проектиране на оборудване за предаване на ДВН. Общата площ на строителната площадка е 2,541.22 m², а чистата площ е 2,539.22 m². Геологичните пластове на строителната площадка, посочени отгоре надолу, включват почва, подобна на лоес, лоес, палеозем и силикатна глина - четири слоя основна почва. Геологията е комплексна и е била подложена на дълготрайни високогорски ефекти, които лесно могат да доведат до аварии на предавателните линии.

В този контекст, нашата компания провела проектни пресмятания и установила, че коефициентът на застройване на проекта е 61,48%, а дълбочината на нивото на подземните води варира между 8,8 и 8,9 m, което оказва определена степен корозия върху бетонните конструкции в проекта. Нашата компания се фокусира главно върху проект за преобразуване и предаване на 110 kV, а мащабът на строителството е показан в таблица 1.

Таблица 1: Мащаб на строителството на проекта за предаване с газова изолация на ДВН

Освен това нашата компания трябва също да засили разглеждането на диапазона на издръжливостта към налягане на УВН газово-изолирано преходно оборудване и рационално да приложи опорни изолатори и чинийковидни изолатори, за да се осигури дългосрочната стабилна работа на трансформаторите.

1. Разработване на модел на контактното съпротивление
Тъй като при изпълнението на този проект лесно може да възникне прекомерен ток през проводниците, е необходимо да се избегне образуването на проводещи точки. Това може да бъде постигнато чрез подобряване на разбирането за областта на точката и овладяване на поведението на пътищата на тока [1]. Така, чрез интензифициране на местното наблюдение, за да се разберат промените в обкръжаващите токови линии, може да се анализират разпределението на повърхността на земята, заземващият ток, източника на енергия и отдалечените безжични точки на микроскопично ниво, позволявайки цялостно разбиране на проблемите с неравномерността, които възникват на контактните повърхности, както е показано на фигура 1.

Чрез установяване на контактна модель, настоящата работа, в комбинация с приложението на УВН газово-изолирано преходно оборудване, дефинира действителното съпротивление на спадане на единична контактна точка като:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
където: Re представлява съпротивлението на спадане на единична контактна точка; ρ₁ и ρ₂ са удъбностите на контактните материали; а α означава радиуса на контактната точка.

Така, величината на контактното съпротивление може да бъде точно анализирана чрез корекционен метод, основан на контурите на ременните контактни пръсти. Освен това, чрез разглеждане на параметрите на материалите на изолационното преходно оборудване в контактната зона, става възможно да се определи кой материал следва да се използва за свързването, както е показано в таблица 2.

Държимостта на налягането на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване е 1,000 кV, с максимална държимост на напрежението от 1,683 кV, което осигурява безопасността на електроенергийната дистрибуция. Неговата преносна способност може да достигне 2,4 до 5 пъти повече от тази на ЕВН (екстремално високо напрежение) преносно оборудване от 500 кV. Чист SF₆ газ се използва като изолираща среда, с напълняващо налягане от 0,3–0,4 МПа. С втория поколения GIL (газово изолирана линия), се използва смес от 20% SF₆ и 80% N₂ по обемна фракция като изолираща среда, с напълняващо налягане от 0,7–0,8 МПа. Альтернативно, сух и чист компресиран въздух може да се използва като среда, с напълняващо налягане от 1–1,5 МПа. Следователно, изборът на изолиращ газ трябва да бъде определен в зависимост от местните условия, за да се осигури стабилна работа на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване в проекта. Работното газово налягане може също да бъде подходящо увеличено, и могат да се приложат методи за надвисяваща инсталация, за да се гарантира, че оборудването е подходящо за текущото ниво на високонапрегнатото напрежение.

Персоналът трябва също да обърне сериозно внимание на състоянието на свързването на основните материали в високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване, за да се засили техната носеща способност. Също така, трябва да се изчисли дължината на основните конструктивни елементи:
λ₀ = kL₀ / r,
където: λ₀ означава дължината на свързания основен елемент; k е корекционния коефициент; L₀ е дължината на основния елемент на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване; а r е радиусът на инерцията на основния елемент.

2.Мерки за приложение на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване

2.1 Проверка на напрежението в шинния канал и проводника
По време на приложението на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване, трябва също да се вземе предвид напрежението в трубестия шинен канал. Вътрешното налягане е 0,6 МПа, а централната височина на шинния канал е 7,7 м. В съществуващата външна преносна система, максималният размах между две опори е 12 м. Външната сила, действаща върху проводника, е също 0,6 МПа, а допустимото напрежение за двете компоненти е 110 МПа. Освен това, преносната система е фиксирана чрез трипътни поддръжки и проводници.

Първо, външният диаметър на шинния канал е 500 мм, а външният диаметър на проводника е 160 мм. Ако има вътрешно налягане, външният диаметър трябва да остане непроменен, а дебелината на стената трябва да бъде подходящо увеличена - от 5 мм до 20 мм. На основата на кривата на изменението на напрежението-дебелина, се установява, че началното напрежение на шинния канал е 18,45 МПа, представляващи 16,71% от допустимото напрежение на материала; началното напрежение на проводника е 3,45 МПа, представляващи 3,71% от допустимото му напрежение. Това показва, че, когато външният диаметър остава постоянен, дебелината на стената значително влияе на реакцията на налягането, особено влияйки на първото основно напрежение на тръбата. Вътрешното налягане променя стойностите на напрежението на конструкцията на тръбопровода - особено за тънкостенни тръби, и методи за оценка на GIL могат да се използват, за да се определи дали налягането влияе върху шинния канал и проводника.

Второ, тръбопроводите, които носят налягане, в високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване - като налягането на тръбопроводите и високонапрегнатите ризери - влияят на оперативните характеристики. Анализът на напрежението на тънкостенните тръбопроводи, които носят налягане, трябва да се проведе с помощта на следния формула, за да се изчисли околното нормално напрежение σₜ в продълговата сечение на тръбата:
σₜ = ρD / (2δ),
където: ρ е вътрешното налягане на тръбата; D е вътрешният диаметър на тръбата; а δ е дебелината на стената на тръбата. С промяната на нивото на напрежението, за по-високи нива на напрежението се предпочитат по-големи диаметри на изоляторите, докато за по-ниски нива на напрежението достатъчни са по-малки диаметри на изоляторите.

2.2 Уточняване на характеристиките на газовата електрическа контактна точка
За високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване, основните използвани газове включват SF₆, смеся от азот-кислород и N₂. Изследванията върху тези газове трябва да бъдат засилени, за да се разберат техните различия в електрическите контактни характеристики. За контактни пръсти тип ремарке, SF₆ може да се използва като изолираща среда, за да се използват напълно неговите отлични свойства за угасяване на дъга и изолация. Общата контактна съпротивителност (Rₜ) се използва, за да се опише електрическото поведение на структурите, които носят ток:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
където: Rₚ е масовата съпротивителност; R꜀₁ е контактната съпротивителност на горния електрод; а R꜀₂ е контактната съпротивителност на долния електрод. Така се разбира, че диелектричната устойчивост на SF₆ зависи от газовото налягане - колкото по-високо е налягането, толкова по-голяма е диелектричната устойчивост.

2.3 Оптимизация на проектирането на електрическата полева разстояние
В този проект, вътрешното електрическо поле е леко неединолично, с коефициент на неединоличност около 1,7. Ако в района съществуват условия за удържане на ударни напрежения, те ще увеличат напрежението върху преносните линии, с ударен коефициент 1,25. Първо, на основата на условията за удържане на напрежението при сетевата честота и удари в района, върховната стойност трябва да бъде потвърдена в рамките от 1,6–1,7, за да се гарантира безпроблемната работа на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване.

Разбирайки симетричната цилиндрична структура, електрическата полева сила E(x) в региона може да бъде изчислена, за да се идентифицират случаи, които изискват оптимизация:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
където: x е разстоянието между проводника и обвивката; U е напрежението, приложено към електрода; R е вътрешният радиус на обвивката; а r е външният радиус на централния проводник. Това позволява оценка дали повърхността на централния проводник може да бъде повредена при максимална полева сила. Сигурността на електрическото поле трябва да бъде контролирана, а механичните характеристики - подобрени.

По време на установяването на електрическата полева инфраструктура, фактическата носеща способност на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване трябва да бъде проверена на основното ниво, и да бъдат завършени изчисленията на напрежението:
P = A × F,
където: P е носещата способност на оборудването; A е сечната площ на преносната кула; а F е силата на материала. Освен това, ако основата е съставена от плувно-илов материал, основата трябва да бъде затъпкана, преди да започне инсталацията на надвисяващата линия.

Чрез оптимизирано проектиране, вземайки предвид структурата на продукта и производствените възможности, може да се гарантира висока изолационна способност при условията на ударни напрежения. Второ, ако газовата камера е дълга, инсталацията на високонапрегнатото газово изолиращо преносно оборудване става трудна. В такива случаи, местното работно газово налягане може да бъде зададено на 0,4–0,5 МПа чрез проектиране на полевата сила, позволявайки на проводещите частици да работят нормално под влиянието на електрическото поле, без да причиняват частична разрядка или пробив на газовата разстояние.

Накрая, въз основа на конкретните условия на ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване, диаметърът на проводника трябва да бъде проектиран на 130 мм, а вътрешният диаметър на обвивката - на 480 мм. Също така внимание трябва да се обърне и към секцията за подключване: дебелината на стената трябва да бъде установена между 30–40 мм, а разстоянието трябва да е <1 мм. Ако радиусът на отстранилия край в зоната за подключване е установен на 5 мм, вариацията на силата на електрическото поле може да бъде по-добре разбрана—по-голямата сила на електрическото поле близо до отстранилия край съответства на по-голям радиус, докато по-малката сила на електрическото поле съответства на по-малък радиус. При контролиране на локалната концентрация на електрическото поле, трябва да се предотврати прекомерна сила на електрическото поле в разстоянието, позволявайки предварителен дизайн на електрическото свързване за ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване и удовлетворяване на изискванията за разпределение на сигнала на електрическото поле.

2.4 Рационален дизайн на изолаторите
Тъй като изолаторите в ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване работят близо до земята, напрежението при пробой е по-ниско от напрежението при пробой на разстоянието, което ги прави слаб точка в електрическата изолация. Ето защо трябва да се засили внимание към разстоянието и да се разбере силата на електрическото поле при условията на мълниев удар, за да се проектират правилно изолиращите компоненти.

2.4.1 Усилен контрол върху силата на електрическото поле на изолаторите
На основата на условията за строителството на проекта, нашата компания е изучавала явленията на пробой върху повърхността на изолаторите, включително влиянието на материала, структурата и повърхностния заряд на изолаторите. Трябва да се избегне и замърсяването с метални частици. Разумна структура на ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване е осигурена чрез комбиниране на SF₆ газ, изолиращи материали и вградени компоненти. Използвайки предходен опит в дизайна на изолатори, силата на електрическото поле при работа може да бъде ограничена до половината от нормалното оперативно електрическо поле на разстоянието. За чисто SF₆-изолиращо оборудване, рабочият газов притиск може да бъде поддържан на 0.4–0.5 МПа.

Вертикалната сила на електрическото поле (Eₛ) може да бъде изчислена с:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
където p е газовият притиск. Така, в зависимост от напрежението, което оборудването може да издържи, проектната сила на електрическото поле на повърхността на централния проводник може да бъде контролирана в рамките на 19.9–24.5 кВ/мм, докато силата на електрическото поле на повърхността на изолатора не трябва да надвишава 10 кВ/мм. Осигуряването на вградеността на изолаторите в електрическото поле предотвратява внезапни увеличения на силата на електрическото поле под влиянието на ултра-високото напрежение, намалявайки риска от провал на изолацията и позволявайки дългосрочно приложение на ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване в проекта.

2.4.2 Оптимизиран дизайн на чинийковидните изолатори
Учителейки сложния терен на проекта и необходимостта от моделиране на електрическото поле, дизайнът на чинийковидните изолатори трябва да бъде подобрен—специално чрез изпускане на екраниращи електроди. Тази структура позволява наблюдение на интензитета на електрическото поле близо до страната на високонапрегнатия проводник на изолатора. Ако силата на електрическото поле е висока, максималната стойност на изпъкналата повърхност се оказва 12.7 кВ/мм и 13 кВ/мм на вдлъбнатата повърхност; превишаването на тези прагове указва аномална работа. Когато интензитетът на електрическото поле близо до изолатора е висок, максималното оперативно напрежение на сетевата честота трябва да бъде поддържано под 3.4 кВ/мм. Инсталирането на екраниращи електроди на чинийковидните изолатори допълнително оптимизира и моделира електрическото поле.

Следвайки предходните методи на електрическо свързване, размерът на екраниращия електрод трябва да бъде внимателно контролиран, а електрическият конектор за подключване трябва да бъде разположен на отстранилия край на чинийковидния изолатор, за да се подчертае ефектът на електродната защита, като по този начин се подобрява разпределението на електрическото поле на ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване.

3. Заключение
За да се отговори на комплексните изисквания за развитие на енергийните предприятия, нашата компания трябва да засили още повече изследванията върху ултра-високонапрегнатото газово изолиращо оборудване. Въз основа на конкретните условия за работа, проблемите трябва да бъдат анализирани и решавани чрез методи като създаване на модел на контактното съпротивление, проверка на напрежението в шината и проводника, уточняване на характеристиките на електрическия контакт на газа, оптимизиране на дизайна на разстоянието на електрическото поле и рационален дизайн на изолаторите—като по този начин се продължава продължителността на живота на оборудването.