Έρευνα σε υπερβαρύς εξοπλισμός μετάδοσης με αέρια απομόνωση

Για να ανταποκριθεί ενεργά στις απαιτήσεις ανάπτυξης του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, η εταιρεία μας ενισχύθηκε στην έρευνα των παραλλαγών κατασκευής δικτύων σε μια συγκεκριμένη περιοχή και παρείχε υποστήριξη λειτουργίας και συντήρησης για έργα μεταφοράς και μετατροπής DC UHV σε περιοχές υψηλής υψομέτρου, μέσω της εγκατάστασης και βελτίωσης σχεδίων σχεδίασης εξοπλισμού UHV. Η συνολική έκταση του χώρου κατασκευής είναι 2.541,22 τ.μ., με καθαρή έκταση 2.539,22 τ.μ. Τα γεωλογικά στρώματα στο χώρο κατασκευής, από πάνω προς τα κάτω, αποτελούνται από πευστικό χυτό, πευστικό, παλαιό εδάφος και αλυσίδιο πηλό - τέσσερα επίπεδα θεμελίων. Η γεωλογία είναι πολύπλοκη και έχει υποστεί μακροχρόνιες επιπτώσεις υψηλής υψομέτρου, οι οποίες μπορούν εύκολα να οδηγήσουν σε αποτυχίες των γραμμών μεταφοράς.

Σε αυτό το πλαίσιο, η εταιρεία μας διεξήγαγε υπολογισμούς έργου και αποδείχτηκε ότι το συντελεστής κατασκευής του έργου είναι 61,48%, ενώ η βάθος του υπόγειου νερού κυμαίνεται από 8,8 έως 8,9 μέτρα, παρουσιάζοντας έναν ορισμένο βαθμό επιβλαβών επιπτώσεων στα κατασκευαστικά συνθέτη του έργου. Η εταιρεία μας εστιάζει κυρίως σε ένα έργο μεταφοράς και μετατροπής 110 kV, και η κλίμακα κατασκευής εμφανίζεται στο Πίνακα 1.

Πίνακας 1: Κλίμακα κατασκευής του έργου μεταφοράς και μετατροπής UHV με αερίωση

Προσθέτως, η εταιρεία μας πρέπει επίσης να ενισχύσει περαιτέρω τη συνειδητοποίηση για το εύρος αντοχής πίεσης των εξοπλισμών υψηλής υπερψηφίου (UHV) αερίου-απομονωμένης μεταφοράς και να εφαρμόσει σωστά υποστηρίξεις και λεκάνια-τύπου απομονωτές για να εξασφαλίσει τη μακροχρόνια σταθερή λειτουργία των μετατροπείς.

1. Ανάπτυξη Μοντέλου Επαφής Ομίχλης
Δεδομένου ότι κατά τη διάρκεια της λειτουργίας αυτού του έργου, είναι πιθανό να συμβεί υπερφόρτωση ρεύματος μέσω των διαγωνίων, είναι αναγκαίο να αποφευχθεί η δημιουργία σημείων επαφής. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω της βελτίωσης της κατανόησης της περιοχής επαφής και της κατανόησης της συμπεριφοράς συρρικνώσεως των διαδρομών ρεύματος [1]. Έτσι, μέσω της ενίσχυσης της επί τόπου παρατήρησης για να κατανοήσει τις αλλαγές στις περιβαλλόντων γραμμές ρεύματος, μπορεί να αναλυθεί τη διανομή της επιφάνειας του εδάφους, του ρεύματος αρρενίας, της πηγής ενέργειας και των απομακρυσμένων ασύρματων σημείων σε μικροσκοπικό επίπεδο, επιτρέποντας μια ολοκληρωμένη κατανόηση των προβλημάτων ανομοιογένειας που συμβαίνουν στις επιφάνειες επαφής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.

Μέσω της δημιουργίας ενός μοντέλου επαφής, αυτό το έγγραφο, σε συνδυασμό με την εφαρμογή των εξοπλισμών υψηλής υπερψηφίου (UHV) αερίου-απομονωμένης μεταφοράς, ορίζει την πραγματική αντίσταση συρρίκνωσης ενός ενιαίου σημείου επαφής ως:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
όπου: Re αντιπροσωπεύει την αντίσταση συρρίκνωσης ενός ενιαίου σημείου επαφής; ρ₁ και ρ₂ είναι οι αντιστάσεις των υλικών επαφής; και α δηλώνει τον ακτίνα του σημείου επαφής.

Έτσι, η μέγεθος της αντίστασης επαφής μπορεί να αναλυθεί ακριβώς μέσω μιας μεθόδου διόρθωσης με βάση το προφίλ των δαχτυλίων επαφής. Επιπλέον, μέσω της εξέτασης των παραμέτρων υλικών των εξοπλισμών απομονωμένης μεταφοράς στην περιοχή επαφής, γίνεται δυνατό να καθοριστεί ποιο υλικό πρέπει να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση, όπως φαίνεται στο Πίνακα 2.

Η ενδεικτική πίεση αντοχής του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση είναι 1.000 kV, με μέγιστη πίεση αντοχής 1.683 kV, διασφαλίζοντας την ασφάλεια της μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η δυνατότητα μεταφοράς μπορεί να φτάσει στο 2,4 έως 5 φορές την δυνατότητα μεταφοράς 500 kV EHV. Χρησιμοποιείται καθαρό SF₆ ως μέσο απομόνωσης, με πίεση γεμίσματος 0,3–0,4 MPa. Με τη δευτερογενή GIL (Gas-Insulated Line), χρησιμοποιείται μίγμα 20% SF₆ και 80% N₂ ως μέσο απομόνωσης, με πίεση γεμίσματος 0,7–0,8 MPa. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξηρό και καθαρό συμπιεσμένο αέρα ως μέσο, με πίεση γεμίσματος 1–1,5 MPa. Συνεπώς, η επιλογή του αερίου απομόνωσης πρέπει να καθοριστεί βάσει των συνθηκών στο χώρο, ώστε να εξασφαλίζεται η σταθερή λειτουργία του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση στο έργο. Η λειτουργική πίεση του αερίου μπορεί επίσης να αυξηθεί κατάλληλα, και μπορεί να εφαρμοστεί η μέθοδος εγκατάστασης σε αέριο, ώστε να εξασφαλίζεται ότι ο εξοπλισμός είναι κατάλληλος για το τρέχον επίπεδο υψηλής πίεσης.

Το προσωπικό πρέπει επίσης να παρακολουθεί στενά την κατάσταση σύνδεσης των συνδέσεων κύριων υλικών στον εξοπλισμό υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση, προκειμένου να ενισχύσει την ικανότητα φόρτισης. Πρέπει επίσης να υπολογιστεί η σχετική μήκος των κύριων δομικών μελών:
λ₀ = κL₀ / r,
όπου: λ₀ αναφέρεται στη σχετική μήκος του συνδεδεμένου κύριου μέλους; κ είναι ο συντελεστής διόρθωσης; L₀ είναι το μήκος του κύριου μέλους του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση; και r είναι ο ακτίνας διαστροφής του κύριου μέλους.

2.Μέτρα Εφαρμογής για τον Εξοπλισμό Υψηλής Πίεσης με Αεριογόνο Απομόνωση

2.1 Έλεγχος Τάσης Σωλήνα Μητρών και Διαξονίου
Κατά την εφαρμογή του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση, πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η κατάσταση τάσης του σωλήνα μητρών. Η εσωτερική πίεση είναι 0,6 MPa, και το κέντρο του μητρών βρίσκεται σε ύψος 7,7 m. Στο υπάρχον σύστημα μεταφοράς στο εξωτερικό, η μέγιστη απόσταση μεταξύ δύο υποστηρίξεων είναι 12 m. Η εξωτερική δύναμη που επιβάλλεται στο διαξόνιο είναι επίσης 0,6 MPa, και η επιτρεπτή τάση για και τα δύο συστατικά είναι 110 MPa. Επιπλέον, το σύστημα μεταφοράς είναι σταθεροποιημένο μέσω τριών διαδρομών υποστηρίξεων απομονωτών και διαξονίων.

Πρώτον, η εξωτερική διάμετρος του σωλήνα μητρών είναι 500 mm, και η εξωτερική διάμετρος του διαξονίου είναι 160 mm. Αν υπάρχει εσωτερική πίεση, η εξωτερική διάμετρος πρέπει να παραμείνει αμετάβλητη, και η πάχος του τοίχου πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα, από 5 mm σε 20 mm. Βάσει της καμπύλης μεταβολής τάσης-πάχους της κύριας τάσης, η αρχική τάση του σωλήνα μητρών βρίσκεται σε 18,45 MPa, που αντιπροσωπεύει το 16,71% της επιτρεπτής τάσης του υλικού; η αρχική τάση του διαξονίου είναι 3,45 MPa, που αντιπροσωπεύει το 3,71% της επιτρεπτής τάσης. Αυτό δείχνει ότι, όταν η εξωτερική διάμετρος παραμένει σταθερή, ο πάχος του τοίχου επηρεάζει σημαντικά την αντίδραση πίεσης, ειδικά επηρεάζοντας την πρώτη κύρια τάση του σωλήνα. Η εσωτερική πίεση αλλάζει τις τιμές τάσης της δομής του σωλήνα, ειδικά για λεπτοτοίχους σωλήνες, και οι μεθόδοι αξιολόγησης GIL μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καθοριστεί αν η πίεση επηρεάζει το σωλήνα μητρών και το διαξόνιο.

Δεύτερον, οι σωλήνες υποστήριξης πίεσης στον εξοπλισμό υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση, όπως οι σωλήνες πίεσης και οι υψηλής πίεσης ανεβατήρες, επηρεάζουν την λειτουργική απόδοση. Ο έλεγχος τάσης των δομικών σωληνών υποστήριξης πίεσης πρέπει να γίνει χρησιμοποιώντας την παρακάτω τύπο για τον υπολογισμό της κυκλικής κανονικής τάσης στον οριζόντιο τομέα του σωλήνα:
σₜ = ρD / (2δ),
όπου: ρ είναι η εσωτερική πίεση του σωλήνα; D είναι η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα; και δ είναι ο πάχος του τοίχου του σωλήνα. Καθώς το επίπεδο τάσης αλλάζει, προτιμούνται μεγαλύτερες διαμέτριες ανεβατήρες για υψηλότερα επίπεδα τάσης, ενώ μικρότερες διαμέτριες ανεβατήρες επαρκούν για χαμηλότερα επίπεδα τάσης.

2.2 Εξήγηση Χαρακτηριστικών Ηλεκτρικής Επαφής των Αερίων
Για τον εξοπλισμό υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση, τα κύρια αέρια που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν SF₆, μίγματα αζώτου-οξυγόνου και N₂. Θα πρέπει να ενισχυθεί η έρευνα σε αυτά τα αέρια για να κατανοηθούν οι διαφορές τους στα χαρακτηριστικά ηλεκτρικής επαφής. Για διακόλπια επαφής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί SF₆ ως μέσο απομόνωσης για να εκμεταλλευτεί πλήρως τις εξαιρετικές ιδιότητες εξάλειψης της φωτονικής καμπύλης και απομόνωσης. Η συνολική αντίσταση επαφής (Rₜ) χρησιμοποιείται για την περιγραφή της ηλεκτρικής συμπεριφοράς των δομών μεταφοράς ρεύματος:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
όπου: Rₚ είναι η μαζική αντίσταση; R꜀₁ είναι η αντίσταση επαφής του άνω ηλεκτρόδου; και R꜀₂ είναι η αντίσταση επαφής του κάτω ηλεκτρόδου. Επομένως, κατανοείται ότι η ηλεκτρική αντοχή του SF₆ εξαρτάται από την πίεση του αερίου—ο υψηλότερος ο πίεση, ο υψηλότερος η ηλεκτρική αντοχή.

2.3 Βελτιστοποίηση Σχεδίασης Ηλεκτρικής Περιοχής
Σε αυτό το έργο, η εσωτερική ηλεκτρική περιοχή είναι ελαφρώς μη ομοιόμορφη, με συντελεστή μη ομοιόμορφης 1,7. Αν υπάρχουν συνθήκες αντοχής υψηλής τάσης κατανεμημένης ροής στην περιοχή, θα αυξήσουν την τάση στις γραμμές μεταφοράς, με συντελεστή κατανεμημένης ροής 1,25. Πρώτον, βάσει των συνθηκών αντοχής κανονικής τάσης και κατανεμημένης ροής στην περιοχή, η κορυφαία τιμή πρέπει να επιβεβαιωθεί στο εύρος 1,6-1,7 για να εξασφαλίσει την ασφαλή λειτουργία του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση.

Κατανοώντας την ομοαξονική κυλινδρική δομή, η ισχύς της ηλεκτρικής περιοχής E(x) στην περιοχή μπορεί να υπολογιστεί για την αναγνώριση των περιπτώσεων που απαιτούν βελτιστοποίηση:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
όπου: x είναι η απόσταση μεταξύ του διαξονίου και του περιβάλλοντος; U είναι η τάση που εφαρμόζεται στον ηλεκτρόδου; R είναι ο εσωτερικός ακτίνας του περιβάλλοντος; και r είναι ο εξωτερικός ακτίνας του κεντρικού διαξονίου. Αυτό επιτρέπει την αξιολόγηση αν η επιφάνεια του κεντρικού διαξονίου μπορεί να βλάψει υπό την μέγιστη ισχύ της ηλεκτρικής περιοχής. Η ασφάλεια της ηλεκτρικής περιοχής πρέπει να ελεγχθεί και να ενισχυθεί η μηχανική απόδοση.

Κατά την εγκατάσταση της υποδομής ηλεκτρικής περιοχής, η πραγματική ικανότητα φόρτισης του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση πρέπει να επαληθευτεί σε επίπεδο θεμελίων, και να ολοκληρωθούν οι υπολογισμοί τάσης:
P = A × F,
όπου: P είναι η ικανότητα φόρτισης του εξοπλισμού; A είναι η επιφάνεια τομέα της πύραμας μεταφοράς; και F είναι η ισχύς του υλικού. Επιπλέον, αν το θεμέλιο αποτελείται από πηλώδη άμμο, το υποβάθριο πρέπει να συμπιεστεί πριν προχωρήσει η εγκατάσταση της εναέριας γραμμής.

Μέσω βελτιστοποιημένης σχεδίασης λαμβάνοντας υπόψη την δομή του προϊόντος και τις δυνατότητες κατασκευής, μπορεί να εξασφαλιστεί υψηλή απομόνωση υπό συνθήκες κατανεμημένης ροής. Δεύτερον, αν το τμήμα αερίου είναι μακρύ, η εγκατάσταση του εξοπλισμού υψηλής πίεσης με αεριογόνο απομόνωση γίνεται περίπλοκη. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η τοπική λειτουργική πίεση του αερίου μπορεί να οριστεί σε 0,4-0,5 MPa μέσω σχεδίασης ηλεκτρικής περιοχής, επιτρέποντας στα ηλεκτροφορικά σωματίδια να λειτουργούν κανονικά υπό την επιρροή της ηλεκτρικής περιοχής, χωρίς να προκαλεί τομεακή εκπέμψη ή κατάρρευση της αεριογόνης διαστάσης.

Τελικά, με βάση τις συγκεκριμένες συνθήκες του εξοπλισμού υψηλής αποδοσίας (UHV) με αεριογόνο απομόνωση, ο εξωτερικός διάμετρος του συνδυαστή πρέπει να σχεδιαστεί ως 130 mm, ενώ ο εσωτερικός διάμετρος του κυττάρου πρέπει να είναι 480 mm. Πρέπει επίσης να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στο τμήμα προσαρμογής: η πάχος του τοίχου πρέπει να οριστεί σε 30-40 mm, και η διαφορά πρέπει να είναι <1 mm. Εάν ο εξωτερικός ακμοειδής ακτίνα του τμήματος προσαρμογής οριστεί σε 5 mm, η μεταβολή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να κατανοηθεί καλύτερα—υψηλότερη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κοντά στην ακμή αντιστοιχεί σε μεγαλύτερη ακτίνα, ενώ χαμηλότερη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αντιστοιχεί σε μικρότερη ακτίνα. Υπό την προϋπόθεση του ελέγχου της τοπικής συγκέντρωσης του ηλεκτρικού πεδίου, πρέπει να αποφευχθεί η υπερβολική ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στη διαφορά, επιτρέποντας την προκαταρκτική σχεδίαση της ηλεκτρικής σύνδεσης για τον εξοπλισμό UHV με αεριογόνο απομόνωση και επιτυγχάνοντας τις απαιτήσεις διανομής του ηλεκτρικού πεδίου.

2.4 Λογική Σχεδίαση Διαλειτικών
Επειδή τα διαλειτικά στον εξοπλισμό UHV με αεριογόνο απομόνωση λειτουργούν κατά μήκος της γης, η τάση φασματοποίησης είναι χαμηλότερη από την τάση κατάρρευσης της διαφοράς, κάνοντάς τα αδύναμο σημείο στην ηλεκτρική απομόνωση. Συνεπώς, πρέπει να ενισχυθεί η προσοχή στη διαφορά, και πρέπει να κατανοηθεί η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου υπό συνθήκες καταιγίδας για να σχεδιαστούν σωστά τα διαλειτικά συστατικά.

2.4.1 Ενισχυμένος Έλεγχος της Έντασης του Ηλεκτρικού Πεδίου των Διαλειτικών
Βάσει των συνθηκών κατασκευής του έργου, η εταιρεία μας έχει μελετήσει τα φαινόμενα φασματοποίησης κατά μήκος των επιφανειών των διαλειτικών, συμπεριλαμβανομένων των επιπτώσεων του υλικού, της δομής και της επιφανειακής φορτίασης των διαλειτικών. Πρέπει επίσης να αποφευχθεί η μόλυνση με μεταλλικά σωματίδια. Μια λογική δομή για τον εξοπλισμό UHV με αεριογόνο απομόνωση εξασφαλίζεται με την ενσωμάτωση του αερίου SF₆, των διαλειτικών υλικών και των ενσωματωμένων συστατικών. Με βάση την προηγούμενη εμπειρία σχεδίασης διαλειτικών, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κατά τη λειτουργία μπορεί να περιοριστεί στο μισό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου της κανονικής λειτουργίας της διαφοράς. Για εξοπλισμό που απομονώνεται αποκλειστικά με SF₆, η τάση του αερίου μπορεί να διατηρηθεί σε 0.4-0.5 MPa.

Η κατακόρυφη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου (Eₛ) μπορεί να υπολογιστεί με:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
όπου p είναι η τάση του αερίου. Επομένως, ανάλογα με την αντοχή τάσης του εξοπλισμού, η σχεδιασμένη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του κεντρικού συνδυαστή μπορεί να ελεγχθεί μέσα στο διάστημα 19.9-24.5 kV/mm, ενώ η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του διαλειτικού δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10 kV/mm. Η εγγύηση ότι τα διαλειτικά είναι ενσωματωμένα εσωτερικά στο ηλεκτρικό πεδίο αποτρέπει απότομες αυξήσεις του ηλεκτρικού πεδίου υπό την επιρροή UHV, μειώνοντας τον κίνδυνο παρακμής της απομόνωσης και επιτρέποντας τη μακροχρόνια εφαρμογή του εξοπλισμού UHV με αεριογόνο απομόνωση στο έργο.

2.4.2 Βελτιστοποιημένη Σχεδίαση Διαλειτικών Τύπου Κάδου
Λόγω της πολύπλοκης οροσειράς του έργου και της ανάγκης για προσομοίωση ηλεκτρικού πεδίου, η σχεδίαση διαλειτικών τύπου κάδου πρέπει να ενισχυθεί—ειδικά με την παράλειψη των ηλεκτροδών αποκρυπτοποίησης. Αυτή η δομή επιτρέπει την παρατήρηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου κοντά στην πλευρά του υψηλής τάσης του συνδυαστή. Εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι υψηλή, το μέγιστο τιμή στην επιφάνεια προβολής είναι 12.7 kV/mm και 13 kV/mm στην επιφάνεια εξογκώματος· η υπερβολή αυτών των ορίων υποδεικνύει ανωμαλία στη λειτουργία. Όταν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου κοντά στο διαλειτικό είναι υψηλή, η μέγιστη τάση λειτουργίας συχνότητας πρέπει να διατηρείται κάτω από 3.4 kV/mm. Η εγκατάσταση ηλεκτροδών αποκρυπτοποίησης σε διαλειτικά τύπου κάδου επιπλέον βελτιστοποιεί και προσομοιώνει το ηλεκτρικό πεδίο.

Με βάση τις προηγούμενες μεθόδους ηλεκτρικής σύνδεσης, η μέγεθος των ηλεκτροδών αποκρυπτοποίησης πρέπει να ελέγχεται προσεκτικά, και ο ηλεκτρικός συνδυαστής πρέπει να εγκατασταθεί στην ακμή του διαλειτικού τύπου κάδου για να εμφανίζεται η επιρροή του ηλεκτρόδου, βελτιώνοντας έτσι τη διανομή του ηλεκτρικού πεδίου του εξοπλισμού UHV με αεριογόνο απομόνωση.

3. Συμπέρασμα
Για να επιτευχθούν οι συνολικές απαιτήσεις ανάπτυξης των επιχειρήσεων ενέργειας, η εταιρεία μας πρέπει να ενισχύσει περαιτέρω την έρευνα για τον εξοπλισμό UHV με αεριογόνο απομόνωση. Με βάση συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, τα προβλήματα πρέπει να αναλυθούν και να αντιμετωπιστούν μέσω μεθόδων, όπως η δημιουργία ενός μοντέλου επαφής, η επαλήθευση της έντασης του μητρώνα και του συνδυαστή, η διευκρίνιση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών του αερίου, η βελτιστοποίηση της σχεδίασης της διαφοράς του ηλεκτρικού πεδίου και η λογική σχεδίαση των διαλειτικών, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.