Ultrakõrgepinge gaasiisolatsiooniga edastusseadmete uurimine

Et aktiivselt vastata elektrisektorit hõlmavate arengunõuetele, on meie ettevõte intensiivistanud teatud piirkonna võrguehituse veade uurimist ja pakkunud töö- ja hooldustugi kõrgete mäetsoonide DC UHV edastamis- ja transformeerimisprojektidele, installides ja optimeerides UHV edastamise seadmete disainilahendusi. Ehitusala kogupind on 2,541.22 m², millest puhtal pind on 2,539.22 m². Ehitusalal asuv geoloogiline kergetasand, ülalt alla järgi, koosneb looduspõhjalikult nahkliinlast, loodi, paleosoost ja siltikveest—neljast aluspinnast. Geoloogia on keeruline ja on olnud pikka aega kõrgete mäetsoonide mõju all, mis võib lihtsasti viia edastusjoonte katkestusteni.

Selles kontekstis tegi meie ettevõte projektiarvutused ja määras, et projekti ehituskoefitsient on 61,48% ning grundivee tase ulatub 8,8 kuni 8,9 meetri vahel, mis näitab teatud tasemel korrutavust betoonstruktuuride suhtes. Meie ettevõte keskendub peamiselt 110 kV edastamis- ja transformeerimisprojektile, mille ehituse mahutus on toodud tabelis 1.

Tabel 1: UHV gaasiisolitud edastamisprojekti ehituse mahutus

Lisaks peab meie ettevõte veelgi tugevdama UHV gaasipäikesele viimistatud ülekandevahendite vastupidavusulatuse kaalumist ning mõistlikult kasutama postinsulatoore ja kummelkujulisi insulatoore, et tagada transformatortööstuse pikaajaline stabiilne töö.

1. Kontakttundlikkuse mudeli arendamine
Kuna selle projekti käigus on sageli esinevad ületaastunud voolud juhivates joontes, on vaja vältida juhtimispindade tekke. Selle saavutamiseks on vaja parandada punktipinna mõistmist ja hõlmata vooluteede kokkuröövimise käitumist [1]. Seega, intensiivistades kohapealsete vaatlusi, et mõista ümber asuvate voolujoonte muutusi, võib mikroskoopilisel tasandil analüüsida maapinna, maapinnavoolu, energialooja ja kaugseirepunktidest tulenevat levikut, mis võimaldab täielikult mõista kontaktide pinna ebavõrdsust, nagu näidatakse Joonis 1.

Kontaktimudeli loomise kaudu defineerib see artikkel, kombinatsioonis UHV gaasipäikesele viimistatud ülekandevahendite rakendusega, ühe kontaktipunkti tegeliku kokkuröövimistundlikkuse kui:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
kus: Re tähistab ühe kontaktipunkti kokkuröövimistundlikkust; ρ₁ ja ρ₂ on kontaktimaterjalide vastupanuväärtused; ja α tähistab kontaktipunkti raadiust.

Nii saab kontakttundlikkuse ulatust täpselt analüüsida konturiga pinnapindadel olevate kontaktisikute alusel paigutatud parandusmeetodiga. Lisaks, uurides kontaktipiirkonna isoleeriva ülekandevahendi materjaliparametreid, on võimalik määrata, millist materjali tuleks ühenduseks kasutada, nagu näidatakse Tabel 2.

Ülikõrgepinge (UHV) gaasipäisest edastusseadmete pingemääramisvahemik on 1000 kV, maksimaalne pingemääramine ulatub 1683 kV-ni, tagades elektrijaama ohutuse. Selle edastusvõime võib jõuda 2,4–5 korda suuremaks kui 500 kV ühendusega võrreldes. Kui eristav materjal kasutatakse puht SF₆-ga, mille täitmisringluseks on 0,3–0,4 MPa. Teise põlvkonna GIL (Gaasipäisest Juhtline) korral kasutatakse insuleerimismaterjalina 20% SF₆ ja 80% N₂ ruumiarvu järgi, mille täitmisringlus on 0,7–0,8 MPa. Vaikevalikuna võib kasutada ka kuiva ja puhta kompreseeritud õhku, mille täitmisringlus on 1–1,5 MPa. Seega peaks insuleerivaga valik olema vastavalt töökohtade tingimustele, et tagada UHV gaasipäisest edastusseadmete stabiilne toimimine projektis. Tööringlust võib ka sobivalt suurendada, rakendades ülespoole paigaldamismeetodeid, et kindlustada seadme sobivus praeguse UHV pinge tasemele.

Personali peaks ka pöörama erilist tähelepanu UHV gaasipäisest edastusseadmete peamiste materjalide ühenduste seisundile, et tugevdada nende kannatavust. Peab arvestama ka peamiste struktuurielementide lanklikkuse suhte arvutamisega:
λ₀ = kL₀ / r,
kus: λ₀ tähistab ühendatud peamise elementi lanklikkuse suhte; k on paranduskordaja; L₀ on UHV gaasipäisest edastusseadme peamise elementi pikkus; r on peamise elementi pöördel.

2.Ülikõrgepinge (UHV) gaasipäisest edastusseadmete rakendamise meetodid

2.1 Juhthanhiga ja juhendite pingeseire
UHV gaasipäisest edastusseadmete rakendamisel tuleb arvesse võtta ka putukujulise juhthani pingeseisu. Selle siseringlus on 0,6 MPa, ja juhthani keskpunkt on 7,7 m kõrgusel. Olemasolevas välisseadmes on kahe toetuse vaheline maksimaalne vahemaa 12 m. Juhendi peale mõjutava väline jõud on samuti 0,6 MPa, ja mõlema osa lubatud pingeseis on 110 MPa. Lisaks on edastussüsteem kiinnitatud kolmekülgsed toetusisolatorid ja juhid.

Esiteks on juhthani välisdiameeter 500 mm, ja juhendi välisdiameeter on 160 mm. Kui siserringlus on olemas, peab välisdiameeter jääma muutumatult, ja seinapaksus tuleb sobivalt suurendada - 5 mm-st 20 mm-ni. Põhiline pingeseis-varjunduskäik näitab, et juhthani algne pingeseis on 18,45 MPa, mis moodustab materiaali lubatud pingeseisest 16,71%; juhendi algne pingeseis on 3,45 MPa, mis moodustab selle lubatud pingeseisest 3,71%. See viitab, et, kui välisdiameeter jääb muutumatult, mõjutab seinapaksus oluliselt ringluse reageerimist, eriti piirides putukujulist elementi esimest põhipinget. Siserringlus muudab putukujulise struktuuri pingeväärtusi - eriti ohutundlikult seinapaksuga putude puhul - ja GIL hinnangmeetodeid saab kasutada selleks, et määrata, kuidas ringlus mõjutab juhthani ja juhendit.

Teiseks, UHV gaasipäisest edastusseadmete ringluse kannatavad putud, nagu ringlusega putud ja kõrgepinge ülespoole kulgemised, mõjutavad toimimist. Ohutundlikult seinapaksuga ringlusega putude struktuuride pingeanalüüs peaks järgima järgmist valemiga, et arvutada putu pikkuse lõike kumer normaalpinge σₜ:
σₜ = ρD / (2δ),
kus: ρ on putu siseringlus; D on putu sisendiameeter; δ on putu seinapaksus. Kui pinge taseme muutub, eelistatakse suuremaid diameetritega bushinguid kõrgemate pinge tasemete korral, samas kui madalamate pinge tasemete korral piisab väiksematest diameetritega bushingutest.

2.2 Gaasi elektriliste kontaktomaduste selgitamine
UHV gaasipäisest edastusseadmete puhul kasutatakse peamiselt SF₆-d, lämmastik-happe segunevat ja N₂. Nende gaaside uurimist tuleks tugevdada, et mõista nende elektriliste kontaktomaduste erinevusi. Riivikute puhul saab SF₆-d kasutada insuleerimismaterjalina, et täielikult ära kasutada selle häid lõhkumispärandit ja insuleerimisomadusi. Kokkuvõtlik kontaktresistansts (Rₜ) kirjeldab elektrijoonsete struktuuride elektrilist käitumist:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
kus: Rₚ on küllastusresistansts; R꜀₁ on ülemise elektrodi kontaktresistansts; R꜀₂ on alumise elektrodi kontaktresistansts. Sellega on mõistetav, et SF₆ dielektriline tugevus sõltub gaasi ringlusest – mida suurem ringlus, seda suurem dielektriline tugevus.

2.3 Elektrivälja vahe disaini optimeerimine
Selles projektis on sisemine elektriväli veidi mitteühtlane, mitteühtlaseksoor on umbes 1,7. Kui piirkonnas on saadaval salvestuskiirdepihnega ületuspingeolud, siis see suurendab edastusjoonte pingeseisu, impulsi koefitsient on 1,25. Esiteks, alusena regioonilise võrkfrekventsi ja salvestuskiirdepihnega ületuspingeolude järgi, tuleb peakäsitluskindluse määramine 1,6–1,7 vahemikus, et tagada UHV gaasipäisest edastusseadmete probleemideeta toimimine.

Arusaamaks ühesuunalise silindrilise struktuuri, saab arvutada antud piirkonna elektrivälimäär E(x), et tuvastada skenaariumid, mille korral on optimeerimine vajalik:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
kus: x on juhendi ja kaitsevahe vaheline vahemaa; U on elektrodi juurde rakendatud pinge; R on kaitsevahe sisendiameeter; r on keskmise juhendi välisdiameeter. See võimaldab hindada, kas keskmise juhendi pinna võib kahjustuda maksimaalse elektriväli all. Tuleb kontrollida elektriväli ohutust ja tugevdada mehaanilisi omadusi.

Elektriväli infrastruktuuri ehitamisel tuleb aluse tasandil kinnitada UHV gaasipäisest edastusseadmete tegelik ladundeavõime ja lõpetada pingearvutused:
P = A × F,
kus: P on seadme ladundeavõime; A on edastusmastide ristlik pindala; F on materjali tugevus. Lisaks, kui aluseks on lehmakivi, tuleb aluse kompaktida enne ülespoole kulgemise paigaldamist.

Optimeeritud disaini abil, arvestades toote struktuuri ja tootmise võimet, saab tagada kõrget insuleerimistaset salvestuskiirdepihnega ületuspingeoludes. Teiseks, kui gaasikamber on pikk, muutub UHV gaasipäisest edastusseadmete paigaldamine keeruliseks. Sellisel juhul saab kohaliku tööringluse määramine 0,4–0,5 MPa, kaudse elektriväli disaini abil, luba kondensatsioonipartsidele toimida normaalselt elektriväli mõju all ilma osalisel laengutuseta või gaasikamba katketa.

Lõpuks, põhinedes UHV gaasi-isoleeritud seadmete erilistel tingimustel, tuleks juhtmevarra välise diameeter disainida 130 mm suuruseks ja kere siseümbermõõt 480 mm suuruseks. Samuti tuleb tähelepanelikult vaadata plug-in osa: seinapaksus peaks olema seatud 30–40 mm ja vahetäis peab olema <1 mm. Kui plug-in ala välisseinu nurkustiku raadius seatatakse 5 mm suuruseks, saab elektrivälja tugevuse muutusi paremini mõista—suurem raadius vastab suuremale välja tugevusele lähedal nurkustikule, väiksem raadius vastab väiksemale välja tugevusele. Kokkuvõttes, kontrollides kohalikku elektrivälja koncentreerumist, tuleb vältida liiga suurt välja tugevust vahetäises, mis võimaldab algset elektrilist ühendust UHV gaasi-isoleeritud seadmete jaoks ja rahuldab elektrivälja signaalide jaotamise nõuded.

2.4 Ratsionaalne isolaatoride disain
Kuna UHV gaasi-isoleeritud seadmete isolaatorid töötavad maast, on nende flashover pingeväiksem kui vahetäise murdumispinge, mis teeb neist nõrga punkti elektrilises isoleerimises. Seega tuleb tugevdada vahetäiste kaalutlusi ja mõista välja tugevust salvestuspinge impulsitingimustes, et õigesti disainida isoleerivaid komponente.

2.4.1 Tugevdatud isolaatori välja tugevuse kontroll
Põhinedes projektiehituse tingimustel, on meie ettevõte uurinud isolaatoripindade flashover fenomenit, sealhulgas isolaatorimaterjali, struktuuri ja pinnase ladungute mõju. Peab vältima ka metallpartiklite kontamineerimist. UHV gaasi-isoleeritud seadmete ratsionaalne struktuur tagatakse SF₆ gaasi, isoleerivate materjalide ja sisestatud komponentide kombinatsiooniga. Kasutades eelmisi isolaatoridisaini kogemusi, saab operatsiooni ajal välja tugevust piirata pooliks normaalsest tööpinge vahetäise välja tugevusest. Puhtalt SF₆-isoleeritud seadmete puhul saab töögaasi rõhk hoida 0.4–0.5 MPa suurusel.

Vertikaalne välja tugevus (Eₛ) saab arvutada järgmiselt:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
kus p on gaasi rõhk. Nii, sõltuvalt seadme kandevõimest, saab keskmise juhtmevarra pinnase disaini välja tugevust kontrollida 19.9–24.5 kV/mm vahemikus, samas kui isolaatoripinna välja tugevus ei tohi ületada 10 kV/mm. Isolaatorite sisekaardimine elektrivälja sees takistab otsustunulist välja tugevuse tõusu UHV mõju all, vähendades isoleerimiskahjustuste riski ja võimaldades UHV gaasi-isoleeritud edasijõuliste seadmete pikaajalist kasutamist projektis.

2.4.2 Optimeeritud bassiini-tüüpi isolaatoride disain
Arvestades projekti keerulist territooriat ja elektrivälja simulatsiooni vajadust, tuleb bassiini-tüüpi isolaatoride disaini tugevdada—eriti eemaldades kaitseelektroode. See struktuur võimaldab jälgida elektrivälja tugevust isolaatori kõrgepingejuhtme varra poolel. Kui välja tugevus on kõrge, leitakse maksimumväärtus konveeks pinnal 12.7 kV/mm ja konkav pinnal 13 kV/mm; need piirangute ületamine viitab mittekorralikele töötingimustele. Kui isolaatori lähedal olev elektrivälja tugevus on kõrge, tuleb maksimaalne võrkpinge tööpinge alla 3.4 kV/mm hoida. Bassiini-tüübi isolaatoritele kaitseelektroodide paigutamine optimeerib ja simuleerib elektrivälja veelgi.

Eelnevate elektriliste ühenduste meetodite järgi tuleb kaitseelektroodi suurust täpselt kontrollida ja elektriline plug-in ühendus paigutada bassiini-tüübi isolaatori nurkustikule, rõhutades selle elektroodi kaitseefekti, mis parandab UHV gaasi-isoleeritud edasijõuliste seadmete elektrivälja jaotust.

3. Lõpetus
Et rahuldada elektriettevõtete üldist arengunõudu, tuleb meie ettevõttele edasi tugevdada UHV gaasi-isoleeritud edasijõuliste seadmete uuringuid. Põhinedes konkreetsetel töötingimustel, tuleb probleeme analüüsida ja lahendada meetodite abil, nagu kontaktresistentsimudeli loomine, bus-dutsi ja juhtmevarra pingete kinnitamine, gaasi elektriliste kontaktide omaduste selgitamine, elektrivälja vahetäise disaini optimeerimine ja isolaatorite ratsionaalne disain—nii laiendatakse seadmete kasutusaega.