Pagsasaliksik sa Ultra-High-Voltage Gas-Insulated Transmission Equipment

Upang aktibong tugon sa mga pangangailangan ng pag-unlad ng industriya ng kuryente, ang aming kompanya ay naging mas mabigat sa pagsisiyasat sa mga pagkakamali sa konstruksyon ng grid sa isang tiyak na lugar at nagbigay ng suporta sa operasyon at pag-maintain para sa mga proyektong DC UHV transmission at transformation sa mga rehiyon ng mataas na altitude sa pamamagitan ng pag-install at pag-optimize ng mga disenyo ng UHV transmission equipment. Ang kabuuang lupain ng lugar ng konstruksyon ay 2,541.22 m², na may malinis na lupain na 2,539.22 m². Ang heolohikal na strata sa lugar ng konstruksyon, mula sa itaas hanggang sa ibaba, ay binubuo ng loess-like soil, loess, paleosol, at silty clay—apat na layer ng foundation soil. Ang heolohiya ay komplikado at nakaranas ng mahabang tagal na epekto ng mataas na altitude, na maaaring madaling magresulta sa mga pagkakamali sa transmission line.

Sa kontekstong ito, ang aming kompanya ay naglabas ng mga kalkulasyon ng proyekto at natukoy na ang building coefficient ng proyekto ay 61.48%, at ang lalim ng groundwater table ay nasa 8.8 hanggang 8.9 m, na nagpapakita ng tiyak na lebel ng corrosiveness sa mga concrete structures sa proyekto. Ang aming kompanya ay naka-focus sa isang 110 kV transmission at transformation project, at ang saklaw ng konstruksyon ay ipinapakita sa Table 1.

Table 1: Saklaw ng Konstruksyon ng UHV Gas-Insulated Transmission Project

Bukod dito, kailangan din ng aming kompanya na palakasin pa ang pagtingin sa saklaw ng pagtitiis ng presyon ng UHV gas-insulated transmission equipment at maayos na gamitin ang post insulators at basin-type insulators upang matiyak ang mahabang terminong matatag na operasyon ng mga transformer.

1. Pagbuo ng Modelo ng Resistance ng Contact
Dahil madalas mangyari ang sobrang current sa pamamagitan ng mga current-carrying conductors habang nagsasagawa ng operasyon ng proyektong ito, kinakailangan na iwasan ang pagkakaroon ng mga spot ng conduktor. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagpapalakas ng pag-unawa sa area ng spot at paghawak sa pagkukumpres ng mga ruta ng current [1]. Kaya, sa pamamagitan ng pagpapalakas ng obserbasyon sa lugar para maintindihan ang mga pagbabago sa mga line ng current sa paligid, maaaring mailarawan nang mikroskopiko ang distribusyon ng ibabaw ng lupa, grounding current, pinagmulan ng lakas, at mga remote wireless points, na nagbibigay ng lubusang pag-unawa sa mga isyu ng hindi pantay na pagkakadistribusyon sa mga surface ng contact, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.

Sa pamamagitan ng pagbuo ng modelo ng contact, ang papel na ito, kasama ang aplikasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment, inilalarawan ang aktwal na resistance ng pagkukumpres ng isang solo contact spot bilang:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
kung saan: Re kumakatawan sa resistance ng pagkukumpres ng isang solo contact spot; ρ₁ at ρ₂ ang resistivity ng mga nakakontak na materyales; at α ang radius ng contact spot.

Kaya, ang sukat ng contact resistance ay maaaring maayos na mailarawan sa pamamagitan ng isang paraan ng pag-ayos batay sa contour ng strap-type contact fingers. Bukod dito, sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga parameter ng materyales ng insulation transmission equipment sa area ng contact, maaaring matukoy kung alin ang materyal na dapat gamitin para sa koneksyon, tulad ng ipinapakita sa Table 2.

Ang saklaw ng pagtitiis ng presyon ng UHV gas-insulated transmission equipment ay 1,000 kV, na may pinakamataas na tiyak na presyon na 1,683 kV, na nagpapaliguan sa seguridad ng transmisyon ng kuryente. Ang kapasidad nito sa transmisyon ay maaaring umabot sa 2.4 hanggang 5 beses ang kapasidad ng 500 kV EHV transmission. Ang tuldok na SF₆ gas ay ginagamit bilang insulating medium, na may punong presyon na 0.3–0.4 MPa. Sa ikalawang henerasyon ng GIL (Gas-Insulated Line), ang isang halimuyak na binubuo ng 20% SF₆ at 80% N₂ ay ginagamit bilang insulating medium, na may punong presyon na 0.7–0.8 MPa. Maaari rin itong gamitin ang malinis at tuyong compressed air bilang medium, na may punong presyon na 1–1.5 MPa. Kaya, ang pagpili ng insulating gas ay dapat matutukoy batay sa lokal na kondisyon upang masiguro ang matatag na operasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment sa proyekto. Maaari ring taasin ang gas pressure ng operasyon, at maaaring gamitin ang overhead installation methods upang masiguruhin na ang equipment ay angkop para sa kasalukuyang UHV voltage level.

Dapat din ang mga tauhan na magbigay ng malapit na pagsisiyasat sa estado ng koneksyon ng main material joints sa UHV gas-insulated transmission equipment upang mapataas ang kanilang load-bearing capacity. Dapat ding ikalkula ang slenderness ratio ng pangunahing structural members:
λ₀ = kL₀ / r,
kung saan: λ₀ ang slenderness ratio ng konektadong pangunahing miyembro; k ang correction coefficient; L₀ ang haba ng pangunahing miyembro ng UHV gas-insulated transmission equipment; at r ang radius of gyration ng pangunahing miyembro.

2.Paraan ng Paggamit para sa UHV Gas-Insulated Transmission Equipment

2.1 Pagsusuri ng Bus Duct at Conductor Stress
Sa paggamit ng UHV gas-insulated transmission equipment, kailangan ding isipin ang stress condition ng pipe-type bus duct. Ang internal pressure ay 0.6 MPa, at ang center elevation ng bus duct ay 7.7 m. Sa umiiral na outdoor transmission system, ang pinakamalaking span sa pagitan ng dalawang suporta ay 12 m. Ang external force na nakatuon sa conductor ay 0.6 MPa, at ang allowable stress para sa parehong components ay 110 MPa. Bukod dito, ang transmission system ay nakafix sa pamamagitan ng three-way support insulators at conductors.

Una, ang panlabas na diameter ng bus duct ay 500 mm, at ang panlabas na diameter ng conductor ay 160 mm. Kung mayroong internal pressure, ang panlabas na diameter ay dapat mananatiling hindi nagbabago, at ang wall thickness ay dapat maangkop na taasin—mula 5 mm hanggang 20 mm. Batay sa stress-thickness variation curve ng primary stress, natuklasan na ang initial stress ng bus duct ay 18.45 MPa, na sumasakop sa 16.71% ng allowable stress ng materyales; ang initial stress ng conductor ay 3.45 MPa, na sumasakop sa 3.71% ng allowable stress nito. Ito ay nagpapahiwatig na, kapag ang panlabas na diameter ay nananatiling hindi nagbabago, ang wall thickness ay may malaking epekto sa pressure response, lalo na sa first principal stress ng pipe. Ang internal pressure ay nagbabago sa stress values ng pipeline structure—lalo na para sa thin-walled pipes—at ang GIL evaluation methods ay maaaring gamitin upang matukoy kung ang pressure ay may epekto sa bus duct at conductor.

Pangalawa, ang pressure-bearing pipelines sa UHV gas-insulated transmission equipment—tulad ng pressure pipelines at high-voltage risers—ay may epekto sa operational performance. Ang stress analysis ng thin-walled pressure-bearing pipeline structures ay dapat gawin gamit ang sumusunod na formula upang makalkula ang circumferential normal stress σₜ sa longitudinal cross-section ng pipe:
σₜ = ρD / (2δ),
kung saan: ρ ang internal pressure ng pipe; D ang inner diameter ng pipe; at δ ang wall thickness ng pipe. Habang nagbabago ang voltage level, mas inuuri ang mas malaking diameter bushings para sa mas mataas na voltage levels, samantalang ang mas maliit na diameter bushings ay sapat para sa mas mababang voltage levels.

2.2 Paglinaw ng Gas Electrical Contact Characteristics
Sa UHV gas-insulated transmission equipment, ang pangunahing gases na ginagamit ay kinabibilangan ng SF₆, nitrogen-oxygen mixtures, at N₂. Dapat palakasin ang pagsasaliksik sa mga ito upang maintindihan ang kanilang pagkakaiba sa electrical contact characteristics. Para sa strap-type contact fingers, maaaring gamitin ang SF₆ bilang insulating medium upang mabigyan ng sapat na paggalang ang kanyang mahusay na arc-quenching at insulation properties. Ang total contact resistance (Rₜ) ay ginagamit para ilarawan ang electrical behavior ng current-carrying structures:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
kung saan: Rₚ ang bulk resistance; R꜀₁ ang contact resistance ng upper electrode; at R꜀₂ ang contact resistance ng lower electrode. Natutuklasan kaya na ang dielectric strength ng SF₆ depende sa gas pressure—the mas mataas ang pressure, mas mataas ang dielectric strength.

2.3 Pag-optimize ng Electric Field Gap Design
Sa proyektong ito, ang internal electric field ay kaunti lamang ang hindi pantay, na may non-uniformity coefficient na humigit-kumulang 1.7. Kung may lightning impulse withstand voltage conditions sa lugar, ito ay magdudulot ng dagdag na stress sa transmission lines, na may impulse coefficient na 1.25. Una, batay sa power frequency at lightning impulse withstand voltage conditions sa rehiyon, dapat kumpirmahin ang peak value sa saklaw ng 1.6–1.7 upang masiguruhin ang walang problema ang operasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment.

Sa pag-unawa sa coaxial cylindrical structure, maaaring makalkula ang electric field strength E(x) sa rehiyon upang matukoy ang mga scenario na nangangailangan ng pag-optimize:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
kung saan: x ang layo sa pagitan ng conductor at enclosure; U ang voltage na ipinapatungan sa electrode; R ang inner radius ng enclosure; at r ang outer radius ng central conductor. Ito ay nagbibigay-daan upang maisaayos kung maaaring nasira ang surface ng central conductor sa ilalim ng maximum field strength. Dapat kontrolin ang electric field safety, at mapataas ang mechanical performance.

Sa panahon ng pagtatayo ng electric field infrastructure, dapat i-verify ang aktwal na load-bearing capacity ng UHV gas-insulated transmission equipment sa lebel ng pundasyon, at tapusin ang stress calculations:
P = A × F,
kung saan: P ang load-bearing capacity ng equipment; A ang cross-sectional area ng transmission tower; at F ang material strength. Bukod dito, kung ang pundasyon ay binubuo ng silty clay, dapat ibato ang subgrade bago magpatuloy sa overhead line installation.

Sa pamamagitan ng optimized design na inaalamin ang product structure at manufacturing capabilities, maaaring masigurado ang mataas na insulation performance sa ilalim ng lightning impulse conditions. Pangalawa, kung ang gas compartment ay mahaba, maging mahirap ang pag-install ng UHV gas-insulated transmission equipment. Sa mga kaso na ito, maaaring itakda ang lokal na operating gas pressure sa 0.4–0.5 MPa sa pamamagitan ng field strength design, na nagpapahintulot sa conductive particles na mag-operate nang normal sa ilalim ng electric field influence nang hindi nag-iinduce ng partial discharge o gas gap breakdown.

Sa huli, batay sa partikular na kondisyon ng UHV gas-insulated equipment, ang labas na diameter ng conductor rod ay dapat itakda bilang 130 mm, at ang loob na diameter ng enclosure ay 480 mm. Kailangan din pagtuunan ng pansin ang plug-in section: ang thickness ng wall ay dapat itakda sa 30–40 mm, at ang clearance ay dapat <1 mm. Kung ang outer chamfer radius ng plug-in area ay itatakda sa 5 mm, mas mabuti ang pag-unawa sa pagbabago ng lakas ng electric field—ang mas mataas na field strength malapit sa chamfer ay tumutugon sa mas malaking radius, samantalang ang mas mababang field strength ay tumutugon sa mas maliit na radius. Sa ilalim ng preposisyon ng pagkontrol sa lokal na concentration ng electric field, kailangan iwasan ang sobrang lakas ng field sa gap, nagbibigay-daan para sa prelimenaryong disenyo ng electrical connection para sa UHV gas-insulated equipment at pag-satisfy sa mga requirement ng distribution ng electric field signal.

2.4 Rational Insulator Design
Dahil ang insulators sa UHV gas-insulated equipment ay gumagana pabor sa lupa, ang kanilang flashover voltage ay mas mababa kaysa sa gap breakdown voltage, ginagawang sila ang mahina sa electrical insulation. Kaya, kailangan palakasin ang pag-consider ng gap, at unawain ang lakas ng field sa ilalim ng lightning impulse conditions upang ma-disenyo nang maayos ang mga insulating components.

2.4.1 Enhanced Control of Insulator Field Strength
Batay sa kondisyon ng project construction, ang aming kompanya ay nag-aral ng mga flashover phenomena sa ibabaw ng insulator, kasama ang epekto ng materyales, struktura, at surface charge ng insulator. Kailangan din iwasan ang metal particle contamination. Ang isang rational na struktura para sa UHV gas-insulated equipment ay sinisiguro sa pamamagitan ng pagsasama ng SF₆ gas, insulating materials, at embedded components. Tumatawag sa nakaraang karanasan sa disenyo ng insulator, ang field strength sa panahon ng operasyon ay maaaring limitahan sa kalahati ng normal na operating electric field gap. Para sa pure SF₆-insulated equipment, ang operating gas pressure ay maaaring ipanatili sa 0.4–0.5 MPa.

Ang vertical electric field strength (Eₛ) ay maaaring makalkula gamit ang:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
kung saan ang p ay ang gas pressure. Kaya, depende sa withstand voltage ng equipment, ang design field strength sa ibabaw ng central conductor ay maaaring kontrolin sa loob ng 19.9–24.5 kV/mm, habang ang field strength sa ibabaw ng insulator ay hindi dapat lumampas sa 10 kV/mm. Ang pag-sigurado na ang insulators ay embedded sa loob ng electric field ay nagpapahintulot na maiwasan ang abrupt na pagtaas ng field sa ilalim ng impluwensya ng UHV, binabawasan ang panganib ng insulation failure at nagbibigay-daan para sa long-term application ng UHV gas-insulated transmission equipment sa project.

2.4.2 Optimized Basin-Type Insulator Design
Batay sa mahirap na terreno ng project at ang pangangailangan para sa electric field simulation, kailangan palakasin ang basin-type insulator design—partikular na sa pamamagitan ng pag-omit ng shielding electrodes. Ang strukturang ito ay nagbibigay-daan para mapagmasdan ang intensity ng electric field malapit sa high-voltage conductor side ng insulator. Kung ang field strength ay mataas, ang maximum value sa convex surface ay natatagpuan na 12.7 kV/mm at 13 kV/mm sa concave surface; ang pagsobra sa mga threshold na ito ay nagpapahiwatig ng abnormal na operasyon. Kapag mataas ang electric field intensity malapit sa insulator, ang maximum power frequency operating voltage ay dapat ipanatili sa ilalim ng 3.4 kV/mm. Ang pag-install ng shielding electrodes sa basin-type insulators ay nagpapahusay at nag-simulate pa ng electric field.

Sundin ang dating mga paraan ng electrical connection, ang laki ng shielding electrode ay dapat maingat na kontrolin, at ang electrical plug-in connector ay dapat ilagay sa chamfer ng basin-type insulator upang i-emphasize ang kanyang electrode shielding effect, kaya nagpapahusay ng electric field distribution ng UHV gas-insulated transmission equipment.

3. Conclusion
Upang mapasadya ang comprehensive development requirements ng mga power enterprises, ang aming kompanya ay kailangan pa ring palakasin ang pag-aaral sa UHV gas-insulated transmission equipment. Batay sa partikular na operating conditions, ang mga problema ay dapat analisin at asikasain sa pamamagitan ng mga paraan tulad ng pag-establish ng contact resistance model, verification ng bus duct at conductor stress, pag-clarify ng gas electrical contact characteristics, pag-optimize ng electric field gap design, at rational na pagdisenyo ng insulators—kaya nag-eextend ng service life ng equipment.