מחקרים על ציוד העברה מבודד בגז בזרם גבוה מאוד

כדי להגיב באופן פעיל לדרישות התפתחות תעשיית החשמל, החברה שלנו עשתה מאמץ חקירה משולש על תקלות בבנייה של רשתות במחוז מסוים ומספקת תמיכה בתפעול ובתחזוקה עבור פרויקטים של העברת ומרת מתח גבוה מאוד (UHV) בסביבות הרריות באמצעות התקנת ואופטימיזציה של תוכניות עיצוב של ציוד העברת מתח גבוה מאוד. שטח הבניה הכולל הוא 2,541.22 מ"ר, עם שטח נקי של 2,539.22 מ"ר. שכבות הגיאולוגיה באתר הבניה, ממעלה למטה, כוללות אדמה דמויית-לווס, לווס, קרקע עתיקה, וחרסית סilt—ארבע שכבות של קרקע יסוד. הגאולוגיה מורכבת ונחשפה להשפעות ארוכות טווח של סביבה הררית, מה שיכול בקלות להוביל לתקלות בקו ההעברה.

במצב זה, החברה שלנו ביצעה חישובים של הפרויקט והחליטה שהמקדם הבניני של הפרויקט הוא 61.48%, והעומק של שכבת המים התת-קרקעית נע בין 8.8 ל-8.9 מטרים, מה שמראה על מידת מסוימת של קורוזיביות למבנים בטון בפרויקט. החברה שלנו מתמקדת בעיקר בפרויקט העברת ומרת מתח של 110 kV, והגודל של הבניה מוצג בטבלה 1.

טבלה 1: גודל הבניה של פרויקט ההעברה המבודדת במתח גבוה מאוד

בנוסף, החברה שלנו צריכה לחזק את התחשבות בטווח העמידה בלחץ של ציוד תמסורת מבודד בגז בזרם גבוה מאוד ולהפעיל באופן סביר מבודדי עמוד ומבודדי קערה כדי להבטיח את הפעולה המושכת והיציבה של הממרקים.

1. פיתוח מודל של התנגדות מגע
מאחר שזרמים של חשמל מוגבר דרך מוליכים נפוצים במהלך פעולת הפרויקט, יש להימנע מהיווצרות נקודות מוליכות. ניתן להשיג זאת על ידי הרחבת הבנת אזור הנקודה ותפיסה של התנהגות הצמצום של מסלולי זרם [1]. כך, על ידי מתן דגש על תצפיות בשטח כדי להבין שינויים בקווים הקיימים בסביבה, ניתן לנתח ברמת מיקרוסקופ את הפיזור של פני השטח, זרם ההצמדה, מקור החשמל ונקודות אלחוטיות מרוחקות, מה שמאפשר הבנה מקיפה של בעיות אי-הומוגניות המתרחשות בשטחי מגע, כפי שמוצג בתרשים 1.

על ידי הקמת מודל מגע, מאמר זה, בשילוב עם היישום של ציוד תמסורת מבודד בגז בזרם גבוה מאוד, מגדיר את ההתנגדות האמיתית לצמצום של נקודת מגע אחת כ:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
כאשר: Re מייצגת את ההתנגדות לצמצום של נקודת מגע אחת; ρ₁ ו-ρ₂ הם התנגדויות החומר של החומרים הנוגעים; ו-α מייצגת את רדיוס נקודת המגע.

כך, ניתן לנתח בצורה מדויקת את הגודל של ההתנגדות למגע באמצעות שיטה של תיקון מבוססת על המתאר של אצבעות מגע מסוג סרט. בנוסף, על ידי בחינת פרמטרי החומר של הציוד המבודד בתמסורת באזור המגע, אפשר לקבוע איזה חומר צריך לשמש עבור החיבור, כפי שמוצג בטבלה 2.

טווח החזק של ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה הוא 1,000 ק"ו, עם מתח מחזק מקסימלי של 1,683 ק"ו, המבטיח את הבטיחות של תמסורת החשמל. יכולת ההעברה שלו יכולה להגיע ל-2.4 עד 5 פעמים יותר מאשר תמסורת ק"ו 500. גז סולפור הקטפלואוריד טהור משמש כמדיום מבודד, עם לחץ ממלא של 0.3–0.4 מגה פסקל. עם GIL (קו מבודד בגז) מהדור השני, משתמשים במערכת של 20% SF₆ ו-80% N₂ לפי שבר נפח, כמדיום מבודד, עם לחץ ממלא של 0.7–0.8 מגה פסקל. חלופה נוספת היא להשתמש באוויר מרוסק ונקי כמדיום, עם לחץ ממלא של 1–1.5 מגה פסקל. לכן, בחירת הגז המבודד צריכה להיות בהתאם לתנאים במקום כדי להבטיח פעולה יציבה של ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה פרויקט זה. ניתן גם להעלות את לחץ הגז הפעילה באופן מתאים, ואת שיטות התקנה על עמודים יכולים להיות מאמצים כדי להבטיח שהציוד מתאים לרמת המתח הנוכחית של UHV.

הצוות צריך גם להתמקד במצב החיבור של אזורים מרכזיים בציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה כדי לשפר את יכולת נשיאת העומס שלהם. יש לחשב גם את יחס הארכיות של המרכיבים המובילים:
λ₀ = kL₀ / r,
כאשר: λ₀ מייצג את יחס הארכיות של המרכיב המוביל המחובר; k הוא מקדם התיקון; L₀ הוא אורך המרכיב המרכזי של ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה; ו-r הוא רדיוס ההתנדפות של המרכיב המרכזי.

2. אמצעי יישום עבור ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה

2.1 אימות מתח ומאמץ של צינור האם והמנוע
במהלך יישום ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה, יש גם לשקול את מצב המאמץ של צינור האם בצורת צינור. הלחץ הפנימי הוא 0.6 מגה פסקל, והגובה הממוצע של צינור האם הוא 7.7 מטר. במערכת ההעברה החיצונית הנוכחית, המרחק המקסימלי בין שני תומכים הוא 12 מטר. המאמץ החיצוני הפועל על המנוע הוא גם 0.6 מגה פסקל, והמאמץ המותר עבור שני המרכיבים הוא 110 מגה פסקל. בנוסף, מערכת ההעברה מוצמדת באמצעות מבודדים תומכים בשלושה כיוונים ומנועים.

ראשית, הקוטר החיצוני של צינור האם הוא 500 מ"מ, והקוטר החיצוני של המנוע הוא 160 מ"מ. אם קיים לחץ פנימי, הקוטר החיצוני חייב להישאר ללא שינוי, ועובי הקיר צריך להגדיל בהתאם - מ-5 מ"מ עד 20 מ"מ. על בסיס עקומת השינוי במאמץ-עובי של המאמץ הראשי, נמצא שהמאמץ הראשוני של צינור האם הוא 18.45 מגה פסקל, המהווה 16.71% מהמאמץ המותר של החומר; המאמץ הראשוני של המנוע הוא 3.45 מגה פסקל, המהווה 3.71% מהמאמץ המותר שלו. זה מצביע על כך שכשאנו שומרים על הקוטר החיצוני קבוע, עובי הקיר משפיע באופן משמעותי על תגובת הלחץ, במיוחד על המאמץ הראשי של הצינור. לחץ פנימי משנה את ערכי המאמץ של מבנה הצינור - במיוחד עבור צינורות דקים - וניתן להשתמש בשיטות הערכה של GIL לקביעת השפעת הלחץ על צינור האם ועל המנוע.

שנית, צינורות הנושאים לחץ בציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה, כגון צינורות לחץ וצינורות עלייה בלחץ גבוה, משפיעים על הביצועים הפעיליים. ניתוח מאמץ של מבנים של צינורות דקים הנושאים לחץ צריך להתבצע באמצעות הנוסחה הבאה לחישוב המאמץ הנורמלי מעגלי σₜ על חתך הצינור הארוך:
σₜ = ρD / (2δ),
כאשר: ρ הוא הלחץ הפנימי של הצינור; D הוא הקוטר הפנימי של הצינור; ו-δ הוא עובי הקיר של הצינור. ככל שמתח משתנה, מעדיפים למתח גבוה יותר קוטרים גדולים יותר של מכסאות,而对于后半部分的翻译，似乎在希伯来语翻译中出现了中断。我将继续完成剩余内容的翻译：
ככל שמתח משתנה, מעדיפים למתח גבוה יותר קוטרים גדולים יותר של מכסאות, בעוד שמכסאות בעל קוטר קטן יותר מספיקות למתח נמוך יותר.

2.2 הסבר על מאפייני מגע חשמלי של גזים
עבור ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה, הגזים העיקריים שנמצאים בשימוש כוללים SF₆, תערובת של חנקן ואוקסיגן, וניטרוגן. יש להעצים את המחקר על הגזים הללו כדי להבין את ההבדלים ביניהם מבחינת מאפייני המגע החשמלי. עבור אצבעות מגע מסוג סרט, ניתן להשתמש ב-SF₆ כמדיום מבודד כדי לנצל בצורה מלאה את תכונות הכיבוי והמבודד מצוינות שלו. 저נגד מגע כולל (Rₜ) משמש לתיאור התנהגות החשמלית של מבני העברת זרם:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
כאשר: Rₚ הוא 저נגד נפח; R꜀₁ הוא 저נגד מגע של אלקטרודה עליונה; ו-R꜀₂ הוא 저נגד מגע של אלקטרודה תחתונה. מכאן ניתן להבין כי חוזק הדיאלקטרי של SF₆ תלוי בלחץ הגז - ככל שהלחץ גבוה יותר, כך חזק הדיאלקטרי גדול יותר.

2.3 אופטימיזציה של תכנון הפער השדה החשמלי
פרויקט זה, השדה החשמלי הפנימי אינו אחיד לחלוטין, עם מקדם אי אחידות של בערך 1.7. אם באזור קיימות תנאית עמידות לזרם ברק, הם יגדילו את המאמץ על קווי ההעברה, עם מקדם שיא של 1.25. ראשית, על בסיס תנאי עמידות לתנאי זרם חשמל מתמיד וברק באזור, צריך לאשר את ערך השיא בתחום של 1.6–1.7 כדי להבטיח תפעול חלק של ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה.

בהתאם למבנה צילינדרי משותף, ניתן לחשב את עוצמת השדה החשמלי E(x) באזור כדי לזהות מצבים הדורשים אופטימיזציה:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
כאשר: x הוא המרחק בין המוביל והמעטפת; U הוא המתח המופעל על האלקטרודה; R הוא הרדיוס הפנימי של המעטפת; ו-r הוא הרדיוס החיצוני של המוביל המרכזי. זה מאפשר הערכה של אפשרות נזק לפני השטח של המוביל המרכזי תחת עוצמת השדה החשמלי המרבית. יש להשתדל לשמור על בטיחות השדה החשמלי ולהגביר את הביצועים המכניים.

במהלך הקמת תשתית השדה החשמלי, יש לבדוק את יכולת נשיאת העומס של ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה ברמה הבסיסית, ולבצע חישוב מאמץ:
P = A × F,
כאשר: P היא יכולת נשיאת העומס של הציוד; A היא שטח החתך של מגדל ההעברה; ו-F היא חוזק החומר. בנוסף, אם הבסיס מורכב מטין סילטי, צריך להדק את הבסיס לפני התקנת קו העברת החשמל.

בעזרת תכנון אופטימלי שמתאים למבנה המוצר ויכולות הייצור, ניתן להבטיח ביצועי מבודד גבוהים בתנאי זרם ברק. שנית, אם המגזר הגזי ארוך, התקנת ציוד תמסורת גזי בלחץ גבוה נעשית קשה. במקרה כזה, ניתן לקבוע את לחץ הגז המקומי ל-0.4–0.5 מגה פסקל דרך תכנון עוצמת השדה, המאפשר לחלקיקים מוליכים לפעול בצורה תקינה תחת השפעת השדה החשמלי מבלי לעורר הפרעה חלקית או שבירה של הפער הגזי.

לבסוף, בהתאם לתנאים הספציפיים של הציוד המבודד בגז ב напряжение (UHV), קוטר החוץ של מוט הולכה צריך להיות מעוצב כ-130 מ"מ, וקוטר הפנים של המכל צריך להיות 480 מ"מ. יש להתייחס גם לחלק הנשכב: עובי הקיר צריך להיות בין 30 ל-40 מ"מ, והמרווח חייב להיות <1 מ"מ. אם רדיוס החיתוך החיצוני של חלק הנשכב מוגדר כ-5 מ"מ, ניתן להבין טוב יותר את השינויים בעוצמת השדה החשמלי - עוצמה גבוהה יותר של השדה ליד החיתוך מתאימה לרדיוס גדול יותר, בעוד עוצמה נמוכה יותר מתאימה לרדיוס קטן יותר. תחת ההנחה של הבקרה על הריכוז המקומי של השדה החשמלי, יש למנוע עוצמה חשמלית גבוהה מדי במרווח, כך שתהיה אפשרות לעיצוב מקדים של חיבור חשמלי עבור הציוד המבודד בגז ב-UHV ולספק את דרישות הפיזור של אותות השדה החשמלי.

2.4 העיצוב המתאים של מבודד
מאחר ומבודדים בציוד המבודד בגז ב-UHV פועלים לאורך הקרקע, מתח הברק שלהם נמוך ממתח שבירה של מרווח, מה שהופך אותם לנקודות חלשות במבודד חשמלי. לכן, יש לחזק את התחשבות במרווחים, ולהבין את עוצמת השדה החשמלי בתנאי פגיעת ברק כדי לעצב נכון את רכיבי המבודד.

2.4.1 בקרה מוגברת של עוצמת השדה של המבודד
על בסיס תנאי הבנייה של הפרויקט, החברה שלנו בחנה תופעות ברק לאורך משטחי מבודדים, כולל השפעת חומרים, מבנה ומטען המשטח של המבודדים. יש גם למנוע זיהום חלקיקים מתכתיים. מבנה הגיוני לציוד המבודד בגז ב-UHV מובטח על ידי שילוב גז SF₆, חומרים מבודדים ורכיבים משולבים. בהתבסס על ניסיון העיצוב של מבודדים בעבר, ניתן לצמצם את עוצמת השדה במהלך הפעילות לחצי מהמרווח הנורמלי של השדה החשמלי במהלך הפעילות. עבור ציוד מבודד בשימוש ב-SF₆ טהור, ניתן לשמור על לחץ הגז בטווח של 0.4–0.5 MPa.

עוצמת השדה החשמלי האנכי (Eₛ) יכולה לחושב באמצעות:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
כאשר p הוא לחץ הגז. לכן, בהתאם למתח התנגדות של הציוד, ניתן לשלוט בעוצמת השדה בעיצוב בין 19.9–24.5 kV/mm על פני המשטח המרכזי של מוליך, בעוד שעוצמת השדה על פני המשטח של המבודד לא יכולה לעלות על 10 kV/mm. הבטחת המbedding הפנימי של המבודדים בתוך השדה החשמלי מונעת עלייה פתאומית בעוצמת השדה תחת השפעת UHV, מצמצמת את הסיכון לכישלון מבודד ומאפשרת שימוש ארוך טווח בציוד מבודד בגז ב-UHV בפרויקט.

2.4.2 העיצוב המופitim של מבודד בסיסי
בהתחשב בטופוגרפיה המורכבת של הפרויקט ובצורך בהדמיית שדה חשמלי, יש לשפר את העיצוב של מבודד בסיסי - במיוחד על ידי השמטת אלקטרודה מגינה. מבנה זה מאפשר למדוד את עוצמת השדה החשמלי ליד הצד המוליך של מתח גבוה של המבודד. אם עוצמת השדה גבוהה, נמצא כי ערך המקסימלי על המשטח בולט הוא 12.7 kV/mm ו-13 kV/mm על המשטח konkבי; העלאה מעל סף זה מצביעה על פעולה חריגה. כאשר עוצמת השדה החשמלי ליד המבודד גבוהה, המתח המופעל בתדרי חשמל צריך להיות מתחת ל-3.4 kV/mm. התקנת אלקטרודה מגינה על מבודדים בסיסיים מתקדמת עוד יותר והופכת לדמיית שדה חשמלי.

בהמשך לגישות החיבור החשמלי הקודמות, יש לשלוט בזהירות באורך האלקטרודה המגינה, ולמקם את מחבר החיבור החשמלי בניקוב של מבודד בסיסי כדי להדגיש את אפקט האלקטרודה המגינה, בכך משפרים את הפיזור של השדה החשמלי בציוד מבודד בגז ב-UHV.

3. סיכום
כדי לעמוד בדרישות התפתחותיות של חברות חשמל, החברה שלנו צריכה לחזק את המחקר על ציוד מבודד בגז ב-UHV. בהתאם לתנאי פעולה ספציפיים, יש לנתח ולהתמודד עם בעיות באמצעות שיטות כגון הקמת מודל של התנגדות מגע, אימות מאמץ במשטח מוליך וצינור, הבהרה של תכונות מגע חשמלי בגז, אופטימיזציה של עיצוב מרווח שדה חשמלי, ועיצוב מבודדים באופן הגיוני - וכך להאריך את חיי המחשבה של הציוד.