Kutatás az ultra magas feszültségű gázizolált átvezető berendezésekről

Dyson

Mező: Elektromos szabványok

China

A villamosenergia-ipar fejlesztési igényeire aktív válaszként cégünk erősítette a hálózati építési hibák vizsgálatát egy adott területen és telepített DC UHV átmerési projektek üzemeltetési és karbantartási támogatást magashegyi régiókban UHV-átviteli berendezések tervezésének optimalizálásával. A települő hely teljes területe 2541,22 m², tisztán hasznos területe pedig 2539,22 m². A települő hely geológiai rétegei, fentről lefelé haladva: loess-szerű talaj, loess, óriáság, és silt-clay—négyszintű alap talaj. A geológia összetett, hosszú távú magashegyi hatásokon átesett, ami könnyen vezethet hálózati hibákhoz.

Ebben az összefüggésben cégünk végzett projekt számításokat, és megállapította, hogy a projekt építési térfogatának aránya 61,48%, a talajvíz szintje 8,8 és 8,9 m közötti, amely bizonyos mértékű korrodáltságot jelenthet a projekt beton szerkezetekre nézve. Cégünk elsősorban 110 kV átmerési projektekre koncentrál, és a települő méreteket mutatja a Táblázat 1.

Táblázat 1: Az UHV gáz-elhárító átmerési projekt települő méretei

Tétel	Jelenlegi szakasz	Hosszú távú
Fő transzformátor berendezések	2 × 31.5MkV	3 × 50kV
110kV kimeneti vezetékek	2 áramkör	6 áramkör
35kV kimeneti vezetékek	0	0
10kV kimeneti vezetékek	20 áramkör	36 áramkör
Reaktív teljesítmény kiegyenlítő eszköz	Minden fő transzformátor esetén 2 × 4.8Mar	Minden fő transzformátor esetén 2 × (4.8 + 4.8) Mar
Igazító tekercs	≥869.49kVA	≥1100VA

Ezen felül a cégünknek tovább kell erősítenie az UHV gázizolált átvezető berendezések nyomálló tartományának figyelembevételét, és megfelelően alkalmaznia kell a posztoros hengeres és tál-lábas izolátort, hogy a transzformátorok hosszú távú stabil működését biztosítsa.

1. Kapcsolódási ellenállás modelljének fejlesztése
Mivel a projekt működése során gyakran fordul elő, hogy a vezetők által viselt áramerősség túlterhelteket okoz, ezért elkerülendő a vezető pontok kialakulása. Ez érthetőbbé teheti a pontterületet, valamint megragadhatja a folyamatútonak a szűkítési viselkedését [1]. Így a helyszíni megfigyelések intensívebbé tételével, a környező áramvonalak változásainak megértésével, a talajfelület, a talajzárt áram, a tápellátás és a távoli vezeték nélküli pontok eloszlását mikroszkópikus szinten elemezhetjük, így alaposan megérthetjük a kapcsolódási felületeken fellépő egyenlőtlenségi problémákat, ahogy az Ábra 1-ben látható.

Figure 1 Theoretical Flow Diagram of Contact Resistance.jpg

A kapcsolatmodell beállításával, összefüggésben az UHV gázizolált átvezető berendezések alkalmazásával, a tanulmány definiálja egyetlen kapcsolódási pont valós szűkítési ellenállását:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
ahol: Re jelöli a kapcsolódási pont szűkítési ellenállását; ρ₁ és ρ₂ a kapcsolódó anyagok ellenállási tényezői; és α a kapcsolódási pont sugara.

Így a kapcsolódási ellenállás mértékét pontosan elemzhetjük a sáv típusú kapcsolódási ujjak kontúrján alapuló korrekciós módszerrel. Továbbá, a kapcsolódási területen lévő izoláló átvezető berendezések anyagparamétereinek vizsgálata révén lehetséges meghatározni, hogy milyen anyagot kell használni a kapcsolathoz, ahogy az Táblázat 2-ben látható.

Alkatrész neve

Anyag neve

Rugalmassági modulus

Engedélyezett anyagi feszültség

Csővezeték

Alumínium / Csatolt alumínium

70GPa

110MPa

Háromfázisú támogató izolátor

Epoxid树脂材料名称、弹性模量和允许材料应力的翻译如下：

Alkatrész neve	Anyag neve	Rugalmassági modulus	Engedélyezett anyagi feszültség
Csővezeték	Alumínium / Csatolt alumínium	70GPa	110MPa
Háromfázisú támogató izolátor	Epoxidharazs	25GPa	45MPa
Vezető	Alumínium / Csatolt alumínium	70GPa	110MPa
Tartó	Acél	210GPa	235MPa

A UH-szintű gázizolált átvezető berendezések nyomálló tartománya 1000 kV, maximális tartsamennyisége 1683 kV, ami biztosítja az áramellátás biztonságát. Az átvitel kapacitása elérheti a 500 kV EHV-átvitt képesség 2,4–5-szeresét. A tiszta SF₆ gáz használatos izoláló közegként, töltési nyomása 0,3–0,4 MPa. A második generációs GIL (Gázizolált Vonal) esetén 20%-os SF₆ és 80%-os N₂ térfogati arányban alkalmazott keverék szolgál izoláló közegként, amelynek töltési nyomása 0,7–0,8 MPa. Alternatívan, száraz és tiszta kompressált levegő is használható közegként, töltési nyomása 1–1,5 MPa. Így a választott izoláló gáz meghatározása a helyszíni feltételektől függ, hogy garantálja a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések stabil működését a projektben. A működési gáznyomást szintén megfelelően növelhetjük, és felemelt telepítési módszereket alkalmazhatunk, hogy biztosítsuk a berendezések megfelelőségét a jelenlegi UH-feszültségi szintre.

Az üzemeltető személyzet figyelmet kell fordítania a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések fő anyagcsatlakoztatásainak állapotára, hogy javítsa a terhelésviselő képességüket. A fő szerkezeti elemek hosszúhajlási arányának is számolva kell lennie:
λ₀ = kL₀ / r,
ahol: λ₀ jelöli a csatlakoztatott fő elem hosszúhajlási arányát; k a korrekciós együttható; L₀ a UH-szintű gázizolált átvezető berendezés fő elemének hossza; r pedig a fő elem forgástengelyre vonatkozó sugara.

2. A UH-szintű gázizolált átvezető berendezések alkalmazási intézkedései

2.1 Buszsor és vezeték terhelésének ellenőrzése
A UH-szintű gázizolált átvezető berendezések alkalmazása során a csöves buszsor terhelési állapotát is figyelembe kell venni. A belső nyomás 0,6 MPa, a buszsor középső emelete 7,7 m. A létező külső átvezető rendszerben a két támogató közötti legnagyobb távolság 12 m. A vezetékre ható külső erő is 0,6 MPa, mindkét alkatrész engedélyezett terhelése 110 MPa. Továbbá a transzferrendszer háromirányú támogató izolátorokkal és vezetékekkel van rögzítve.

Először is, a buszsor külső átmérője 500 mm, a vezeték külső átmérője pedig 160 mm. Ha belső nyomás van, a külső átmérő változatlan marad, és a falvastagságot megfelelően növelni kell – 5 mm-ről 20 mm-re. A fő terhelés vastagságváltozásának görbéje alapján a buszsor kezdeti terhelése 18,45 MPa, ami a anyag engedélyezett terhelésének 16,71%-át teszi ki; a vezeték kezdeti terhelése 3,45 MPa, ami a engedélyezett terhelés 3,71%-át teszi ki. Ez azt mutatja, hogy a külső átmérő változatlan maradása mellett a falvastagság jelentősen befolyásolja a nyomásreagálást, különösen a cső első főterhelését. A belső nyomás megváltoztatja a csővezeték szerkezetének terhelésértékeit – különösen vékonyfalú csövek esetén –, és a GIL-elemzési módszerek segítségével lehet meghatározni, hogy a nyomás hogyan befolyásolja a buszsort és a vezetéket.

Másodszor, a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések nyomálló csövei – például a nyomálló csövek és a magfeszültségi emelőcsövek – befolyásolják a működési teljesítményt. A vékonyfalú nyomálló csövek szerkezetének terhelésanalízise a következő formulával végezhető, a cső hosszirányú metszetén lévő kerületi normálterhelés σₜ kiszámításához:
σₜ = ρD / (2δ),
ahol: ρ a cső belső nyomása; D a cső belső átmérője; δ a cső falvastagsága. A feszültségi szint változásával nagyobb átmérőjű bubi vagyonokat célszerűbb használni magasabb feszültségi szintekhez, míg kisebb átmérőjű bubi vagyonok elegendők a kisebb feszültségi szintekhez.

2.2 A gáz elektromos érintkezési jellemzőinek megállapítása
A UH-szintű gázizolált átvezető berendezések esetén a főbb gázok között szerepelnek az SF₆, a nitrogén-oxigén keverékek és az N₂. Erősíteni kell a kutatást ezekről a gázokról, hogy megértsük a különböző elektromos érintkezési jellemzőiket. Szalaggazdaságú érintkezőujjakra az SF₆ használható izoláló közegként, hogy kihasználhassuk kiváló ívkioltó és izoláló tulajdonságait. A teljes érintkezési ellenállást (Rₜ) használják a rezgések viselőstruktúráinak elektromos viselkedésének leírására:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
ahol: Rₚ a hengeres ellenállás; R꜀₁ a felső elektrodának érintkezési ellenállása; R꜀₂ az alsó elektrodának érintkezési ellenállása. Tehát megérthető, hogy az SF₆ dielektrikus ereje a gáznyomástól függ – minél magasabb a nyomás, annál nagyobb a dielektrikus ereje.

2.3 Elektromos mező résszel kapcsolatos tervezés optimalizálása
Ebben a projektben a belső elektromos mező kissé nem egyenletes, a nem egyenletességi együtthatója körülbelül 1,7. Ha a területen villámlásos impulzusos tartsamennyiségi feltételek vannak, ezek növelik a vezetékek terhelését, a villámlásos impulzusos együtthatója 1,25. Először is, a területen lévő huzamos és villámlásos impulzusos tartsamennyiségi feltételek alapján a csúcsértéket 1,6–1,7 között kell megerősíteni, hogy biztosítsuk a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések zökkenőmentes működését.

A kohéziós hengeres szerkezet megértése alapján a terület elektromos mezőerejét (E(x)) kiszámíthatjuk, hogy meghatározzuk a szükséges optimalizálást:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
ahol: x a vezeték és a burkolat közötti távolság; U az elektrodára felmerülő feszültség; R a burkolat belső sugara; r a középső vezeték külső sugara. Ez lehetővé teszi, hogy megállapítsuk, hogy a középső vezeték felülete sérülhet-e a maximális mezőerején. Az elektromos mező biztonságának kontrollálása és a mechanikai teljesítmény javítása szükséges.

Az elektromos mező infrastruktúra beállítása során a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések valódi terhelésviselő képességét alapján kell ellenőrizni, és a terhelési számításokat elvégezni:
P = A × F,
ahol: P a berendezés terhelésviselő képessége; A a vezetőtorony metszeti területe; F az anyag ereje. Továbbá, ha az alap sárga homokból áll, a talajot össze kell nyomni, mielőtt folytatódna a felemelt vezeték telepítése.

Optimalizált tervezés révén, a termék szerkezetének és gyártási képességeinek figyelembevételével, biztosítható a magas izoláló teljesítmény villámlásos impulzusos feltételek mellett. Másodszor, ha a gázkompartment hosszú, a UH-szintű gázizolált átvezető berendezések telepítése nehézkes. Ilyen esetekben a helyi működési gáznyomást 0,4–0,5 MPa-ra lehet beállítani a mezőerejének tervezésével, hogy a vezető részecskék normálisan működhessenek az elektromos mező hatására, anélkül, hogy parciális kitörlést vagy gázrésszel kapcsolatos összeomlást okozzanak.

Végül, a UHV gázizolált eszközök specifikus feltételei alapján a vezeték csomó teherbírójának külső átmérője 130 mm-ra, míg a burkolat belső átmérője 480 mm-re kell tervezni. Figyelemre méltó a beillesztési szakasz is: a falvastagság 30–40 mm-ra, míg a tisztesség <1 mm-nél kell beállítani. Ha a beillesztési terület külső lejtő sugarát 5 mm-ra állítják, akkor jobban meg lehet érteni az elektromos mező erősségének változását—magasabb mezőerő a nagyobb sugarú lejtőnél, míg alacsonyabb mezőerő a kisebb sugarú lejtőnél. A helyi elektromos mező koncentráció ellenőrzése mellett el kell kerülni a túl magas mezőerőt a résben, hogy lehetőség nyíljon a UHV gázizolált eszközök előzetes elektromos kapcsolódási tervezésére, és teljesítse az elektromos mező jeleloszlási követelményeit.

2.4 Racionális izolátor tervezés
Mivel a UHV gázizolált eszközök izolátorai a talaj mentén működnek, ezért flashover feszültségük alacsonyabb, mint a rés bontófeszültsége, ami gyenge pontja a villamos izolációnak. Ezért erősíteni kell a résbeli megfontolásokat, és meg kell érteni a villámimpulzus feltételek közötti mezőerőt, hogy megfelelően tervezzük az izolációs alkatrészeket.

2.4.1 Izolátor mezőerőjének megerősített ellenőrzése
A projekt építési feltételei alapján cégünk tanulmányozta a felületi flashover jelenségeket, beleértve az izolátor anyag, szerkezet és felületi töltés hatásait. Elkerülendő a fémmolekulák szennyezése. A UHV gázizolált eszközök racionális szerkezetét biztosítja az SF₆ gáz, az izoláló anyagok és a beágyazott alkatrészek kombinációja. A múltbeli izolátor tervezési tapasztalatakból kiindulva a működés során a mezőerőt a normál működési elektromos mező résének felére korlátozhatjuk. Tiszta SF₆-gáz izoláló eszközök esetén a működési gáznyomást 0.4–0.5 MPa-nál lehet tartani.

A függőleges elektromos mezőerő (Eₛ) a következő képlet segítségével számítható:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
ahol p a gáznyomás. Így, a berendezés tahanymagasságának függvényében a tervezési mezőerő a középső vezeték felületén 19.9–24.5 kV/mm között, míg az izolátor felületi mezőerő nem haladhatja meg a 10 kV/mm-ot. Az izolátorok belső beágyazása az elektromos mezőbe megelőzi a hirtelen növekedést a UHV hatására, csökkentve az izolációs kudarc kockázatát, és lehetővé téve a UHV gázizolált továbbítási eszközök hosszú távú alkalmazását a projekten belül.

2.4.2 Optimalizált edényforma izolátor tervezés
A projekt összetett terepviszonyai és az elektromos mező szimuláció szükséglete miatt a medencé alakú izolátor tervezésnek fejlesztésre van szüksége—különösen a védelemmel ellátott elektrodák elhagyásával. Ez a szerkezet lehetővé teszi, hogy megfigyeljük az elektromos mező intenzitását az izolátor magasfeszültségű vezeték oldalán. Ha a mezőerő magas, akkor a konvex felületen a maximum 12.7 kV/mm, míg a konkáv felületen 13 kV/mm. Ezen küszöbértékek túllépése jelzi a rendszer hibás működését. Ha az izolátor közelében a mezőerő magas, a maximális hálózati feszültség 3.4 kV/mm alatt kell tartani. A medencé alakú izolátorokon lévő védelemmel ellátott elektrodák telepítése tovább optimalizálja és szimulálja az elektromos mezőt.

A korábbi elektromos kapcsolódási módszerek alapján a védelemmel ellátott elektrodák méretét óvatosan kell ellenőrizni, és az elektromos beillesztő kapcsolót a medencé alakú izolátor sarkához kell helyezni, hogy hangsúlyozza az elektroda védelmi hatását, ezzel javítva a UHV gázizolált továbbítási eszközök elektromos mező eloszlását.

3. Következtetés
Az energiaipari vállalatok átfogó fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében cégünknek tovább kell erősítenie a UHV gázizolált továbbítási eszközök kutatását. A konkrét működési feltételek alapján problémákat kell elemznie és kezelnie olyan módszerekkel, mint a kapcsolódási ellenállás modelljének kialakítása, a buszvezeték és a vezeték stresszének ellenőrzése, a gáz elektromos kapcsolódási jellemzőinek meghatározása, az elektromos mező rés tervezésének optimalizálása, valamint az izolátorok racionális tervezése—ezáltal meghosszabbítva a berendezések használati idejét.

Adományozz és bátorítsd a szerzőt!

Témák:

Ultrahangos feszültség

Gáz-elhárító átadási berendezés

Szakértők névjegye

Dyson

China

Saját terület

Electrical Standards

Szakmai cikk