Pētījums par ārkārtīgi augstsprieguma gāzizolēto pārvades aprīkojumu

Lai aktīvi atbildētu uz elektrības rūpniecības attīstības prasībām, mūsu uzņēmums ir palielinājis savu izpēti tīkla būvniecības kļūdām noteiktā teritorijā un piedāvā operatīvo un uzturēšanas atbalstu DC UHV pārvades un transformācijas projektiem augstumos, instalējot un optimizējot UHV pārvades iekārtu dizainus. Būvniecības vietas kopējais platība ir 2541,22 m², ar neto zemes platību 2539,22 m². Būvniecības vietas ģeoloģiskie slāņi, sakārtoti no virsma līdz apakšai, sastāv no loesslīgā jāka, loessa, paleosoils un siltsiltainā jāka—četri pamatnes jāka slāņi. Ģeoloģija ir sarežģīta un ilggala augstumu efektam pakļauta, kas viegli var novest pie pārvades līniju kļūdām.

Šajā kontekstā mūsu uzņēmums veica projektu aprēķinus un noskaidroja, ka projekta būvkoeficients ir 61,48%, un ūdenskrituma gadsimta dziļums ir no 8,8 līdz 8,9 m, kas rāda noteiktu korozijspēju pret betona struktūrām projektā. Mūsu uzņēmums galvenokārt koncentrējas uz 110 kV pārvades un transformācijas projektu, un būvniecības apjoms ir redzams Tabulā 1.

Tabula 1: UHV gāzu izolētā pārvades projekta būvniecības apjoms

Turklāt, mūsu uzņēmumam ir jāpaplašina apsvērumi par UHV gāzes izolēto pārvades iekārtu spiediena noturības diapazonu un jāpiemēro posta izolatori un trauksnisveida izolatori, lai nodrošinātu transformatoru ilgtermiņa stabila darbība.

1. Kontakta pretestības modeļa attīstība
Kopš šī projekta operācijās bieži sastopama pārmērīga strāva caur strāvas pārnešanas vadām, ir nepieciešams izvairīties no conduktīvo punktu veidošanās. To var panākt, paaugstinot sapratni par punktu teritoriju un uztverot strāvas ceļu sastrēguma raksturu [1]. Tādējādi, stiprinot vietējo novērošanu, lai izprastu apkārtējo strāvas līniju maiņas, var analizēt zemes virsmas, zemes strāvas, enerģijas avota un tālāk esošo bezvadu punktu sadalījumu mikroskopiskā līmenī, kas ļauj visaptveroši izprast nevienmērību problēmas, kas notiek kontaktpusēs, kā tas redzams 1. attēlā.

Izveidojot kontakta modeli, šajā rakstā, kombinējot ar UHV gāzes izolēto pārvades iekārtu lietošanu, tiek definēta viena kontaktpunkta faktiskā sastrēguma pretestība kā:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
kur: Re atzīmē viena kontaktpunkta sastrēguma pretestību; ρ₁ un ρ₂ ir kontaktojošo materiālu pretestības; un α apzīmē kontaktpunkta rādiusu.

Tādējādi, kontakta pretestības lielums var tikt precīzi analizēts, izmantojot koriģēšanas metodi, balstoties uz lentiņveida kontaktpusēm konturnā. Turklāt, pārbaudot izolācijas pārvadei kontaktpusē piemērotos materiālus, iespējams noteikt, kādu materiālu vajadzētu izmantot savienojumam, kā tas redzams 2. tabulā.

UHV gāzu izolētā pārvadājuma iekārtu spiediena noturības diapazons ir 1 000 kV, ar maksimālo noturību pret spriegumu 1 683 kV, nodrošinot elektroenerģijas pārvadājumu drošību. Tās pārvadājuma jauda var sasnigt līdz 2,4–5 reizes vairāk nekā 500 kV EHV pārvadājumiem. Kā izolējošs mediju tiek izmantots čists SF₆ gāze ar piepildīšanas spiedienu 0,3–0,4 MPa. Ar otrās paaudzes GIL (Gāzu Izolētā Līnija) izmantojot 20 % SF₆ un 80 % N₂ apjoma daļu kā izolējošo mediju, piepildīšanas spiediens ir 0,7–0,8 MPa. Alternatīvi, kā izolējošs mediju var izmantot sausāku un tīrāku saistītu gaisu ar piepildīšanas spiedienu 1–1,5 MPa. Tādējādi izolējošā gāzei jāizvēlas atbilstoši vietējiem apstākļiem, lai nodrošinātu UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu stabila darbība projektā. Darbības gāzu spiediens var tikt arī atbilstoši palielināts, un var tikt izmantotas uz augšu montēšanas metodes, lai nodrošinātu, ka iekārta ir piemērota pašreizējam UHV sprieguma līmenim.

Personālam jāpievērš īpaša uzmanība UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu galveno materiālu savienojumu stāvoklim, lai palielinātu to noturību pret slodzes. Galveno strukturālo elementu slankuma koeficients jāaprēķina:
λ₀ = kL₀ / r,
kur: λ₀ apzīmē savienoto galvenā elementa slankuma koeficientu; k ir korekcijas koeficients; L₀ ir UHV gāzu izolētās pārvadājuma iekārtas galvenā elementa garums; r ir galvenā elementa inercijas rādiuss.

2. UHV gāzu izolētās pārvadājuma iekārtu pielietošanas pasākumi

2.1 Mataroa un vadāmajā materiālā saglabājamo deformāciju pārbaude
UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu pielietojot, jāņem vērā arī mataroa deformāciju stāvoklis. Iekšējais spiediens ir 0,6 MPa, un mataroa centrālais augstums ir 7,7 m. Esošajā ārējā pārvadājuma sistēmā starp diviem atbalstiem maksimālais attālums ir 12 m. Vadāmajam materiālam iedarbojošais ārējais spiediens ir arī 0,6 MPa, un abu komponentu atļautais deformācijas spriegums ir 110 MPa. Papildus tam, pārvadājuma sistēma tiek fiksēta ar trim ceļu atbalstu izolātoriem un vadāmajiem materiāliem.

Pirmkārt, mataroa ārējais diametrs ir 500 mm, un vadāmajā materiāla ārējais diametrs ir 160 mm. Ja iekšējais spiediens ir klāt, mataroa ārējam diametram jāpaliek nemainīgam, bet sienas biezums jāpalielina no 5 mm līdz 20 mm. Pamatdeformācijas sprieguma-biezuma maiņas līknes pamatā mataroa sākotnējais spriegums ir 18,45 MPa, kas veido 16,71 % no materiāla atļautā sprieguma; vadāmajā materiāla sākotnējais spriegums ir 3,45 MPa, kas veido 3,71 % no tā atļautā sprieguma. Tas norāda, ka, kad ārējais diametrs paliek nemainīgs, sienas biezums ievērojami ietekmē spiediena atbildes, īpaši ietekmējot cauruļa pirmo pagrieziena spriegumu. Iekšējais spiediens maina cauruļa struktūras spriegumu vērtības — īpaši plānu sienas caurules — un GIL novērtēšanas metodes var tikt izmantotas, lai noteiktu, vai spiediens ietekmē matarou un vadāmajos materiālos.

Otrkārt, UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu spiediena noturīgās caurules, piemēram, spiediena noturīgās caurules un augstsprieguma paaugstinājumi, ietekmē darbības efektivitāti. Plānu sienas spiediena noturīgu caurules struktūru deformāciju analīzi jāveic, izmantojot šādu formulu, lai aprēķinātu caurules gāžu normālo spriegumu σₜ uz gāžu skaidruma:
σₜ = ρD / (2δ),
kur: ρ ir caurules iekšējais spiediens; D ir caurules iekšējais diametrs; δ ir caurules sienas biezums. Mainoties sprieguma līmenim, lielākiem diametriem tiek dota priekšroka augstākiem sprieguma līmeņiem, kamēr mazākiem diametriem pietiek ar zemākiem sprieguma līmeņiem.

2.2 Gāzu elektriskās kontaktēšanās raksturības noskaidrošana
UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu galvenie gāzes, kas tiek izmantotas, ietver SF₆, skābekļa-krāpnīga maisinājumus un N₂. Šo gāzu pētījumus jāpastiprina, lai labāk saprastu to atšķirības elektriskās kontaktēšanās raksturībā. Sliekainām kontaktēšanās malām kā izolējošs mediju var izmantot SF₆, pilnībā izmantojot tās izcilās loku nomierināšanas un izolācijas īpašības. Kopējo kontaktēšanās pretestību (Rₜ) izmanto, lai aprakstītu strāvas nesēju struktūru elektrisko uzvedību:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
kur: Rₚ ir masīva pretestība; R꜀₁ ir augšējā elektroda kontaktēšanās pretestība; R꜀₂ ir apakšējā elektroda kontaktēšanās pretestība. Tādējādi saprot, ka SF₆ dielektroiskā spēja atkarīga no gāzes spiediena — jo augstāks spiediens, jo lielāka dielektroiskā spēja.

2.3 Elektriskā lauka gabala dizaina optimizācija
Šajā projektā iekšējais elektriskais lauks ir nedaudz neregulārs, ar neregulārības koeficientu aptuveni 1,7. Ja reģionā pastāv vētra impulss noturības sprieguma nosacījumi, tie palielinās deformācijas pārvadājuma līnijām, ar impulsa koeficientu 1,25. Pirmkārt, balstoties uz reģiona strāvas frekvences un vētras impulss noturības sprieguma nosacījumiem, jāapstiprina virsotne robežās no 1,6–1,7, lai nodrošinātu UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu bezproblēmu darbību.

Izprasta koncentriskā cilindra struktūra, elektriskā lauka stiprums E(x) reģionā var tikt aprēķināts, lai identificētu situācijas, kurām nepieciešama optimizācija:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
kur: x ir vadāmajā materiāla un ārējās struktūras attālums; U ir elektrodai piemērots spriegums; R ir ārējās struktūras iekšējais rādiuss; r ir centrālā vadāmajā materiāla ārējais rādiuss. Tas ļauj novērtēt, vai centrālā vadāmajā materiāla virsma var tikt bojāta pie maksimālā lauka stipruma. Jākontrolē elektriskā lauka drošība un mehāniskā efektivitāte.

Elektriskā lauka infrastruktūras izveidošanas laikā faktiskā UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu noturība jāpārbauda fundamenta līmenī, un jāveic deformāciju aprēķini:
P = A × F,
kur: P ir iekārtes noturība; A ir pārvadājuma torna šķērsgriezuma platība; F ir materiāla stipruma. Papildus tam, ja fondaments sastāv no siltā cauruma, pirms virsgrīdas līnijas instalēšanas jāpakāpeniski apstrādā fundamenta zeme.

Optimizētais dizains, ņemot vērā produktu struktūru un ražošanas spējas, nodrošina augstu izolācijas veiktspēju vētras impulss noturības sprieguma nosacījumos. Otrkārt, ja gāzu kompartiments ir ilgs, UHV gāzu izolēto pārvadājuma iekārtu instalēšana kļūst grūtāka. Šādos gadījumos vietējais darbības gāzu spiediens var tikt iestatīts uz 0,4–0,5 MPa, izmantojot lauka stipruma dizainu, ļaujot vedējam gāzei normāli darboties pie elektriskā lauka ietekmes, neizraisot daļējo izplūdi vai gāzes gabala sabrukumu.

Vis beigu, ņemot vērā īpašās UHV gāzveida apgabala iekārtas nosacījumus, vedņa ārējais diametrs jāprojektē kā 130 mm, bet apgabala iekšējais diametrs kā 480 mm. Jāpievērš uzmanība arī ieļaujamajam posmam: sienas biezums jāiestata 30–40 mm, un atstarpe jānostiprina <1 mm. Ja ieļaujamā zonas ārējais pārejas rādiuss tiek iestatīts 5 mm, var labāk izprast elektriskā lauka stipruma variācijas—augstāks lauka stiprums tuvāk pārejas zonai atbilst lielākam rādiusam, bet zemāks lauka stiprums atbilst mazākam rādiusam. Kontrolierot vietējo elektrisko lauka koncentrāciju, jānovērš pārmērīgs lauka stiprums atstarpē, kas ļauj veikt sākotnējo elektro tehnikas savienojuma projektēšanu UHV gāzveida apgabala iekārtām un apmierināt elektriskā lauka signālu sadalījuma prasības.

2.4 Racionāls izolatoru dizains
Jo UHV gāzveida apgabala iekārtu izolatori strādā pie zemes, tos pavārošanas spriegums ir zemāks par atstarpi starp ugunsgrēku, padarot tos par vājāko punktu elektriskajā izolācijā. Tāpēc jāpastiprina atstarpi, un jāsaprot lauka stiprums liekā impulsuzdevuma apstākļos, lai pareizi projekto izolācijas komponentes.

2.4.1 Izolatoru lauka stipruma pastiprināta kontrole
Pamatojoties uz projekta būvniecības apstākļiem, mūsu uzņēmums ir pētījis izolatoru virsmas pavārošanos, tostarp izolatoru materiāla, struktūras un virsmas lādējuma efektus. Jāizvairās no metāla daļiņu piesārņojuma. Racionāla UHV gāzveida apgabala iekārtu struktūra tiek nodrošināta, kombinējot SF₆ gāzi, izolācijas materiālus un iegultos komponentus. Izmantojot pagājušo izolatoru dizaina pieredzi, darba laukā var ierobežot lauka stiprumu līdz pusē no normālas darba lauka atstarpes. Puriem SF₆ izolētiem aprīkojumiem darba gāzes spiediens var tikt uzturēts 0.4–0.5 MPa.

Vertikālais elektriskais lauka stiprums (Eₛ) var tikt aprēķināts, izmantojot:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
kur p ir gāzes spiediens. Tādējādi, atkarībā no aprīkojuma noturības sprieguma, centra vedņa virsmas dizaina lauka stiprums var tikt kontrolēts robežās 19.9–24.5 kV/mm, bet izolatora virsmas lauka stiprums nedrīkst pārsniegt 10 kV/mm. Lai nodrošinātu, ka izolatori ir iegulti elektriskajā laukā, novēršot nejaušus lauka stipruma pieaugumu UHV ietekmē, samazinot izolācijas trūkumu risku un ļaujot ilgtermiņa UHV gāzveida pārvades aprīkojumu lietošanu projektā.

2.4.2 Optimizēts trauka veida izolatoru dizains
Rēķinoties ar projekta sarežģīto teritoriju un elektriskā lauka simulācijas nepieciešamību, jāuzlabo trauka veida izolatoru dizains—konkrēti, jāizdod aizsargēlektrodu. Šī struktūra ļauj novērot elektriskā lauka intensitāti tuvāk augstsprieguma vedņa pusei izolatora malā. Ja lauka stiprums ir augsts, maksimālā vērtība izliekto virsmu malā ir 12.7 kV/mm un 13 kV/mm ielekto virsmu malā; pārsniedzot šos sliekšņus, norāda uz nelielāku darbību. Kad elektriskā lauka intensitāte tuvāk izolatoram ir augsta, maksimālais darba frekvences spriegums jāuztur zemāks par 3.4 kV/mm. Trauka veida izolatoru aizsargēlektoru instalēšana turpmāk optimizē un simulē elektriskā lauka.

Pēc iepriekšējiem elektro tehnikas savienojuma metožu, aizsargēlektoru izmēru jākontrolē rūpīgi, un elektriskais ieļaujamais savienojums jānovieto izliekto zonas malā, lai akcentētu tā elektroda aizsargdarbību, tādējādi uzlabojot UHV gāzveida pārvades aprīkojumu elektriskā lauka sadalījumu.

3. Secinājumi
Lai apmierinātu enerģētisko uzņēmumu visaptverošas attīstības prasības, mūsu uzņēmumam jāturpina stiprināt UHV gāzveida pārvades aprīkojumu pētījumus. Pamatojoties uz konkrētiem darba apstākļiem, problēmas jāanalizē un risina, izmantojot metodes, piemēram, kontaktresistances modeļa izveidi, šķidruma kanāla un vedņa stresa pārbaudīšanu, gāzes elektriskās kontaktzīmes skaidrošanu, elektriskā lauka atstarpi dizainu un izolatoru racionālu projektēšanu—tas papildus paildzina aprīkojuma izmantošanas laiku.