अत्यधिक उच्च-वोल्टेज गैस-आइसुलेटेड प्रसारण उपकरणको अनुसंधान

पावर उद्योगको विकास आवश्यकताहरूलाई सक्रिय रूपमा प्रतिक्रिया दिनको लागि हाम्रो कम्पनीले एक क्षेत्रमा ग्रिड निर्माण दोषहरूको अध्ययनमा जोर दिएको छ र उच्च ऊंचाइका क्षेत्रहरूमा डीसी युएचवी प्रसारण र रूपान्तरण परियोजनाहरूको ऑपरेशन र मेन्टेनेन्स समर्थन प्रदान गर्दछ यसको लागि युएचवी प्रसारण उपकरण डिझाइन योजनाहरू स्थापना र बेहतरी गरिएको छ। निर्माण स्थलको कुल भूक्षेत्रफल २,५४१.२२ मिटर वर्ग छ, जसको शुद्ध भूक्षेत्रफल २,५३९.२२ मिटर वर्ग छ। निर्माण स्थलको भूमिको स्तरहरू, ऊपर देखि तलसम्म, लोइस-जस्तो मृदा, लोइस, प्राचीन मृदा, र सिल्टी मृदा—चार अवधारणात्मक मूलभूत मृदा स्तरहरू समावेश छन्। भूमिको संरचना जटिल छ र यसलाई लामो समयसम्म उच्च ऊंचाइको प्रभाव भएको छ, जसले प्रसारण लाइन फेल हुन सक्छ।

यसी परिपेक्षमा, हाम्रो कम्पनीले परियोजना गणना गरेको छ र निर्धारित गरेको छ कि परियोजनाको भवन गुणाङ्क ६१.४८% छ, र भूजल तलको गहिराइ ८.८ देखि ८.९ मिटर छ, जसले परियोजनामा बेटोन संरचनाहरूमा निर्दिष्ट डिग्रीमा रासायनिक अपघटन देखाउँछ। हाम्रो कम्पनीको मुख्य ध्यानाकेन्द्र ११० किलोवोल्ट प्रसारण र रूपान्तरण परियोजनामा छ, र निर्माण परिमाण टेबल १ मा देखाइएको छ।

टेबल १: युएचवी गैस-आइसोलेटेड प्रसारण परियोजनाको निर्माण परिमाण

तदापि, हाम्रो कम्पनीले युएचवी गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको दबाव सहनीय रेंजको विचारलाई थप बलियो बनाउनुपर्छ र पोस्ट इन्सुलेटरहरू र बेसिन-टाइप इन्सुलेटरहरूलाई उपयुक्त रूपमा प्रयोग गर्नुपर्छ यसरी ट्रान्सफार्मरहरूको लामो अवधिकै स्थिर संचालन सुनिश्चित गरिन्छ।

१. सम्पर्क रिझिस्टन्स मॉडलको विकास
यस परियोजनाको संचालन दौरान धारा लिएका तारहरूद्वारा ओभरलोडिङ धारा आउने संभावना छ, यसैले धारा चालन बिन्दुहरूको निर्माण टाल्नुपर्छ। यसलाई बिन्दु क्षेत्रको जानकारीलाई बढाउँदै र धारा मार्गको निरोधन व्यवहारको बुझाउँदै प्राप्त गर्न सकिन्छ [१]। यसैले, ठाउँमा अवलोकनलाई बढाउँदै आसपासको धारा रेखाहरूको परिवर्तन बुझ्नु सकिन्छ, भूतल वितरण, ग्राउंडिङ धारा, शक्ति स्रोत, र दूरस्थ वायरलेस बिन्दुहरूलाई अत्यंत लघु स्तरमा विश्लेषण गर्न सकिन्छ, जसले सम्पर्क सतहमा घट्ने असमानता समस्याहरूको गहिराईमा बुझ्न सकिन्छ, जस्तै चित्र १ मा देखाएको छ।

सम्पर्क मॉडल स्थापना गर्दै, यो लेख युएचवी गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको अनुप्रयोगसँग सम्बद्ध र एकल सम्पर्क बिन्दुको वास्तविक निरोधन रिझिस्टन्सलाई परिभाषित गर्छ:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / ४α,
जहाँ: Re एकल सम्पर्क बिन्दुको निरोधन रिझिस्टन्सलाई जनाउँछ; ρ₁ र ρ₂ सम्पर्क गर्ने सामग्रिहरूका रिझिस्टिविटीहरू हुन्; र α सम्पर्क बिन्दुको त्रिज्या जनाउँछ।

यसैले, स्ट्रैप-टाइप सम्पर्क फिङरहरूको रेखांकन आधारित यो सुधारणा विधिले सम्पर्क रिझिस्टन्सको मात्रा यथार्थ विश्लेषण गर्न सकिन्छ। अत्यंत, सम्पर्क क्षेत्रमा इन्सुलेटिङ प्रसारण उपकरणका सामग्री परामाणिकहरूको अध्ययन गर्दै, कुन सामग्रीलाई सम्पर्क गर्न उपयोग गर्नुपर्छ भन्ने निर्धारण गर्न सकिन्छ, जस्तै टेबल २ मा देखाएको छ।

UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको दबाव सहनीय रेंज १,००० किलोवोल्ट हुन्छ, जसको अधिकतम सहनीय वोल्टेज १,६८३ किलोवोल्ट हुन्छ, यसरी शक्ति प्रसारणको सुरक्षा सुनिश्चित गरिन्छ। यसको प्रसारण क्षमता ५०० किलोवोल्ट EHV प्रसारणभन्दा २.४ देखि ५ गुना लगातार पुग्न सक्छ। शुद्ध SF₆ गैस इन्सुलेटिङ माध्यमको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसको भर्ने दबाव ०.३–०.४ MPa हुन्छ। दोस्रो पर्वतीय GIL (Gas-Insulated Line) साथ आयोजित, २०% SF₆ र ८०% N₂ आयतन अनुपातमा मिश्रित गैस इन्सुलेटिङ माध्यमको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसको भर्ने दबाव ०.७–०.८ MPa हुन्छ। विकल्पको रूपमा, शुष्क र स्वच्छ संपीडित हवा इन्सुलेटिङ माध्यमको रूपमा प्रयोग गरिन सकिन्छ, जसको भर्ने दबाव १–१.५ MPa हुन्छ। यसैले, UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको परियोजनामा स्थिर संचालनको लागि इन्सुलेटिङ गैसको चयन ठाउँमा शर्तहरूको आधारमा निर्धारण गरिनुपर्छ। संचालन गैस दबावलाई यथायोग्य रूपमा बढाउन सकिन्छ, र ओभरहेड इन्स्टालेशन विधिहरू प्रयोग गरिन सकिन्छ जसले उपकरणलाई वर्तमान UHV वोल्टेज स्तरको लागि उपयुक्त बनाउनेछ।

UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको मुख्य सामग्री जोडको जोडन स्थितिमा व्यक्तिहरूले ध्यान दिनुपर्छ जसले उनीहरूको भार सहनीय क्षमता बढाउनेछ। मुख्य संरचनात्मक सदस्यको लामोटा अनुपात पनि गणना गरिनुपर्छ:
λ₀ = kL₀ / r,
जहाँ: λ₀ जोडिएको मुख्य सदस्यको लामोटा अनुपात जनाउँछ; k संशोधन गुणांक हुन्छ; L₀ UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको मुख्य सदस्यको लामो हुन्छ; र r मुख्य सदस्यको घूर्णन त्रिज्या हुन्छ।

२. UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको अनुप्रयोग उपाय

२.१ बस डक्ट र चालक तनावको परीक्षण
UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको अनुप्रयोग दौरान, पाइप-प्रकारको बस डक्टको तनाव स्थितिलाई पनि विचार गर्नुपर्छ। आन्तरिक दबाव ०.६ MPa हुन्छ, र बस डक्टको केन्द्रीय उच्चता ७.७ m हुन्छ। विद्यमान बाहिरी प्रसारण प्रणालीमा, दुई समर्थन बीचको अधिकतम फैलाव १२ m हुन्छ। चालकमा कार्य गर्ने बाहिरी बल पनि ०.६ MPa हुन्छ, र दुवै घटकहरूको अनुमत तनाव ११० MPa हुन्छ। अतिरिक्तमा, प्रसारण प्रणाली तीन रास्ताको समर्थन इन्सुलेटर र चालक द्वारा निश्चित गरिएको हुन्छ।

पहिलो, बस डक्टको बाहिरी व्यास ५०० mm हुन्छ, र चालकको बाहिरी व्यास १६० mm हुन्छ। यदि आन्तरिक दबाव छ भने, बाहिरी व्यास अपरिवर्तित रहनुपर्छ, र दीवारको मोटाई यथायोग्य रूपमा बढाउनुपर्छ—५ mm देखि २० mm सम्म। मुख्य तनावको तनाव-मोटाई परिवर्तन वक्र आधारमा, बस डक्टको प्रारम्भिक तनाव १८.४५ MPa पाइन्छ, जुन सामग्रीको अनुमत तनावको १६.७१% हुन्छ; चालकको प्रारम्भिक तनाव ३.४५ MPa पाइन्छ, जुन यसको अनुमत तनावको ३.७१% हुन्छ। यसले देखाउँछ, जब बाहिरी व्यास अपरिवर्तित रहेको छ भने, दीवारको मोटाई दबाव प्रतिक्रियामा अहिलेसँग प्रभाव दिन्छ, विशेष रूपमा पाइपको पहिलो मुख्य तनावमा। आन्तरिक दबावले पाइपलाइन संरचनाको तनाव मान बदल्छ—विशेष गरी निकै मोटो दीवार भएको पाइपको लागि—र GIL मूल्यांकन विधिले दबावले कसरी बस डक्ट र चालकलाई प्रभाव दिन्छ त्यो निर्धारण गर्न सकिन्छ।

दोस्रो, UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणमा दबाव सहनीय पाइपलाइन, जस्तै दबाव पाइपलाइन र उच्च वोल्टेज राइजर, संचालन प्रदर्शनलाई प्रभाव दिन्छ। निकै मोटो दीवार देखिएको दबाव सहनीय पाइपलाइन संरचनाको तनाव विश्लेषण निम्न फारमुला द्वारा गरिनुपर्छ जसले पाइपको लंबाईय छेदमा परिधिको सामान्य तनाव σₜ कल्कुलेट गर्छ:
σₜ = ρD / (2δ),
जहाँ: ρ पाइपको आन्तरिक दबाव हुन्छ; D पाइपको आन्तरिक व्यास हुन्छ; र δ पाइपको दीवारको मोटाई हुन्छ। वोल्टेज स्तर बदल्दा, उच्च वोल्टेज स्तरको लागि ठूलो व्यासको बुशिङ्गहरू रुचाइन्छ, र निम्न वोल्टेज स्तरको लागि निकै सानो व्यासको बुशिङ्गहरू पर्याप्त छन्।

२.२ गैस विद्युत संपर्क विशेषताहरूको स्पष्टीकरण
UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको लागि, प्राथमिक गैसहरू शामिल छन्: SF₆, नाइट्रोजन-ऑक्सिजन मिश्रित, र N₂। यी गैसहरूको विद्युत संपर्क विशेषताहरूमा अन्तर बुझ्नको लागि यी गैसहरूमा गणना बढाउनुपर्छ। टेप-प्रकारको संपर्क उंगलिहरूको लागि, SF₆ इन्सुलेटिङ माध्यमको रूपमा प्रयोग गरिन सकिन्छ जसले यसको उत्तम आर्क-बुझाउने र इन्सुलेशन गुणहरू पूर्ण रूपमा लागू गर्छ। कुल संपर्क प्रतिरोध (Rₜ) विद्युत निर्माण संरचनाको विद्युत व्यवहार वर्णन गर्ने लागि प्रयोग गरिन्छ:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
जहाँ: Rₚ बल्क प्रतिरोध हुन्छ; R꜀₁ उपरी इलेक्ट्रोडको संपर्क प्रतिरोध हुन्छ; र R꜀₂ निचली इलेक्ट्रोडको संपर्क प्रतिरोध हुन्छ। यसरी बुझ्न सकिन्छ कि SF₆को डाइएलेक्ट्रिक बल गैस दबावमा निर्भर छ—दबाव बढाउने गर्दा डाइएलेक्ट्रिक बल बढ्छ।

२.३ विद्युत क्षेत्र फाटक डिझाइनको अनुकूलन
यस परियोजनामा, आन्तरिक विद्युत क्षेत्र थोरै असमान छ, जसको असमानता गुणांक लगभग १.७ हुन्छ। यदि क्षेत्रमा बिजुली टेक्निक दबाव सहनीय शर्तहरू छन् भने, यसले प्रसारण लाइनमा तनाव बढाउनेछ, जसको टेक्निक गुणांक १.२५ हुन्छ। पहिलो, क्षेत्रमा विद्युत आवृत्ति र बिजुली टेक्निक दबाव सहनीय शर्तहरू आधारमा, शिखर मान १.६–१.७ को भीतर निश्चित गरिनुपर्छ जसले UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको बाधाहीन संचालन सुनिश्चित गर्छ।

सहायक बेलनाकार संरचनालाई बुझ्दा, क्षेत्रमा विद्युत क्षेत्र बल E(x) कल्कुलेट गरिन सकिन्छ जसले अनुकूलन आवश्यक छ भने यसलाई पहिचान गर्छ:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
जहाँ: x चालक र आवरणको बीचको दूरी हुन्छ; U इलेक्ट्रोडमा लगाएको वोल्टेज हुन्छ; R आवरणको आन्तरिक त्रिज्या हुन्छ; र r केन्द्रीय चालकको बाहिरी त्रिज्या हुन्छ। यसले यसलाई बुझ्न सकिन्छ कि अधिकतम क्षेत्र बलमा केन्द्रीय चालकको सतह कसरी नुकसान पाउन सक्छ। विद्युत क्षेत्र सुरक्षा नियन्त्रण गरिनुपर्छ, र यान्त्रिक प्रदर्शन बढाउनुपर्छ।

विद्युत क्षेत्र ढाँचाको सेटअप दौरान, आधार स्तरमा UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको वास्तविक भार सहनीय क्षमता पुष्टी गरिनुपर्छ, र तनाव गणना पूरा गरिनुपर्छ:
P = A × F,
जहाँ: P उपकरणको भार सहनीय क्षमता हुन्छ; A प्रसारण टावरको काटो छेदको क्षेत्रफल हुन्छ; र F सामग्रीको बल हुन्छ। अतिरिक्तमा, यदि आधार सिल्टी माटी छ भने, ओभरहेड लाइन इन्स्टाल गर्न अघि भूमिको आधार कडा गरिनुपर्छ।

उत्पादन संरचना र निर्माण क्षमतालाई विचार गर्दै अनुकूलित डिझाइन द्वारा, बिजुली टेक्निक दबाव सहनीय शर्तहरूमा उच्च इन्सुलेशन प्रदर्शन सुनिश्चित गरिन सकिन्छ। दोस्रो, यदि गैस कक्ष लामो छ भने, UHV गैस-इन्सुलेटेड प्रसारण उपकरणको इन्स्टालेशन चुनौतीजनक हुन्छ। यसै गतिमा, क्षेत्र बल डिझाइन द्वारा स्थानीय संचालन गैस दबावलाई ०.४–०.५ MPa मा सेट गरिन सकिन्छ, जसले विद्युत क्षेत्रको प्रभावमा चालक कणहरूलाई सामान्य रूपमा संचालन गराउन दिन्छ र आंशिक डिस्चार्ज वा गैस फाटक ब्रेकडाउन उत्पन्न गर्न नहुन्छ।

अन्त्यमा, अतिउच्च वोल्टेज (UHV) गैस-प्रतिरक्षित सामग्रीको विशिष्ट स्थितिहरूको आधारमा, कंडक्टर रोडको बाहिरी व्यास १३० मिमी र आवरणको अन्तर्निहित व्यास ४८० मिमी डिझाइन गरिनुपर्छ। प्लग-इन सेक्सनमा पनि ध्यान दिनुपर्छ: दीवारको मोटाइ ३०–४० मिमी रखिनुपर्छ, र खाली ठाउँ <१ मिमी हुनुपर्छ। यदि प्लग-इन क्षेत्रको बाहिरी चाम्फर त्रिज्या ५ मिमी राखिन्छ भने, विद्युत क्षेत्र बलको परिवर्तन राम्रो रूपमा बुझ्न सकिन्छ—चाम्फरको नजिक अधिक बल अधिक त्रिज्या र निम्न बल लामो त्रिज्या सँग सम्बन्धित हुन्छ। स्थानीय विद्युत क्षेत्र संकेन्द्रणको नियन्त्रण गर्ने अवस्थामा, फाटोमा अत्यधिक क्षेत्र बललाई रोक्दै, UHV गैस-प्रतिरक्षित सामग्रीको प्रारम्भिक विद्युत जोडाउन संकल्पना डिझाइन गर्न सकिन्छ र विद्युत क्षेत्र सिग्नल वितरणको आवश्यकता सन्तुष्ट गर्न सकिन्छ।

२.४ तर्कसंगत इन्सुलेटर डिझाइन
UHV गैस-प्रतिरक्षित सामग्रीमा इन्सुलेटरहरू जमीन अनुसार संचालन गर्दछन्, त्यसैले उनीहरूको फ्लैशओवर वोल्टेज फाटोको ब्रेकडाउन वोल्टेजभन्दा न्यून छ, जसले विद्युत प्रतिरक्षा र दुर्बल बिन्दु बनाउँछ। त्यसैले, फाटोको विचारलाई मजबूत बनाउनुपर्छ, र बिजुलीको टेनिङ आवेग अवस्थामा क्षेत्र बललाई बुझ्नुपर्छ यसले इन्सुलेटिङ घटकहरूलाई ठीक ढंगले डिझाइन गर्न सकिन्छ।

२.४.१ इन्सुलेटर क्षेत्र बलको मजबूत नियन्त्रण
परियोजना निर्माणको स्थितिहरूको आधारमा, हाम्रो कम्पनीले इन्सुलेटर सतहमा फ्लैशओवर घटनाहरूको अध्ययन गरेको छ, जसमा इन्सुलेटर सामग्री, संरचना, र सतह चार्जको प्रभावहरू समावेश छन्। धातुको कण प्रदूषण रोक्नुपर्छ। SF₆ गैस, इन्सुलेटिङ सामग्री, र एम्बेडेड घटकहरूको संयोजन द्वारा UHV गैस-प्रतिरक्षित सामग्रीको तर्कसंगत संरचना सुनिश्चित गरिन्छ। अतीतको इन्सुलेटर डिझाइन अनुभवलाई ल्याउँदा, संचालनको दौरान क्षेत्र बललाई सामान्य संचालन विद्युत क्षेत्र फाटोको आधा रोक्दै राख्न सकिन्छ। शुद्ध SF₆-इन्सुलेटेड सामग्रीको लागि, संचालन गैस दबाव ०.४–०.५ MPa बीच राखिन सकिन्छ।

आधारित विद्युत क्षेत्र बल (Eₛ) लाई निम्न ढंगले गणना गर्न सकिन्छ:
Eₛ = ४५.५p + १.७,
जहाँ p गैस दबाव हुन्छ। त्यसैले, सामग्रीको धारण वोल्टेज अनुसार, केन्द्रीय कंडक्टर सतहमा डिझाइन क्षेत्र बललाई १९.९–२४.५ kV/mm बीच नियन्त्रण गर्न सकिन्छ, र इन्सुलेटर सतहको क्षेत्र बल १० kV/mm भन्दा अधिक हुनुपर्दैन। इन्सुलेटरहरूलाई विद्युत क्षेत्रको अन्तर्निहित बनाउँदा, UHVको प्रभावमा अकस्मात क्षेत्र बढी रोक्दै, इन्सुलेशन विफलताको झुक्दै राख्न सकिन्छ, र लामो अवधिको लागि UHV गैस-प्रतिरक्षित ट्रान्समिशन सामग्रीलाई परियोजनामा अनुप्रयोग गर्न सकिन्छ।

२.४.२ बेसिन-प्रकारको इन्सुलेटर डिझाइनको अनुकूलन
परियोजनाको जटिल भूगोल र विद्युत क्षेत्र सिमुलेशनको आवश्यकता अनुसार, बेसिन-प्रकारको इन्सुलेटर डिझाइनलाई मजबूत बनाउनुपर्छ—विशेष गरी छाडिएलेक्ट्रोडहरूलाई छोड्दा। यस संरचनाले इन्सुलेटरको उच्च वोल्टेज कंडक्टर तिरको नजिक विद्युत क्षेत्र तीव्रता देख्न अनुमति दिन्छ। यदि क्षेत्र बल उच्च छ भने, उभारिएको सतहमा अधिकतम मान १२.७ kV/mm र अवसादित सतहमा १३ kV/mm पाइन्छ; यी थ्रेसहोल्ड भन्दा अधिक हुने असामान्य संचालन जनाउँछ। यदि इन्सुलेटरको नजिक विद्युत क्षेत्र तीव्रता उच्च छ भने, अधिकतम पावर फ्रिक्वेन्सी संचालन वोल्टेज ३.४ kV/mm भन्दा निम्न राख्नुपर्छ। बेसिन-प्रकारको इन्सुलेटरमा छाडिएलेक्ट्रोडहरू लगाउन विद्युत क्षेत्रलाई अनुकूलन र सिमुलेशन गर्न सकिन्छ।

पूर्व विद्युत जोडाउन विधिहरूको अनुसार, छाडिएलेक्ट्रोडको आकार धेरै ध्यानपूर्वक नियन्त्रण गर्नुपर्छ, र विद्युत प्लग-इन कनेक्टरलाई बेसिन-प्रकारको इन्सुलेटरको चाम्फरमा राख्नुपर्छ यसले इन्सुलेटरको छाडिएलेक्ट्रोड छाडिएफेक्ट बढाउँछ, र UHV गैस-प्रतिरक्षित ट्रान्समिशन सामग्रीको विद्युत क्षेत्र वितरण सुधार गर्न सकिन्छ।

३. निष्कर्ष
विद्युत उद्योगहरूको समग्र विकासको आवश्यकता पूरा गर्न, हाम्रो कम्पनीले UHV गैस-प्रतिरक्षित ट्रान्समिशन सामग्रीको अध्ययनमा और प्रयास बढाउनुपर्छ। विशिष्ट संचालन स्थितिहरूको आधारमा, समस्याहरूलाई विश्लेषण र समाधान गर्नुपर्छ, जसको लागि संपर्क रिसिस्टेन्स मॉडल स्थापना, बस डक्ट र कंडक्टर टेन्सन विश्लेषण, गैस विद्युत संपर्क विशेषताहरू विश्लेषण, विद्युत क्षेत्र फाटो डिझाइन अनुकूलन, र इन्सुलेटरहरूको तर्कसंगत डिझाइन गर्ने विधिहरू अपनाउनुपर्छ—यसले सामग्रीको सेवा आयु बढाउन सकिन्छ।