Forskning på ekstremt høyspennings gassisoleret overføringsutstyr

For å aktivt svare på utviklingskravene i kraftindustrien, har vårt selskap intensivert undersøkelsen av nettverkskonstruksjonsfeil i et bestemt område, og har gitt drifts- og vedlikeholdsstøtte for DC-UHV overførings- og transformasjonsprosjekter i høyfjellsområder ved installasjon og optimalisering av UHV-overføringsutstyrdesign. Den totale arealbruket på byggestedet er 2 541,22 m², med et renareal på 2 539,22 m². Geologiske lag på byggestedet, listet fra toppen ned, består av lemlignende jord, loess, paleosol og slitte ler—fire lag grunnlag. Geologien er kompleks og har vært utsatt for langvarige høyfjelleffekter, noe som lett kan føre til feil i overføringslinjen.

I denne sammenheng har vårt selskap gjennomført prosjektberegninger og fastsatt at bygningskoeffisienten for prosjektet er 61,48%, og at vannstandsdypet varierer mellom 8,8 og 8,9 m, noe som viser en viss grad av korrosjon mot betongkonstruksjonene i prosjektet. Vårt selskap fokuserer hovedsakelig på et 110 kV overførings- og transformasjonsprosjekt, og bygningsmassen er vist i tabell 1.

Tabell 1: Bygningsmassen for UHV-gassisolerte overføringsprosjektet

I tillegg må vårt selskap også forsterke vurderingen av trykkresistensområdet for UHV-gassisolerte overføringsanlegg, og bruke stolpeisolatorer og skålformede isolatorer på en fornuftig måte for å sikre langvarig stabil drift av transformatorer.

1. Utvikling av et kontaktmotstandmodell
Siden det er lett for overbelasted strøm gjennom strømførende ledere å oppstå under drift av dette prosjektet, er det nødvendig å unngå dannelsen av ledepunkter. Dette kan oppnås ved å forbedre forståelsen av punktområdet og forstå konsentrasjonshvervet av strømbane [1]. Dermed, ved å intensivisere observasjon på stedet for å forstå endringer i omkringliggende strømlinjer, kan distribusjonen av jordoverflate, jordstrøm, strømkilde, og eksterne trådløse punkter analyseres på mikroskopisk nivå, noe som gir en grunnleggende forståelse av ulikhetene som oppstår på kontaktoverflater, som vist i figur 1.

Ved å etablere et kontaktmodell, definerer denne artikkelen, i kombinasjon med bruken av UHV-gassisolerte overføringsanlegg, den faktiske konsentrasjonsmotstanden av et enkelt kontaktpunkt som:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
hvor: Re representerer konsentrasjonsmotstanden av et enkelt kontaktpunkt; ρ₁ og ρ₂ er motstandene til de kontakterende materialene; og α betegner radiusen til kontaktpunktet.

Dermed kan størrelsen på kontaktmotstanden analysere nøyaktig gjennom en korreksjonsmetode basert på konturet av båndformete kontaktfinger. Videre, ved å undersøke materielparametrene til isolasjonsutstyret i kontaktområdet, blir det mulig å bestemme hvilket materiale som skal brukes til forbindelsen, som vist i tabell 2.

Trykkutholdelsesområdet for UHV-gassisoleret overføringsutstyr er 1 000 kV, med et maksimalt utbyggetrykk på 1 683 kV, som sikrer sikkerheten ved strømoverføring. Dens overføringskapasitet kan nå 2,4 til 5 ganger den av 500 kV EHV-overføring. Rent SF₆-gass brukes som isoleringsmedium, med et fylltrykk på 0,3–0,4 MPa. Med andregenerasjons GIL (Gas-Isolated Line) benyttes en blanding av 20 % SF₆ og 80 % N₂ volumfraksjon som isoleringsmedium, med et fylltrykk på 0,7–0,8 MPa. Alternativt kan tørt og rent komprimert luft brukes som medium, med et fylltrykk på 1–1,5 MPa. Derfor bør valget av isoleringsgass fastsettes i henhold til lokalitetsbetingelser for å sikre stabil drift av UHV-gassisoleret overføringsutstyr i prosjektet. Driftstrykket kan også økes passende, og opphengningsmetoder kan benyttes for å sørge for at utstyret passer for det nåværende UHV-spenningsnivået.

Personell bør også gi spesiell oppmerksomhet til koblingsstatusen for hovedmaterialeknekter i UHV-gassisoleret overføringsutstyr for å forbedre deres lastbæringskapasitet. Slankhetsforholdet for de hovedstrukturmedlemmene må også beregnes:
λ₀ = kL₀ / r,
der: λ₀ betegner slankhetsforholdet for det forbundne hovedmedlemmet; k er korreksjonsfaktoren; L₀ er lengden av hovedmedlemmet i UHV-gassisoleret overføringsutstyr; og r er inndre rotasjonsradiusen for hovedmedlemmet.

2.Anvendelsesforanstaltninger for UHV-gassisoleret overføringsutstyr

2.1 Verifisering av busdrosje og lederstress
Ved anvendelse av UHV-gassisoleret overføringsutstyr må stressforholdet for rørformet busdrosje også tas i betraktning. Det indre trykket er 0,6 MPa, og sentrumsopphevingen av busdrosjen er 7,7 m. I det eksisterende utendørs overføringsystemet er den maksimale spenningen mellom to støtter 12 m. Den eksterne kraften som virker på lederen er også 0,6 MPa, og tillatt stress for begge komponenter er 110 MPa. I tillegg er overføringsystemet festet via treveis støtteisolatorer og ledere.

Først er den ytre diameteren av busdrosjen 500 mm, og lederens ytre diameter er 160 mm. Hvis det er innvendig trykk, må den ytre diameteren forbli uforandret, og veggtøyden skal økes passende – fra 5 mm til 20 mm. Basert på应力-厚度变化曲线这一部分，原文中提到的是“基于主应力的应力-厚度变化曲线”，在翻译时需要保持专业术语的一致性和准确性。以下是该段落的完整翻译：

Først er den ytre diameteren av busdrosjen 500 mm, og lederens ytre diameter er 160 mm. Hvis det er innvendig trykk, må den ytre diameteren forbli uforandret, og veggtøyden skal økes passende – fra 5 mm til 20 mm. Basert på stress-tøyde-variasjonskurven for primærstress, finnes den initielle stressen for busdrosjen å være 18,45 MPa, som utgjør 16,71 % av materialets tillatte stress; lederens initielle stress er 3,45 MPa, som utgjør 3,71 % av dens tillatte stress. Dette indikerer at, når den ytre diameteren forbli uforandret, har veggtøyden en betydelig effekt på trykkrespons, spesielt ved å påvirke den første primære stressen i røret. Innvendig trykk endrer stressverdiene i rørstrukturen – spesielt for tyntveggede rør – og GIL-vurderingsmetoder kan brukes for å bestemme om trykket påvirker busdrosjen og lederen.

For det andre, trykkbelasted rør i UHV-gassisoleret overføringsutstyr, som trykkrør og høyspenningsrisere, påvirker driftsprestasjonen. Stressanalyse av tyntveggede trykkbelasted rørstrukturer bør gjennomføres ved hjelp av følgende formel for å beregne den omkretsnormalstressen σₜ på det longitudinale snittet av røret:
σₜ = ρD / (2δ),
der: ρ er det indre trykket i røret; D er den indre diameteren av røret; og δ er veggtøyden av røret. Når spenningsnivået endres, foretrekker man større-diameter-bushinger for høyere spenningsnivåer, mens mindre-diameter-bushinger er nok for lavere spenningsnivåer.

2.2 Klargjøring av gaselektriske kontaktkjennetegn
For UHV-gassisoleret overføringsutstyr, inkluderer de primære gassene SF₆, nitrogen-oksygen-blendinger, og N₂. Forskningen på disse gassene bør styrkes for å forstå forskjellene i deres elektriske kontaktkjennetegn. For remmeformet kontaktfinger, kan SF₆ brukes som isoleringsmedium for å fullt ut utnytte dets fremragende buksekvekkings- og isolasjonsegenskaper. Total kontaktmotstand (Rₜ) brukes for å beskrive den elektriske oppførselen av strømbærerstrukturer:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
der: Rₚ er bulkmotstanden; R꜀₁ er kontaktmotstanden for den øvre elektroden; og R꜀₂ er kontaktmotstanden for den nedre elektroden. Det er dermed forstått at dielektisk styrken til SF₆ avhenger av gasspressingen – jo høyere pressen, jo større dielektisk styrke.

2.3 Optimalisering av elektrisk feltavstanddesign
I dette prosjektet er det indre elektriske feltet litt ujevnt, med en ujevnhetskoeffisient på omtrent 1,7. Hvis det finnes lysimpulstrykkutholdelsesbetingelser i området, vil de øke stressen på overføringslinjene, med en impulskoeffisient på 1,25. Først, basert på nettspennings- og lysimpulstrykkutholdelsesbetingelser i regionen, bør toppverdien bekreftes i området 1,6–1,7 for å sikre problemløs drift av UHV-gassisoleret overføringsutstyr.

Forståelsen av den koaksiale sylindriske strukturen, kan elektriske feltstyrken E(x) i området beregnes for å identifisere situasjoner som krever optimalisering:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
der: x er avstanden mellom lederen og omhuvelsen; U er spenningen som er påført elektroden; R er den indre radiusen av omhuvelsen; og r er den ytre radiusen av den sentrale lederen. Dette lar oss vurdere om overflaten av den sentrale lederen kan bli skadet under maksimal feltstyrke. Elektrisk feltsikkerhet må kontrolleres, og mekanisk ytelse forbedres.

Under oppsett av elektrisk feltinfrastruktur, bør den faktiske lastbæringskapasiteten til UHV-gassisoleret overføringsutstyr verifiseres på grunnlaget nivå, og stressberegninger fullføres:
P = A × F,
der: P er lastbæringskapasiteten til utstyret; A er tverrsnittsarealet av overføringsmasten; og F er materialestyrken. I tillegg, hvis grunnlaget består av silteleire, må undergrunnen komprimeres før installasjon av overhengende linjer fortsetter.

Gjennom optimalisert design som tar hensyn til produktstruktur og produksjonskapasiteter, kan høy isolasjonsgrense under lysimpulsbetingelser sikres. For det andre, hvis gasskompartimentet er langt, blir installasjonen av UHV-gassisoleret overføringsutstyr utfordrende. I slike tilfeller kan det lokale driftstrykket settes til 0,4–0,5 MPa gjennom feltstyrkedesign, som lar ledende partikler operere normalt under elektrisk feltinfluens uten å inducere delvis utslipp eller gasskjempebrudd.

Til slutt, basert på de spesifikke forholdene for UHV-gassisolerende utstyr, bør diameteren på lederelementet være designet til 130 mm, og indre diameteren på omslutningen til 480 mm. Det må også legges vekt på innslipningsseksjonen: veggstyrken bør settes til 30–40 mm, og spillet må være <1 mm. Hvis den ytre avrundingsradiusen i innslipningsområdet er satt til 5 mm, kan variasjonen i elektrisk feltstyrke bedre forstås—høyere feltstyrke nær avrundingen tilsvarer en større radius, mens lavere feltstyrke tilsvarer en mindre radius. Under forutsetning av kontroll over lokal konsentrasjon av elektrisk felt, må unødig høy feltstyrke i spillet forebygges, noe som muliggjør et foreløpig design av elektriske koblinger for UHV-gassisolerende utstyr og tilfredsstiller kravene til fordeling av elektriske felter.

2.4 Rettferdig isolator-design
Siden isolatorer i UHV-gassisolerende utstyr fungerer langs bakken, er deres flashover-spenningsnivå lavere enn spenningsnivået for spillet, gjør dem til et svakt punkt i elektrisk isolasjon. Derfor må hensynet til spillet styrkes, og feltstyrken under lynimpulsvilkår må forstås for å riktig designe isolerende komponenter.

2.4.1 Forbedret kontroll av isolatorfeltstyrke
Basert på prosjektets byggeforhold har vårt selskap studert flashover-fenomener langs isolatorflater, inkludert effekten av isolatormateriale, struktur og overflatebelastning. Metallpartikkelkontaminasjon må også unngås. En rettferdig struktur for UHV-gassisolerende utstyr sikres ved å kombinere SF₆-gass, isolerende materialer og inbygde komponenter. Basert på tidligere erfaring med isolatordesign, kan feltstyrken under drift begrenses til halvparten av det normale driftsfeltspillet. For ren SF₆-isolerende utstyr kan driftstrykket beholdes på 0.4–0.5 MPa.

Den vertikale feltstyrken (Eₛ) kan beregnes ved hjelp av:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
der p er gasstrykket. Dermed, avhengig av utstyrets spenningsmotstand, kan designfelterstyrken på sentrale lederflaten kontrolleres innen 19.9–24.5 kV/mm, mens feltstyrken på isolatorflaten ikke må overstige 10 kV/mm. Ved å sørge for at isolatorer er innebygd i det elektriske feltet, forhindres bruske økninger i feltet under UHV-inflytelse, noe som reduserer risikoen for isolasjonsfeil og muliggjør langtidssammenhenger for UHV-gassisolerende overføringsutstyr i prosjektet.

2.4.2 Optimalt design av bolleformet isolator
Gitt det komplekse terrænet i prosjektet og behovet for elektrisk feltsimulering, må bolleformet isolatordesign forbedres—spesielt ved å utelate skjermelektroder. Denne strukturen tillater observasjon av feltintensitet nær høyspenningsledersiden av isolatoren. Hvis feltstyrken er høy, vises maksimalverdien på konvekse flater å være 12.7 kV/mm og 13 kV/mm på konkave flater; overskridelse av disse terskler indikerer anormal drift. Når feltintensiteten nær isolatoren er høy, bør maksimal nettfrekvensdriftspenning holdes under 3.4 kV/mm. Installering av skjermeelektroder på bolleformede isolatorer optimiserer og simulerer det elektriske feltet ytterligere.

I tråd med tidligere elektriske koblingsmetoder, bør størrelsen på skjermeelektrodene nøyaktig kontrolleres, og elektrisk innslipningskobling bør plasseres ved avrunden av bolleformet isolator for å fremheve dens elektrodskjermeeffekt, noe som forbedrer feltfordelingen av UHV-gassisolerende overføringsutstyr.

3. Konklusjon
For å møte de omfattende utviklingskravene til energiforetak, må vårt selskap videre styrke forskningen på UHV-gassisolerende overføringsutstyr. Basert på spesifikke driftsforhold, bør problemer analyseres og håndteres gjennom metoder som opprettelse av kontaktmotstandmodell, verifisering av busstrøm- og lederstress, klargjøring av gaselektriske kontaktkjennetegn, optimalisering av feltspilldesign og rettferdig design av isolatorer—noe som forlenger utstyrets levetid.