Forskning om överhögspännings gasisolerad överföringsutrustning

För att aktivt svara på utvecklingskraven inom energisektorn har vårt företag intensifierat sin undersökning av nätbyggnadsfel i ett visst område och erbjudit drift- och underhållsstöd för DC-UHV-förädling och -transmissionsprojekt i högland genom installation och optimering av UHV-transmissionsutrustningsdesignscheman. Den totala arealen för byggplatsen är 2 541,22 m², med en nettoareal på 2 539,22 m². De geologiska lager vid byggplatsen, listade från topp till botten, består av lössliknande jord, löss, paleosol och siltslamm—fyra lager grundjord. Geologin är komplex och har utsatts för långvariga effekter av högland, vilket lätt kan leda till transmissionsledningsfel.

I detta sammanhang genomfödde vårt företag projektkalkyler och fastställde att byggkoefficienten för projektet är 61,48 %, och grundvattnets djup varierar mellan 8,8 och 8,9 m, vilket visar en viss grad av korrosivitet mot betongkonstruktionerna i projektet. Vårt företag fokuserar huvudsakligen på ett 110 kV-förädling och -transmissionsprojekt, och byggskalan visas i tabell 1.

Tabell 1: Byggskala för UHV-gasisoleringstransmissionsprojektet

Utöver detta behöver vårt företag också förstärka övervägandet av tryckuthållighetsområdet för UHV-gasisolerad överföringsutrustning och tillämpa stolpar och skålformade isolatorer på ett rimligt sätt för att säkerställa transformatorernas långsiktiga stabila drift.

1. Utveckling av en kontaktmotståndsmodell
Eftersom överbelastningsström genom strömförande ledare lätt kan uppstå under drift av detta projekt, är det nödvändigt att undvika bildandet av ledande punkter. Detta kan uppnås genom att förbättra förståelsen för punktområden och fatta grepp om strömledares kontraktionsbeteende [1]. Genom att intensifiera platsobservationer för att förstå förändringar i omgivande strömlinjer, kan distributionen av markytan, jordningsström, strömkälla och fjärrkontrollerade trådpunkter analyseras på mikroskopisk nivå, vilket möjliggör en grundlig förståelse för ojämnheter som uppstår vid kontaktytor, som visas i figur 1.

Genom att etablera en kontaktmodell definierar denna artikel, i kombination med tillämpningen av UHV-gasisolerad överföringsutrustning, den faktiska kontraktionsmotståndet för en enda kontaktplats som:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
där: Re representerar kontraktionsmotståndet för en enda kontaktplats; ρ₁ och ρ₂ är resistiviteterna hos de kontaktande materialen; och α betecknar radien av kontaktplatsen.

På så sätt kan storleken på kontaktmotståndet exakt analyseras genom en korrektionsmetod baserad på konturen av bandliknande kontaktfingrar. Dessutom, genom att undersöka materialparametrarna för isoleringsöverföringsutrustningen i kontaktområdet, blir det möjligt att bestämma vilket material som ska användas för anslutningen, som visas i tabell 2.

Tryckuthållningsområdet för UHV-gasisolerad överföringsutrustning är 1 000 kV, med ett maximalt uthållningsvoltage på 1 683 kV, vilket garanterar säkerheten i strömförsörjningen. Dess överföringskapacitet kan uppnå 2,4 till 5 gånger den för 500 kV EHV-överföring. Ren SF₆-gas används som isolerande medium, med en fyllningstryck på 0,3–0,4 MPa. Med andra generationens GIL (Gas-Insulated Line) används en blandning av 20 % SF₆ och 80 % N₂ efter volymfraktion som isolerande medium, med ett fyllningstryck på 0,7–0,8 MPa. Alternativt kan torr och ren komprimerad luft användas som medium, med ett fyllningstryck på 1–1,5 MPa. Därför bör valet av isolerande gas fastställas enligt platsförhållanden för att säkerställa stabilt driftbeteende för UHV-gasisolerad överföringsutrustning i projektet. Driftsgastrycket kan också lämpligen ökas, och hängande installationsmetoder kan användas för att säkerställa att utrustningen är lämplig för det nuvarande UHV-spänningnivån.

Personal bör också noga observera anslutningsstatusen för huvudmaterialanslutningar i UHV-gasisolerad överföringsutrustning för att öka deras lastförmåga. Slankhetstal för huvudstrukturalelement måste också beräknas:
λ₀ = kL₀ / r,
där: λ₀ betecknar slankhetstal för det anslutna huvudelementet; k är korrektionskoefficienten; L₀ är längden på huvudelementet i UHV-gasisolerad överföringsutrustning; och r är rotationsradie för huvudelementet.

2.Användningsåtgärder för UHV-gasisolerad överföringsutrustning

2.1 Verifiering av busdukt- och ledarspänning
Vid användning av UHV-gasisolerad överföringsutrustning måste spänningsläget för rördelad busdukt också beaktas. Det inre trycket är 0,6 MPa, och centralelevationen för busduken är 7,7 m. I det existerande utomhusöverföringssystemet är den maximala spannmellan två stöd 12 m. Den yttre kraften som verkar på ledaren är också 0,6 MPa, och tillåtna spänningsvärdet för båda komponenterna är 110 MPa. Dessutom är överföringssystemet fastställt via trevägsstödisolatorer och ledare.

Först, den yttre diametern på busduken är 500 mm, och ledarens yttre diameter är 160 mm. Om internt tryck finns måste den yttre diametern vara oförändrad, och väggtjockleken ska lämpligt ökas - från 5 mm till 20 mm. Baserat på spänning-tjockleksvariationskurvan för primärspänning, upptäcks busdukens initiala spänning vara 18,45 MPa, vilket motsvarar 16,71 % av materialets tillåtna spänning; ledarens initiala spänning är 3,45 MPa, vilket motsvarar 3,71 % av dess tillåtna spänning. Detta indikerar att, när den yttre diametern är konstant, påverkar väggtjockleken signifikant tryckrespons, särskilt påverkar den den första huvudspänningen i röret. Internt tryck ändrar spänningsvärdena för rörsystemstrukturen - särskilt för tunnväggade rör - och GIL-utvärderingsmetoder kan användas för att bestämma om tryck påverkar busduken och ledaren.

Andra, tryckbelastade rörledningar i UHV-gasisolerad överföringsutrustning - som tryckrör och högspänningsrisor - påverkar driftprestanda. Spänningsanalys av tunnväggade tryckbelastade rörstrukturer bör utföras med följande formel för att beräkna cirkulär normalspänning σₜ på det longitudinella snittet av röret:
σₜ = ρD / (2δ),
där: ρ är det inre trycket i röret; D är den inre diametern av röret; och δ är väggtjockleken av röret. När spänningsnivån ändras föredras större diameterbushingar för högre spänningsnivåer, medan mindre diameterbushingar räcker för lägre spänningsnivåer.

2.2 Förklaring av gaselektriska kontaktkaraktäristika
För UHV-gasisolerad överföringsutrustning inkluderar de primära gaserna SF₆, kväve-oxyn-blandningar och N₂. Forskning om dessa gaser bör stärkas för att förstå deras skillnader i elektriska kontaktkaraktäristik. För bandtyps kontaktfingrar kan SF₆ användas som isolerande medium för att fullt utnyttja dess utmärkta båglämnings- och isolerande egenskaper. Total kontaktresistans (Rₜ) används för att beskriva det elektriska beteendet hos strömbärande strukturer:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
där: Rₚ är massresistansen; R꜀₁ är kontaktresistansen för den övre elektroden; och R꜀₂ är kontaktresistansen för den nedre elektroden. Det förstås därför att dielektriska styrkan hos SF₆ beror på gastryck - ju högre tryck, desto större dielektrisk styrka.

2.3 Optimering av elektriskt fält gap design
I detta projekt är det inre elektriska fältet något ojämnt, med en ojämnhetskoefficient på ungefär 1,7. Om blixtimpulsbelastningsvillkor finns i området kommer de att öka belastningen på överföringslinjerna, med en impulskoefficient på 1,25. Först, baserat på nätspänning och blixtimpulsbelastningsvillkor i regionen, bör toppvärdet bekräftas inom intervallet 1,6–1,7 för att säkerställa problemfri drift av UHV-gasisolerad överföringsutrustning.

Genom att förstå den koaxiella cylindriska strukturen kan elektriska fältstyrkan E(x) i området beräknas för att identifiera scenarier som kräver optimering:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
där: x är avståndet mellan ledaren och omhöljet; U är spänningen som appliceras på elektroden; R är den inre radien av omhöljet; och r är den yttre radien av den centrala ledaren. Detta gör det möjligt att bedöma om ytan av den centrala ledaren kan skadas vid maximal fältstyrka. Elektriskt fältsäkerhet måste kontrolleras, och mekanisk prestanda förbättras.

Under installation av elektriska fältinfrastruktur bör den faktiska lastförmågan för UHV-gasisolerad överföringsutrustning verifieras på grundnivå, och spänningsberäkningar genomföras:
P = A × F,
där: P är lastförmågan för utrustningen; A är tvärsnittsytan av överföringstornet; och F är materialstyrkan. Dessutom, om grund består av siltslamm, måste underlaget tätas innan installation av hängande linje fortsätter.

Genom optimerad design med hänsyn till produktstruktur och tillverkningsförmåga kan hög isoleringsprestanda under blixtimpulsbelastningsvillkor säkerställas. Andra, om gasavdelningen är lång, blir installationen av UHV-gasisolerad överföringsutrustning utmanande. I sådana fall kan det lokala driftsgastrycket sättas till 0,4–0,5 MPa genom fältstyrke design, vilket tillåter ledande partiklar att fungera normalt under elektriskt fältinflytande utan att orsaka partiell utsläpp eller gasgapnedbrott.

Till slut, baserat på de specifika förhållandena för UHV-gasisoleringsekvipering, bör den yttre diametern på ledaren designas till 130 mm, och den inre diametern på omhöljet till 480 mm. Man måste också fokusera på infogningssektionen: väggtjockleken bör sättas till 30–40 mm, och spärret måste vara <1 mm. Om den yttre radien vid infogningen sätts till 5 mm kan variationen i elektriska fältstyrkan bättre förstås—högre fältstyrka nära radien motsvarar en större radie, medan lägre fältstyrka motsvarar en mindre radie. Under förutsättning av kontroll av lokala elektriska fältskoncentrationer måste överdriven fältstyrka i spärrrummet förhindras, vilket möjliggör preliminär elektrisk anslutningsdesign för UHV-gasisoleringsekvipering och uppfyller kraven på distribution av elektriska fältssignaler.

2.4 Rationell isolator-design
Eftersom isolatorer i UHV-gasisoleringsekvipering fungerar längs marken är deras fläktspanningsvärde lägre än spärrbrytningsvoltaget, vilket gör dem till ett svagt punkt i elektrisk isolering. Därför måste spärröverväganden stärkas, och fältstyrkan under blixtimpulsvillkor måste förstås för att korrekt designa isolerande komponenter.

2.4.1 Förbättrad kontroll av isolatorfältstyrka
Baserat på projektbyggnadsförhållanden har vår företag studerat fläktfenomen längs isolators ytor, inklusive effekterna av isolatormaterial, struktur och ytbeläggning. Metallpartikelföroreningar måste också undvikas. En rationell struktur för UHV-gasisoleringsekvipering säkerställs genom att kombinera SF₆-gas, isolerande material och inbäddade komponenter. Genom att dra nytta av tidigare erfarenheter av isolator-design kan fältstyrkan under drift begränsas till hälften av det normala driftfältets spärrgap. För ren SF₆-isolerad utrustning kan driftgastrycket hållas på 0.4–0.5 MPa.

Den vertikala elektriska fältstyrkan (Eₛ) kan beräknas med:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
där p är gasstrycket. Således, beroende på utrustningens motståndskraft, kan designfältstyrkan vid centralledarens yta kontrolleras inom 19.9–24.5 kV/mm, medan isolators yta inte får överskrida 10 kV/mm. Att säkerställa att isolatorerna är inbäddade internt i elektriska fält förhindrar plötsliga fältökningar under UHV-inverkan, vilket minskar risken för isoleringsfel och möjliggör långsiktig användning av UHV-gasisoleringstransmissionsekvipering i projektet.

2.4.2 Optimerad skålformad isolator-design
Med tanke på det komplexa terrängen i projektet och behovet av elektriska fältsimuleringar måste skålformad isolator-design förbättras—specifikt genom att utelämna skyddselektroder. Denna struktur tillåter observation av elektriska fältintensiteter nära högspänningsledarens sida av isolatorn. Om fältstyrkan är hög, visar det sig att det maximala värdet på den konvexa ytan är 12.7 kV/mm och 13 kV/mm på den konkava ytan; att överskrida dessa trösklar indikerar avvikande drift. När elektriska fältintensiteter nära isolatorn är höga bör den maximala nätspänningen hållas under 3.4 kV/mm. Installation av skyddselektroder på skålformade isolatorer optimerar och simulerar ytterligare elektriska fält.

Följande tidigare elektriska anslutningsmetoder bör storleken på skyddselektroden noggrant kontrolleras, och den elektriska infogningskopplingen bör placeras vid avfasningen på skålformad isolator för att betona dess elektrodskyddseffekt, vilket leder till en förbättrad elektrisk fältdistribution för UHV-gasisoleringstransmissionsekvipering.

3. Slutsats
För att uppfylla de sammanhängande utvecklingskraven för energiföretag måste vårt företag ytterligare stärka forskningen på UHV-gasisoleringstransmissionsekvipering. Baserat på specifika driftförhållanden bör problem analyseras och hanteras genom metoder som etablering av en kontaktmotståndsmodell, verifiering av busdukt- och ledarspänning, klargörande av gaselktriska kontaktkaraktäristika, optimering av elektriska fältgapdesign, och rationell design av isolatorer—vilket utökar utrustningens livslängd.