Pagsasaliksik sa Ultra-High-Voltage Gas-Insulated Transmission Equipment

Upang aktibong tumugon sa mga pangangailangan ng pag-unlad ng industriya ng kuryente, ang aming kompanya ay naging mas malakas sa pagsisiyasat sa mga pagkakamali sa konstruksyon ng grid sa isang lugar at nagbigay ng suporta sa operasyon at pag-aalamin para sa mga proyektong DC UHV transmission at transformation sa mga rehiyon na mataas ang altitude sa pamamagitan ng pag-install at pag-optimize ng mga disenyo ng UHV transmission equipment. Ang kabuuang lupain ng lugar ng konstruksyon ay 2,541.22 m², na may netong lupain na 2,539.22 m². Ang mga strata ng heolohiya sa lugar ng konstruksyon, mula tuktok hanggang ilalim, ay binubuo ng loess-like soil, loess, paleosol, at silty clay—apat na layer ng foundation soil. Ang heolohiya ay komplikado at nakaranas ng mahabang-panahong epekto ng mataas na altitude, na madaling magresulta sa mga pagkakamali sa transmission line.

Sa kontekstong ito, ang aming kompanya ay gumawa ng mga kalkulasyon ng proyekto at natuklasan na ang building coefficient ng proyekto ay 61.48%, at ang lalim ng groundwater table ay nasa 8.8 hanggang 8.9 m, na nagpapakita ng isang tiyak na antas ng corrosiveness sa mga concrete structures sa proyekto. Ang aming kompanya ay naka-focus sa isang 110 kV transmission at transformation project, at ang saklaw ng konstruksyon ay ipinapakita sa Table 1.

Table 1: Saklaw ng Konstruksyon ng UHV Gas-Insulated Transmission Project

Karagdag pa, kailangan ng aming kompanya na mas paigtingin ang pag-aaral sa saklaw ng tiyak na presyon na maaaring tahan ng UHV gas-insulated transmission equipment at maari nang mapayabong ang paggamit ng post insulators at basin-type insulators upang matiyak ang mahabang-panahong estableng operasyon ng mga transformer.

1. Pagbuo ng Modelo ng Resistance ng Contact
Dahil madaling mangyari ang sobrang current sa pamamagitan ng mga current-carrying conductors habang isinasagawa ang proyektong ito, kinakailangang iwasan ang pagkakaroon ng mga spot na nagkokondukt. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagpapalakas ng pag-unawa sa area ng spot at pagkuha ng pag-uugat ng mga landas ng current [1]. Kaya, sa pamamagitan ng pagpapalakas ng on-site observation upang maintindihan ang mga pagbabago sa mga current lines sa paligid, maaaring mailarawan ang distribusyon ng ibabaw ng lupa, grounding current, pinagmulan ng lakas, at mga remote wireless points sa isang mikroskopikong antas, na nagbibigay-daan sa lubusang pag-unawa sa mga isyu ng hindi pantay na yugto sa mga surface ng contact, tulad ng ipinapakita sa Figure 1.

Sa pamamagitan ng pagbuo ng modelo ng contact, inilalarawan ng papel na ito, kasama ang aplikasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment, ang aktwal na resistance ng constriction ng isang contact spot bilang:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
kung saan: Re kumakatawan sa resistance ng constriction ng isang contact spot; ρ₁ at ρ₂ ang resistivity ng mga materyales na nakakontact; at α ang radius ng contact spot.

Dahil dito, maaaring malutas ang sukat ng contact resistance sa pamamagitan ng isang paraan ng koreksyon batay sa contour ng strap-type contact fingers. Bukod dito, sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga parameter ng materyales ng insulation transmission equipment sa contact area, maaaring matukoy kung alin ang dapat gamiting materyal para sa koneksyon, tulad ng ipinapakita sa Table 2.

Ang range ng pagtitiis ng presyon ng UHV gas-insulated transmission equipment ay 1,000 kV, na may pinakamataas na tiyak na presyon ng 1,683 kV, na nagpapaliguan sa seguridad ng transmisyon ng enerhiya. Ang kapasidad nito sa pag-transmit ay maaaring umabot sa 2.4 hanggang 5 beses ang 500 kV EHV transmission. Ang tuloy-tuloy na SF₆ gas ang ginagamit bilang insulating medium, na may isang punong presyon ng 0.3–0.4 MPa. Sa pamamagitan ng pangalawang henerasyon ng GIL (Gas-Insulated Line), ang 20% SF₆ at 80% N₂ batay sa volume fraction ang ginagamit bilang insulating medium, na may isang punong presyon ng 0.7–0.8 MPa. Bilang alternatibo, ang dry at malinis na compressed air maaaring gamitin bilang medium, na may isang punong presyon ng 1–1.5 MPa. Kaya, ang pagpili ng insulating gas ay dapat matutukoy batay sa lokal na kondisyon upang masiguro ang matatag na operasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment sa proyekto. Maaari ring palakihin ang operating gas pressure nang angkop, at maaaring i-adopt ang overhead installation methods upang masiguruhing angkop ang equipment para sa kasalukuyang UHV voltage level.

Ang mga tauhan ay dapat rin maging mapansin sa estado ng koneksyon ng mga joint ng pangunahing materyales sa UHV gas-insulated transmission equipment upang mapalakas ang kanilang capacity sa pagbubuntot. Ang ratio ng slenderness ng mga pangunahing structural members ay dapat ding ikalkula:
λ₀ = kL₀ / r,
kung saan: λ₀ ang ratio ng slenderness ng konektadong pangunahing miyembro; k ang correction coefficient; L₀ ang haba ng pangunahing miyembro ng UHV gas-insulated transmission equipment; at r ang radius of gyration ng pangunahing miyembro.

2.Mga Application Measures para sa UHV Gas-Insulated Transmission Equipment

2.1 Pagsusuri ng Bus Duct at Conductor Stress
Sa panahon ng aplikasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment, ang kondisyon ng stress ng pipe-type bus duct ay dapat ring isaalamin. Ang internal pressure ay 0.6 MPa, at ang center elevation ng bus duct ay 7.7 m. Sa umiiral na outdoor transmission system, ang pinakamalaking span sa pagitan ng dalawang suport ay 12 m. Ang external force na nakikialam sa conductor ay din 0.6 MPa, at ang allowable stress para sa parehong component ay 110 MPa. Bukod dito, ang transmission system ay naka-fix sa pamamagitan ng three-way support insulators at conductors.

Una, ang outer diameter ng bus duct ay 500 mm, at ang outer diameter ng conductor ay 160 mm. Kung mayroong internal pressure, ang outer diameter ay dapat mananatiling hindi nagbabago, at ang wall thickness ay dapat na angkop na itinaas—mula 5 mm hanggang 20 mm. Batay sa stress-thickness variation curve ng primary stress, natuklasan ang initial stress ng bus duct na 18.45 MPa, na sumasakop sa 16.71% ng allowable stress ng materyal; ang initial stress ng conductor ay 3.45 MPa, na sumasakop sa 3.71% ng allowable stress nito. Ito ay nagpapahiwatig na, kapag ang outer diameter ay nananatiling hindi nagbabago, ang wall thickness ay may malaking epekto sa pressure response, lalo na sa first principal stress ng pipe. Ang internal pressure ay nagbabago sa stress values ng pipeline structure—lalo na para sa thin-walled pipes—at ang GIL evaluation methods ay maaaring gamitin upang matukoy kung ang pressure ay nakakaapekto sa bus duct at conductor.

Pangalawa, ang pressure-bearing pipelines sa UHV gas-insulated transmission equipment—tulad ng pressure pipelines at high-voltage risers—ay nakakaapekto sa operational performance. Ang stress analysis ng thin-walled pressure-bearing pipeline structures ay dapat gawin gamit ang sumusunod na formula upang kalkulahin ang circumferential normal stress σₜ sa longitudinal cross-section ng pipe:
σₜ = ρD / (2δ),
kung saan: ρ ang internal pressure ng pipe; D ang inner diameter ng pipe; at δ ang wall thickness ng pipe. Habang nagbabago ang voltage level, ang mas malaking diameter bushings ang inuuna para sa mas mataas na voltage levels, habang ang mas maliit na diameter bushings ay sapat para sa mas mababang voltage levels.

2.2 Paglilinaw ng Gas Electrical Contact Characteristics
Para sa UHV gas-insulated transmission equipment, ang pangunahing gases na ginagamit ay kinabibilangan ng SF₆, nitrogen-oxygen mixtures, at N₂. Dapat palakasin ang pagsasaliksik sa mga gases na ito upang maunawaan ang kanilang mga pagkakaiba sa electrical contact characteristics. Para sa strap-type contact fingers, ang SF₆ maaaring gamitin bilang insulating medium upang makapaglabas ng buo ng kanyang excellent arc-quenching at insulation properties. Ang total contact resistance (Rₜ) ay ginagamit upang ilarawan ang electrical behavior ng current-carrying structures:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
kung saan: Rₚ ang bulk resistance; R꜀₁ ang contact resistance ng upper electrode; at R꜀₂ ang contact resistance ng lower electrode. Sa gayo, naunawaan na ang dielectric strength ng SF₆ depende sa gas pressure—the mas mataas ang pressure, mas mataas ang dielectric strength.

2.3 Optimization ng Electric Field Gap Design
Sa proyektong ito, ang internal electric field ay medyo hindi pantay, na may non-uniformity coefficient ng humigit-kumulang 1.7. Kung may lightning impulse withstand voltage conditions sa lugar, ito ay magdudulot ng dagdag na stress sa transmission lines, na may impulse coefficient ng 1.25. Una, batay sa power frequency at lightning impulse withstand voltage conditions sa rehiyon, ang peak value ay dapat matiyak sa loob ng range ng 1.6–1.7 upang masiguro ang walang problema ang operasyon ng UHV gas-insulated transmission equipment.

Sa pag-unawa sa coaxial cylindrical structure, ang electric field strength E(x) sa rehiyon ay maaaring ikalkula upang matukoy ang mga scenario na nangangailangan ng optimization:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
kung saan: x ang layo sa pagitan ng conductor at enclosure; U ang voltage na inapply sa electrode; R ang inner radius ng enclosure; at r ang outer radius ng central conductor. Ito ay nagbibigay-daan upang masusukat kung maaaring masira ang surface ng central conductor sa ilalim ng maximum field strength. Ang safety ng electric field ay dapat kontrolin, at ang mechanical performance ay dapat paigtingin.

Sa panahon ng setup ng electric field infrastructure, ang aktwal na load-bearing capacity ng UHV gas-insulated transmission equipment ay dapat ipagtibay sa lebel ng pundasyon, at ang stress calculations ay dapat matapos:
P = A × F,
kung saan: P ang load-bearing capacity ng equipment; A ang cross-sectional area ng transmission tower; at F ang material strength. Bukod dito, kung ang pundasyon ay binubuo ng silty clay, ang subgrade ay dapat icompact bago magpatuloy sa overhead line installation.

Sa pamamagitan ng optimized design na inaalamin ang product structure at manufacturing capabilities, maaaring masiguro ang mataas na insulation performance sa ilalim ng lightning impulse conditions. Pangalawa, kung ang gas compartment ay mahaba, ang pag-install ng UHV gas-insulated transmission equipment ay naging mahirap. Sa mga kaso na ito, ang lokal na operating gas pressure maaaring itakda sa 0.4–0.5 MPa sa pamamagitan ng field strength design, na nagpapahintulot sa conductive particles na normal na gumana sa ilalim ng electric field influence nang hindi nagpapadala ng partial discharge o gas gap breakdown.

Sa huli, batay sa partikular na kondisyon ng UHV gas-insulated equipment, ang labas na diameter ng conductor rod ay dapat na disenyan bilang 130 mm, at ang panloob na diameter ng enclosure bilang 480 mm. Kailangan din na bigyan ng pansin ang plug-in section: ang thickness ng pader ay dapat na itakda sa 30–40 mm, at ang clearance ay dapat na <1 mm. Kung ang outer chamfer radius ng plug-in area ay itatakda sa 5 mm, mas mabuti ang pag-unawa sa variation ng electric field strength—mas mataas na field strength malapit sa chamfer ay tumutugon sa mas malaking radius, habang mas mababang field strength ay tumutugon sa mas maliit na radius. Sa ilalim ng premise ng kontrol sa lokal na electric field concentration, kailangan pang iwasan ang excessive field strength sa gap, nagbibigay ng preliminary electrical connection design para sa UHV gas-insulated equipment at nasasagisag ang mga requirement ng electric field signal distribution.

2.4 Rational Insulator Design
Dahil ang mga insulator sa UHV gas-insulated equipment ay gumagana kasama ang lupa, mas mababa ang kanilang flashover voltage kaysa sa gap breakdown voltage, kaya sila ay isang mahina na punto sa electrical insulation. Kaya, kailangan pang palakasin ang mga pag-aaral sa gap, at unawain ang field strength sa ilalim ng lightning impulse conditions upang maayos na disenyan ang mga insulating components.

2.4.1 Enhanced Control of Insulator Field Strength
Batay sa kondisyon ng proyekto, ang aming kompanya ay nagsagawa ng pag-aaral sa mga flashover phenomena sa ibabaw ng insulator, kasama ang epekto ng materyales, estruktura, at surface charge ng insulator. Kailangan din na iwasan ang metal particle contamination. Ang isang rational structure para sa UHV gas-insulated equipment ay sinisiguro sa pamamagitan ng pagsasama ng SF₆ gas, insulating materials, at embedded components. Batay sa nakaraang karanasan sa disenyo ng insulator, ang field strength sa panahon ng operasyon ay maaaring limitado sa kalahati ng normal na operating electric field gap. Para sa pure SF₆-insulated equipment, ang operating gas pressure ay maaaring panatilihin sa 0.4–0.5 MPa.

Ang vertical electric field strength (Eₛ) ay maaaring ikalkula gamit ang:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
kung saan ang p ay ang gas pressure. Kaya, depende sa withstand voltage ng equipment, ang disenyo ng field strength sa ibabaw ng central conductor ay maaaring kontrolin sa loob ng 19.9–24.5 kV/mm, habang ang insulator surface field strength ay hindi dapat lumampas sa 10 kV/mm. Tiyak na ang mga insulator ay internal na embedded sa electric field upang maiwasan ang abrupt na pagtaas ng field sa ilalim ng impluwensya ng UHV, binabawasan ang panganib ng insulation failure at pinapahintulot ang long-term application ng UHV gas-insulated transmission equipment sa proyekto.

2.4.2 Optimized Basin-Type Insulator Design
Matapos maunawaan ang mahirap na terreno ng proyekto at ang pangangailangan para sa electric field simulation, ang basin-type insulator design ay dapat na palakihin—partikular na sa pamamagitan ng pag-alamin ng shielding electrodes. Ang estrukturang ito ay nagbibigay ng kakayahan na mapag-aralan ang electric field intensity malapit sa high-voltage conductor side ng insulator. Kung mataas ang field strength, ang maximum value sa convex surface ay natuklasan na 12.7 kV/mm at 13 kV/mm sa concave surface; lumampas dito ay nagpapahiwatig ng abnormal na operasyon. Kapag mataas ang electric field intensity malapit sa insulator, ang maximum power frequency operating voltage ay dapat na panatilihin sa ilalim ng 3.4 kV/mm. Ang pag-install ng shielding electrodes sa basin-type insulators ay lalo pang optimizes at simulates ang electric field.

Batay sa mga dating electrical connection methods, ang laki ng shielding electrode ay dapat na maingat na kontrolin, at ang electrical plug-in connector ay dapat na iposisyon sa chamfer ng basin-type insulator upang i-emphasize ang kanyang electrode shielding effect, kaya nagpapabuti ng electric field distribution ng UHV gas-insulated transmission equipment.

3. Conclusion
Upang tugunan ang comprehensive development requirements ng mga power enterprises, ang aming kompanya ay dapat na palakihin pa ang pag-aaral sa UHV gas-insulated transmission equipment. Batay sa partikular na operating conditions, ang mga problema ay dapat na analisin at tugunan sa pamamagitan ng mga pamamaraan tulad ng pagtatatag ng contact resistance model, pag-verify ng bus duct at conductor stress, paglilinaw ng gas electrical contact characteristics, pag-optimize ng electric field gap design, at rational na pag-disenyo ng insulators—kaya nagpapahaba ng service life ng equipment.