Дослідження ультрависоконапругового газозаповненого обладнання для передачі електроенергії

З метою активного відгуку на вимоги розвитку енергетичної галузі наша компанія зосередилася на детальному дослідженні помилок у будівництві мереж у певному регіоні та надала операційну та технічну підтримку для проектів передачі та перетворення ДВУЕ високохідних регіонах шляхом встановлення та оптимізації проектів конструкторських рішень для обладнання ДВУЕ. Загальна площа будівництва становить 2 541,22 м², чиста площа — 2 539,22 м². Геологічні пласту на місці будівництва, починаючи з верхнього, складаються з лувовидного грунту, лува, палеопочви та супесчаного грунту — чотирьох слоїв основного грунту. Геологія є складною і довго була під впливом висотних факторів, що може легко призводити до аварій на лініях передачі.

У цьому контексті наша компанія провела обчислення проекту та визначила, що коефіцієнт забудови проекту становить 61,48%, а глибина рівня грунтових вод коливається від 8,8 до 8,9 м, що має певний ступінь корозійності для бетонних конструкцій проекту. Наша компанія зосереджується на проекті передачі та перетворення напруги 110 кВ, масштаб будівництва якого наведено в таблиці 1.

Таблиця 1: Масштаб будівництва проекту передачі ДВУЕ

Крім того, наша компанія також має більш уважно враховувати діапазон стійкості до тиску ультрависоконапінного газозаповненого обладнання та раціонально застосовувати підставки-ізолятори та чашеподібні ізолятори, щоб забезпечити довготривалу стабільну роботу трансформаторів.

1. Розробка моделі контактного опору
Оскільки при проведенні цього проекту може виникнути перенавантаження струму через провідні проводники, необхідно уникнути формування контактних точок. Це можна досягти шляхом поглиблення розуміння області контактних точок та володіння поведінкою зменшення шляхів струму [1]. Тим самим, посилюючи на місці спостереження, щоб зрозуміти зміни навколишніх ліній струму, можна аналізувати на мікроскопічному рівні розподіл поверхні землі, заземлюючий струм, джерело живлення та віддалені бездротові точки, що дозволяє повноцінно зрозуміти проблеми нерівномірності, які виникають на контактних поверхнях, як показано на рисунку 1.

Створюючи модель контакту, ця робота, у поєднанні з застосуванням ультрависоконапінного газозаповненого обладнання, визначає фактичний зменшений опір однієї контактної точки як:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
де: Re представляє зменшений опір однієї контактної точки; ρ₁ та ρ₂ - удельні опори контактних матеріалів; а α - радіус контактної точки.

Таким чином, величину контактного опору можна точно проаналізувати за допомогою методу корекції на основі контуру стрічкових контактних пальців. Крім того, вивчаючи параметри матеріалів ізоляційного передавального обладнання в контактній зоні, можна визначити, який матеріал слід використовувати для з'єднання, як показано в таблиці 2.

Давня область витриваності до стиснення устаткування передачі електроенергії з надвисокою напругою (UHV) з газовою ізоляцією становить 1000 кВ, з максимальною витривалістю до напруги 1683 кВ, забезпечуючи безпеку передачі електроенергії. Її пропускна спроможність може досягати 2,4-5 разів більше, ніж у 500 кВ передачі електроенергії з екстремально високою напругою (EHV). Використовується чистий газ SF₆ як ізоляційна середа, з тиском заповнення 0,3–0,4 МПа. У другому поколінні GIL (газово-ізольовані лінії) використовується суміш 20% SF₆ та 80% N₂ за об'ємною часткою як ізоляційна середа, з тиском заповнення 0,7–0,8 МПа. Також може бути використаний сухий та чистий стислий повітряний газ як середа, з тиском заповнення 1–1,5 МПа. Тому вибір ізоляційного газу має бути визначений згідно з наявними умовами, щоб забезпечити стабільну роботу устаткування передачі електроенергії з UHV в проекті. Робочий тиск газу також може бути відповідно збільшений, а методи підвіски можуть бути використані, щоб забезпечити прийнятність устаткування для поточної рівні UHV напруги.

Персонал також повинен приділяти особливу увагу стану з'єднань основних матеріалів у UHV газово-ізольованому устаткуванні для передачі електроенергії, щоб підвищити їхню несучу здатність. Також слід обчислити довготу основних конструктивних елементів:
λ₀ = kL₀ / r,
де: λ₀ — довгота з'єднаного основного елемента; k — коефіцієнт коригування; L₀ — довжина основного елемента UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії; r — радіус інерції основного елемента.

2.Міри застосування UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії

2.1 Перевірка напруженості шинопроводу та провідника
При застосуванні UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії, також слід враховувати стан напруженості трубчастого шинопроводу. Внутрішній тиск становить 0,6 МПа, а центральне підйомне значення шинопроводу становить 7,7 м. У наявній зовнішній системі передачі максимальна відстань між двома опорами становить 12 м. Зовнішня сила, що діє на провідник, також становить 0,6 МПа, а допустима напруженість обох компонентів становить 110 МПа. Крім того, система передачі фіксується через трикутні опорні ізолятори та провідники.

Спочатку зовнішній діаметр шинопроводу становить 500 мм, а зовнішній діаметр провідника становить 160 мм. Якщо присутній внутрішній тиск, зовнішній діаметр повинен залишатися незмінним, а товщина стінки має бути відповідно збільшена — з 5 мм до 20 мм. На основі кривої зміни напруженості від товщини стінки початкова напруженість шинопроводу становить 18,45 МПа, що становить 16,71% від допустимої напруженості матеріалу; початкова напруженість провідника становить 3,45 МПа, що становить 3,71% від його допустимої напруженості. Це свідчить про те, що при незмінному зовнішньому діаметрі товщина стінки значно впливає на реакцію на тиск, особливо впливаючи на першу головну напруженість труби. Внутрішній тиск змінює значення напруженості конструкції труби — особливо для тонкостінних труб, і методи оцінки GIL можуть бути використані для визначення, чи впливає тиск на шинопровід та провідник.

По-друге, труби, що витримують тиск, у UHV газово-ізольованому устаткуванні для передачі електроенергії, такі як труби під тиском та високовольтні вертикальні труби, впливають на робочі характеристики. Аналіз напруженості конструкцій тонкостінних труб, що витримують тиск, повинен проводитися за наступною формулою для обчислення нормального напруження σₜ на поперечному перерізі труби:
σₜ = ρD / (2δ),
де: ρ — внутрішній тиск труби; D — внутрішній діаметр труби; δ — товщина стінки труби. При зміні рівня напруги для більших напруг вибираються бушінги з більшим діаметром, а для нижчих напруг достатньо бушінгів з меншим діаметром.

2.2 Посилення характеристик електричного контакту газу
Для UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії основні використовувані гази включають SF₆, суміш азоту та кисню, а також N₂. Дослідження цих газів повинно бути посилено, щоб зрозуміти їхні відмінності в характеристиках електричного контакту. Для контактних пальців типу ремінь SF₆ може бути використаний як ізоляційна середа, щоб повністю скористатися його відмінними властивостями гасіння дуги та ізоляції. Повне контактне опір (Rₜ) використовується для опису електричного поведінки провідних конструкцій:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
де: Rₚ — об'ємний опір; R꜀₁ — контактний опір верхнього електрода; R꜀₂ — контактний опір нижнього електрода. Таким чином, зрозуміло, що диелектрична стійкість SF₆ залежить від тиску газу — чим вищий тиск, тим більша диелектрична стійкість.

2.3 Оптимізація проектування проміжків електричного поля
У цьому проекті внутрішнє електричне поле трохи неоднорідне, з коефіцієнтом неоднорідності близько 1,7. Якщо в регіоні існують умови витривалості до грозового імпульсу, вони збільшать напруженість на лініях передачі, з імпульсним коефіцієнтом 1,25. Спочатку, на основі умов витривалості до напруги мережевої частоти та грозового імпульсу в регіоні, пікове значення повинно бути підтверджено в діапазоні 1,6–1,7, щоб забезпечити безперебійну роботу UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії.

Зрозумівши коаксіальну циліндричну структуру, можна обчислити напруженість електричного поля E(x) в регіоні, щоб визначити ситуації, які потребують оптимізації:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
де: x — відстань між провідником та оболонкою; U — напруга, прикладена до електрода; R — внутрішній радіус оболонки; r — зовнішній радіус центрального провідника. Це дозволяє оцінити, чи може бути пошкоджена поверхня центрального провідника при максимальній напруженості поля. Безпека електричного поля повинна бути контролювана, а механічні характеристики — підвищені.

Під час встановлення інфраструктури електричного поля фактична несуча здатність UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії повинна бути перевірена на рівні основи, а обчислення напруженості завершені:
P = A × F,
де: P — несуча здатність устаткування; A — площа перерізу вежі передачі; F — сила матеріалу. Крім того, якщо основа складається з піщано-глинистої суміші, підґрунтя повинно бути утрамбоване перед встановленням підвіски.

Шляхом оптимізації проектування з урахуванням конструкції продукту та виробничих можливостей можна забезпечити високу ізоляційну продуктивність у умовах грозового імпульсу. По-друге, якщо камера газу довга, встановлення UHV газово-ізольованого устаткування для передачі електроенергії стає складним. У таких випадках, локальний робочий тиск газу може бути встановлений на рівні 0,4–0,5 МПа через проектування напруженості, що дозволяє провідним частинкам нормально працювати під впливом електричного поля без викликання локального розряду або пробою газового проміжку.

Нарешті, з урахуванням специфічних умов для високонапінного газозаповненого обладнання, зовнішній діаметр провідного стержня має бути розроблений як 130 мм, а внутрішній діаметр корпуса - 480 мм. Також слід звернути увагу на роз'ємний вузол: товщина стіни повинна бути встановлена ​​в межах 30-40 мм, а зазор - менше 1 мм. Якщо радіус нарізки зовнішньої частини роз'ємного вузла становить 5 мм, можна краще зрозуміти зміну напруженості електричного поля - більша напруженість електричного поля біля нарізки відповідає більшому радіусу, а менша напруженість - меншому радіусу. Під час контролю локальної концентрації електричного поля необхідно запобігти надмірній напруженості електричного поля в зазорі, що дозволяє розробити початковий проект електричного з'єднання для високонапінного газозаповненого обладнання і задовольнити вимоги до розподілу сигналів електричного поля.

2.4 Розумне проектування ізоляторів
Оскільки ізолятори високонапінного газозаповненого обладнання працюють вздовж землі, їхня напруга пробою нижча, ніж напруга пробою зазору, що робить їх слабким місцем електричної ізоляції. Тому необхідно підкріпити розгляд зазорів і зрозуміти напруженість електричного поля при ударах блискавки, щоб правильно спроектувати ізоляційні компоненти.

2.4.1 Покращений контроль напруженості електричного поля ізолятора
На основі умов будівництва проекту наша компанія вивчила явища пробою поверхні ізоляторів, включаючи вплив матеріалу, конструкції і поверхневого заряду ізоляторів. Також необхідно уникати забруднення металевими частинками. Розумна конструкція високонапінного газозаповненого обладнання забезпечується за допомогою поєднання газу SF₆, ізоляційних матеріалів та вбудованих компонентів. Використовуючи минулі досвіди проектування ізоляторів, напруженість електричного поля під час роботи можна обмежити до половини нормальної операційної напруги електричного поля. Для чистого обладнання, ізольованого газом SF₆, операційний тиск газу можна підтримувати на рівні 0,4-0,5 МПа.

Вертикальну напруженість електричного поля (Eₛ) можна розрахувати за формулою:
Eₛ = 45,5p + 1,7,
де p - тиск газу. Таким чином, в залежності від напруги стійкості обладнання, проектна напруженість електричного поля на поверхні центрального провідника може бути контролювана в межах 19,9-24,5 кВ/мм, а напруженість електричного поля на поверхні ізолятора не повинна перевищувати 10 кВ/мм. Забезпечуючи, що ізолятори вбудовані всередину електричного поля, можна запобігти гострим збільшенням напруженості електричного поля під впливом високих напруг, зменшуючи ризик порушення ізоляції і дозволяючи довготривале використання високонапінного газозаповненого обладнання для передачі електроенергії в рамках проекту.

2.4.2 Оптимізація конструкції ізолятора типу "чаша"
З урахуванням складного рельєфу проекту та потреби в симуляції електричного поля, конструкцію ізолятора типу "чаша" необхідно покращити, зокрема, виключивши екранируючі електроди. Ця конструкція дозволяє спостерігати за інтенсивністю електричного поля поблизу сторони високого напруги ізолятора. Якщо напруженість електричного поля висока, максимальне значення на опуклій поверхні становить 12,7 кВ/мм, а на увігнутій поверхні - 13 кВ/мм; перевищення цих порогів свідчить про аномальну роботу. Коли інтенсивність електричного поля поблизу ізолятора висока, максимальна напруга промислової частоти повинна бути тримана нижче 3,4 кВ/мм. Встановлення екранируючих електродів на ізоляторах типу "чаша" додатково оптимізує і симулює електричне поле.

Слідувати попереднім методам електричного з'єднання, розмір екранируючого електрода повинен бути тщательно контролюватися, а електричний роз'ємний з'єднувач повинен бути розташований на нарізці ізолятора типу "чаша", щоб підкріпити його електродний ефект екранування, що покращує розподіл електричного поля високонапінного газозаповненого обладнання для передачі електроенергії.

3. Висновок
Для задоволення комплексних вимог розвитку енергетичних підприємств, наша компанія повинна подальшо підсилювати дослідження високонапінного газозаповненого обладнання для передачі електроенергії. На основі конкретних умов роботи проблеми повинні аналізуватися і вирішуватися шляхом встановлення моделі контактного опору, перевірки напруженості шинного каналу та провідного стержня, уточнення характеристик електричного контакту газу, оптимізації проектування електричного поля та раціонального проектування ізоляторів - таким чином, продовжуючи термін служби обладнання.