Ottimizzazione del Disconnettore a Serbatoio Chiuso: Bilanciamento della Tensione e Controllo della Sicurezza del Campo Elettrico Guidati da Simulazioni 3D

I. Diagnosi del problema: meccanismi di squilibrio di tensione e studi di caso empirici

La razionalità della configurazione di gradazione della tensione influenza direttamente la capacità di interruzione e l'affidabilità dell'isolamento degli interruttori ad alta tensione a serbatoio morto. A causa della notevole capacità parassita verso terra inerente alle strutture a serbatoio morto, la distribuzione della tensione tra le interruzioni è spesso ineguale; la tensione all'intermittenza dell'estremità ad alta tensione può superare il 70%. Attualmente, l'industria soffre per una ricerca insufficiente sulle configurazioni di gradazione e una scelta irrazionale dei condensatori. Questo spesso porta a un'eccessiva intensità del campo elettrico nei punti di connessione metallica, innescando scariche parziali (PD) e accorciando la durata di vita dell'equipaggiamento.

Caso tipico: Un progetto di energia ha utilizzato un interruttore a vuoto a tripla interruzione a 126kV a serbatoio morto. Inizialmente, è stata utilizzata una configurazione bilaterale di condensatori di gradazione. Dopo la messa in servizio, le simulazioni del campo elettrico hanno rivelato un grave squilibrio nella distribuzione della tensione: l'intermittenza dell'estremità ad alta tensione rappresentava il 74% della tensione, quella centrale il 19% e quella dell'estremità a bassa tensione solo il 7%. Inoltre, l'intensità massima del campo elettrico nei punti di connessione metallica ha raggiunto 18kV/mm, ben al di sopra della soglia di sicurezza di ≤3kV/mm. Dopo sei mesi di funzionamento, è stato rilevato un rumore anomalo di PD nell'interruttore dell'estremità ad alta tensione. Si è confermato che la configurazione di gradazione impropria ha causato una concentrazione del campo elettrico, che, se non affrontata, avrebbe portato all'invecchiamento dell'isolamento e al fallimento dell'interruzione.

II. Ottimizzazione precisa: ricostruzione del sistema di gradazione guidata dalla simulazione 3D

Concentrandosi sull'ottimizzazione della gradazione e sull'ulteriore miglioramento della distribuzione della tensione, e considerando le caratteristiche delle strutture a serbatoio morto, viene adottato un approccio tridente - selezione della configurazione, abbinamento della capacità e sinergia strutturale - per risolvere i problemi centrali:

• Ottimizzazione della struttura di configurazione di gradazione: La priorità viene data alle configurazioni di condensatori di gradazione cilindrici, che offrono il miglior effetto di gradazione. Questo può controllare l'intensità massima del campo elettrico nei punti di connessione metallica entro 3kV/mm, migliorando efficacemente la distribuzione della tensione e assicurando che l'intermittenza dell'estremità ad alta tensione rimanga in un intervallo ragionevole.

• Abbinamento preciso della capacità di gradazione: Combinando la modellazione di simulazione del campo elettrico 3D per diversi livelli di tensione (ad esempio, 126kV, 252kV) e quantità di interruzioni, viene calcolata la capacità di gradazione ottimale. Questo evita che una capacità impropria influisca sulla ripresa dielettrica dell'interruttore e garantisce che l'uniformità della distribuzione della tensione tra le interruzioni sia migliorata oltre il 90%.

• Ottimizzazione sinergica strutturale: Le barre conduttrici interne e i coperchi schermanti dell'interruttore vengono ottimizzati per ridurre la capacità parassita verso terra, ulteriormente migliorando la distribuzione della tensione. Gli interruttori utilizzano contatti in lega rame-cromo (CuCr) per migliorare le prestazioni di spegnimento dell'arco, che, in coordinazione con la configurazione di gradazione, garantiscono un'interruzione affidabile sotto l'impatto della corrente di cortocircuito.

III. Verifica dell'efficacia: doppia conformità nella bilanciatura della tensione e nella sicurezza del campo elettrico

L'implementazione di questo schema risolve efficacemente i problemi di configurazioni di gradazione irrazionali e distribuzione ineguale della tensione, eliminando le PD causate dalla concentrazione del campo elettrico. Basandosi sull'esperienza pratica di retrofitting, la distribuzione della tensione tra le interruzioni rimane equilibrata dopo l'ottimizzazione, l'intensità del campo elettrico nei punti di connessione metallica soddisfa gli standard di sicurezza e non si verificano fenomeni di PD. La capacità di interruzione e l'affidabilità dell'isolamento dell'equipaggiamento sono significativamente migliorate, estendendo efficacemente la sua durata di vita.

Dettagli del caso di successo:Interruttore a 126kV a serbatoio morto: eliminazione delle PD tramite ridisegno del condensatore di gradazione ottimizzato da simulazione 3D. Uniformità della tensione 93%, E-field <2,6kV/mm, zero PD in 24 mesi.-Rockwill