Оптимізація вимикача у мертвій камері: балансування напруги та керування безпекою електричного поля на основі 3D-моделювання

I. Диагностика проблем: механізми дисбалансу напруги та емпіричні випадки

Розуміння розподілу напруги має прямий вплив на здатність до розриву та надійність ізоляції високонапіжних об'ємних вимикачів. Через значну стрибкоподібну ємність до землі, яка є властивою об'ємним конструкціям, розподіл напруги між розривами часто нерівномірний; напруга на розриві високого напруги може перевищувати 70%. На даний момент у галузі недостатньо досліджень щодо конфігурацій розподілу та раціонального вибору ємності. Це часто призводить до надмірної сили електричного поля в точках металевих з'єднань, що викликає локальні випробоювання (PD) та скорочення терміну служби обладнання.

Типовий випадок: У проекті енергетики було використано об'ємний трирозривний вакуумний вимикач на 126 кВ. Спочатку була використана двостороння конфігурація ємності розподілу. Після пуску в експлуатацію симуляції електричного поля показали серйозний дисбаланс у розподілі напруги: розрив високого напруги становив 74% напруги, середній розрив - 19%, а нижній розрив - лише 7%. Крім того, максимальна сила електричного поля в точках металевих з'єднань досягла 18 кВ/мм, що значно перевищує безпечний поріг ≤3 кВ/мм. Після шести місяців роботи було виявлено аномальний шум PD у високонапіжному розриві. Було підтверджено, що неправильна конфігурація розподілу спричинила концентрацію електричного поля, яка, якщо залишити її без уваги, призведе до старіння ізоляції та невдалого розриву.

II. Точна оптимізація: реконструкція системи розподілу, спричинена 3D-симуляцією

Осьновуючись на оптимізації розподілу та покращенні розподілу напруги, враховуючи особливості об'ємних конструкцій, використовується триступенева підход - вибір конфігурації, відповідність ємності та структурна синергія - для вирішення ключових питань:

• Оптимізація структури конфігурації розподілу: Віддається перевага циліндричним конфігураціям ємності розподілу, які забезпечують найкращий ефект розподілу. Це може контролювати максимальну силу електричного поля в точках металевих з'єднань до 3 кВ/мм, ефективно покращуючи розподіл напруги та забезпечуючи, що розрив високого напруги залишається в розумних межах.

• Точна відповідність ємності розподілу: Застосовуючи 3D-моделювання електричного поля для різних рівнів напруги (наприклад, 126 кВ, 252 кВ) та кількості розривів, розраховується оптимальна ємність розподілу. Це запобігає впливу неправильної ємності на діелектричне відновлення вимикача та забезпечує, що рівномірність розподілу напруги між розривами покращується до більше 90%.

• Структурна синергійна оптимізація: Внутрішні провідні валки та екрануючі кришки вимикача оптимізуються, щоб зменшити стрибкоподібну ємність до землі, що далі покращує розподіл напруги. Вимикачі використовують контактні поверхні з мідно-хромового (CuCr) сплаву для поліпшення властивостей гасіння дуги, що, у поєднанні з конфігурацією розподілу, забезпечує надійний розрив при впливі коротких замикань.

III. Перевірка ефективності: подвійна відповідність у рівноважному розподілі напруги та безпеці електричного поля

Застосування цієї схеми ефективно вирішує проблеми нерозумних конфігурацій розподілу та нерівномірного розподілу напруги, еліминуючи PD, спричинені концентрацією електричного поля. На основі практичного досвіду модернізації, розподіл напруги між розривами залишається рівноважним після оптимізації, сила електричного поля в точках металевих з'єднань відповідає стандартам безпеки, і не відбуваються явища PD. Здатність до розриву та надійність ізоляції обладнання значно покращуються, що ефективно продовжує його термін служби.

Деталі успішного випадку:Поління PD у вимикачу на 126 кВ через оптимізацію ємності розподілу за допомогою 3D-симуляції. Рівномірність напруги 93%, E-поле <2.6 кВ/мм, нульовий PD протягом 24 місяців.-Rockwill