220 kV transformatoriaus tarpinių ričių pagrindinė izoliacijos spraga: elektrinio lauko analizė ir tobulinimo strategijos

Įvadas

Aukštos įtampos elektros energijos perdavimo srityje 220 kV transformatoriai atlieka itin svarbų vaidmenį užtikrinant efektyvų energijos paskirstymą. pagrindinis izoliacijos tarpastarp transformatoriaus apvijų yra vienas iš svarbiausių konstrukcijos elementų, tiesiogiai veikiančių transformatoriaus patikimumą, ilgaamžiškumą ir našumą. Būdami transformatorių technologijų rinkos lyderiais, pripažįstame, kad optimali izoliacijos konstrukcija yra nepaprastai svarbi norint atlaikyti didelius elektros įtempius, įskaitant nuolatinės darbinės įtampos, žaibo impulsaiir perjungimo viršįtampių.

Šiame straipsnyje nagrinėjamos sudėtingos elektrinio lauko analizės metodikos ir praktinės 220 kV transformatorių tarpinių ričių izoliacijos tarpų tobulinimo strategijos. Naudodami pažangias modeliavimo technologijas ir novatoriškus projektavimo principus, galime žymiai pagerinti transformatoriaus izoliacijos charakteristikas, užtikrindami puikų veikimą net ir sudėtingiausioje aplinkoje.

Pagrindinės izoliacijos pagrindai 220 kV transformatoriuose

Pagrindinis izoliacijos tarpas tarp apvijų 220 kV transformatoriuose tarnauja kaip pirminis dielektrinis barjeras, apsaugantis nuo elektros gedimų tarp aukštos ir žemos įtampos ričių. Ši izoliacijos sistema turi atlaikyti ne tik standartines eksploatavimo sąlygas, bet ir įvairias viršįtampių scenarijaikurie atsiranda tinklo sutrikimų metu.

220 kV taikymuose izoliacijos tarpui paprastai naudojamas daugiabarjerė sistemasudarytas iš presuoto kartono cilindrų arba įvyniojimų, kurie padalija tarpą į kelis mažesnius alyvos kanalus. Šis metodas žymiai pagerina dalinio išlydžio pradinė įtampa(PDIV) ir neleidžia susidaryti laidžių priemaišų tilteliams tarp apvijų. Pagrindinė konstrukcija atitinka „plono popierinio vamzdžio, mažo alyvos tarpo“ principą, kai barjerinės presuotos plokštės paprastai yra 2 mm storio, o alyvos tarpai tarp barjerų svyruoja nuo 6 iki 10 mm.

Elektrinio lauko pasiskirstymas šiuose tarpuose yra toli gražu ne vienodas, įtempių koncentracijosatsirandantys apvijų kraštuose, laidininkų lenkimuose ir izoliacijos sąsajose. Netinkamai optimizavus konstrukcijos, šios lokalizuotos didelės įtampos sritys gali sukelti dalinius išlydžius, dėl kurių izoliacija gali palaipsniui degraduoti ir netgi sugesti.

Elektrinio lauko analizės metodai

Baigtinių elementų metodo (FEM) modeliavimas

Šiuolaikinis izoliacijos dizainas labai priklauso nuo baigtinių elementų analizė(FEA) tiksliam elektrinio lauko kartografavimui. Padalinus izoliacijos geometriją į tūkstančius atskirų elementų, FEM gali apskaičiuoti potencialus pasiskirstymasir lauko stiprumassu nepaprastu tikslumu. 220 kV transformatoriams ši analizė paprastai sutelkiama į tris svarbias sritis: viršutinės dalies izoliacija, vidurinė dalis tarp apvijųir apatinio galo izoliacija.

Mūsų modeliavimas rodo, kad didžiausias elektrinio lauko intensyvumas 220 kV transformatoriuose paprastai būna ties vidinis kampų paviršiusaukštos įtampos apvijų, ypač šalia linijų galinių ruožų. Atliekant žaibo impulsinius bandymus (1050 kV 220 kV sistemoms), šiose vietose lauko stipris gali viršyti 8–9 kV/mm ir artėti prie izoliacinių medžiagų pramušimo ribos.

Kritinių įtempių zonų nustatymas

Atlikę išsamią elektrinio lauko analizę, nustatėme keletą kritinių įtempių zonų, kurioms reikia skirti ypatingą dėmesį 220 kV transformatoriuose:

• Vingiuotų kraštų regionaiAštrūs kampai vingiuotuose galuose sukuria didelę lauko koncentraciją, todėl reikalingi specialūs lyginimo metodai.
• Kietosios ir skystosios izoliacijos sąsajaDėl skirtingų presuoto kartono ir alyvos dielektrinių savybių jų sąsajose sustiprėja laukas.
• Švino išėjimo zonosPerėjimo taškuose, kur aukštos įtampos laidai išeina iš apvijų, lauko pasiskirstymas yra ypač sudėtingas, todėl reikia atlikti trimatę analizę.

220 kV transformatoriams didžiausias elektrinio lauko stipris impulsinės įtampos sąlygomis paprastai būna pirmuosiuose diskuose netoli linijos galo ir susikertančių bei paprastų diskų sandūros taškuose. Šiose vietose reikalingos sustiprintos izoliacijos priemonės, kad būtų išvengta priešlaikinio gedimo.

Pagrindinių izoliacijos tarpų gerinimo strategijos

Geometrinis optimizavimas

Elektrodų formavimasyra viena iš efektyviausių strategijų, kaip pagerinti lauko pasiskirstymą. Pakeičiant aštrius kampus lenkti profiliaiir įgyvendinant toroidiniai elektrodai, galime sumažinti maksimalų lauko stiprumą iki 30–40 %. 220 kV transformatoriams tai apima:

• Statiniai galiniai žiedai(SER) apvijų gnybtuose, kad būtų sukurti sklandesni potencialo gradientai.
• Kampiniai žiedaisu profiliais, kurie artimi ekvipotencialinėms linijoms, žymiai sumažinant tangentinius įtempius išilgai presuoto kartono paviršių.
• Streso kūgiaikritinėse sąsajose, siekiant kontroliuoti lauko divergenciją ir sumažinti koncentracijas.

Ypač svarbus yra kreivumo spindulio optimizavimas – padidinus laidininkų ir statinių žiedų kampų spindulį, galima smarkiai sumažinti lauko intensyvinimą (lauko stiprumas ∝ 1/spindulys).

Pažangios izoliacinės medžiagos

Medžiagų parinkimas vaidina lemiamą vaidmenį gerinant izoliacijos savybes. Mūsų 220 kV transformatoriuose naudojami:

• Didelio tankio presuotas kartonassu pagerintu matmenų stabilumu ir didesniu dielektriniu stiprumu.
• Termiškai atnaujinti popieriaipasižymi puikiu šiluminiu atsparumu, išlaikant dielektrines savybes aukštoje temperatūroje.
• Nanokompozitu sustiprintos medžiagoskur į epoksidinę dervą arba alyvą pridėtos nanodalelės (SiO₂, Al₂O₃) pagerina dielektrinį stiprumą 20–30 % ir padidina šilumos laidumą.

Šios pažangios medžiagos leidžia sukurti kompaktiškesnes izoliacijos konstrukcijas, išlaikant ar net pagerinant patikimumo ribas. Pavyzdžiui, nanokompozitinių izoliacijos sistemų įdiegimas gali pailginti izoliacijos tarnavimo laiką 20–30 %, palyginti su įprastomis medžiagomis.

Izoliacijos sistemos konfigūracija

Optimizavus izoliacijos komponentų fizinį išdėstymą, gaunami reikšmingi patobulinimai:

• Laipsniškos izoliacijos sistemoskur izoliacijos storis kinta priklausomai nuo įtampos pasiskirstymo išilgai apvijos.
• Barjerų išdėstymo optimizavimasNaudojant baigtinių elementų (FEM) analizę, siekiant nustatyti optimalias presuotojo kartono padėtis, kurios sumažina maksimalius alyvos tarpo įtempius.
• Naftos kanalų dydžių nustatymaskuris subalansuoja elektros reikalavimus (mažesni tarpai didesniam PDIV) su aušinimo poreikiais (tinkamas alyvos srautas).

220 kV transformatoriams nustatėme, kad įterpto vyniojimo būdaiKai įpylimo procentas viršija 65–70 %, impulsinės įtampos pasiskirstymas žymiai pagerėja, o pirmųjų kelių diskų įtempimas sumažėja iki 50 %, palyginti su įprastiniais modeliais.

Atvejo analizė: sėkmingas įdiegimas 220 kV transformatoriuje

Mūsų neseniai įgyvendintas projektas, susijęs su 220 kV didelės varžos transformatoriumi, įrodo šių tobulinimo strategijų veiksmingumą. Pradinis projektas parodė per didelę elektrinio lauko koncentraciją (iki 9,5 kV/mm) pagrindiniame izoliacijos tarpe tarp aukštos ir žemos įtampos apvijų, ypač šalia apvijų galų.

Naudodami iteracinę baigtinių elementų analizę (FEM) su specializuota programine įranga (HSSSM), įdiegėme išsamų patobulinimų paketą:

1. Pertvarkytas elektrostatinis žiedassu optimizuotu išlinkimu ir išdėstymu.
2. Papildomi kampiniai žiedaiapvijų galuose, kad būtų padalintas alyvos tūris ir pagerintas šliaužimo stiprumas.
3. Modifikuotas barjerų išdėstymassukuriant mažesnius, vienodesnius alyvos tarpus (6–8 mm) vietoj pradinių didesnių tarpų (12–15 mm).

Rezultatai buvo įspūdingi: maksimalus lauko stipris sumažėjo iki 6,2 kV/mm (35 % pagerėjimas), o lauko pasiskirstymas visoje izoliacijos konstrukcijoje buvo tolygesnis. Modifikuotas transformatorius sėkmingai išlaikė visus įprastinius ir tipo bandymus, įskaitant galios dažnio atsparumo įtampai (460 kV 1 minutę) ir žaibo impulso (1050 kV) bandymus, o dalinių išlydžių lygiai nuolat buvo mažesni nei 10 pC.

Gamybos ir kokybės aspektai

Net ir pats sudėtingiausias projektas be tinkamos gamybos kontrolės pasirodo esąs neveiksmingas. Mūsų 220 kV transformatorių izoliacijos kokybės užtikrinimo programa apima:

• Statistinė procesų kontrolėpresuoto kartono gamybos ir komponentų surinkimo metu.
• Vakuuminis džiovinimas ir impregnavimas aliejumiprocesai, užtikrinantys visišką drėgmės ir dujų, kurios galėtų sukelti dalinį išleidimą, pašalinimą.
• Dalinio iškrovimo kartografavimasimpulsinių bandymų metu, siekiant nustatyti ir ištaisyti bet kokius gamybos defektus.

220 kV transformatoriams taikome griežtus švaros protokolus apvijų surinkimo ir pildymo į talpyklas metu, nes net mikroskopiniai teršalai gali gerokai sumažinti izoliacijos stiprumą esant stipriems elektriniams laukams.

Būsimos izoliacijos technologijų tendencijos

Transformatorių izoliacijos evoliucija tęsiasi su keliomis perspektyviomis naujovėmis:

• Skaitmeninio dvynio technologijakuriant virtualias izoliacijos sistemų kopijas, skirtas realiuoju laiku stebėti našumą ir atlikti numatomą techninę priežiūrą.
• Pažangus būklės stebėjimasnaudojant įmontuotus šviesolaidinius jutiklius dalinio išlydžio aktyvumui ir terminiams taškams sekti per visą transformatoriaus eksploatavimo laiką.
• Aplinkai draugiški izoliaciniai skysčiaipavyzdžiui, natūralūs esteriai, pasižymintys aukštesne užsidegimo temperatūra ir geresniu suderinamumu su aplinka, išlaikant dielektrines savybes.

220 kV taikymams esame ypač patenkinti mašininio mokymosi programosizoliacijos projektavimo optimizavimo srityje, kur algoritmai gali greitai įvertinti tūkstančius projektavimo variantų, kad nustatytų optimalias konfigūracijas, kurios subalansuotų elektrinius, šiluminius ir ekonominius aspektus.

Išvada

220 kV transformatoriaus tarpinių ričių pagrindinių izoliacijos tarpų optimizavimas yra sudėtingas inžinerinis iššūkis, reikalaujantis gilių dielektrikų teorijos žinių, pažangių modeliavimo galimybių ir praktinės gamybos patirties. Taikydami išsamią elektrinio lauko analizę ir tikslines tobulinimo strategijas, galime žymiai padidinti transformatoriaus patikimumą ir ilgaamžiškumą.

Mūsų požiūris rodo, kad strateginis izoliacijos projektavimas ne tik pagerina dielektrines charakteristikas, bet ir leidžia pagaminti kompaktiškesnius ir ekonomiškesnius transformatorius. Įdiegdami šiuos pažangius metodus, mes tiekiame transformatorius, kurie viršija pramonės standartus, kartu užtikrindami savo klientams didesnį eksploatacinį patikimumą ir bendras eksploatavimo sąnaudas.

Tobulėjant technologijoms, mes ir toliau esame įsipareigoję integruoti naujausius izoliacijos projektavimo pasiekimus, užtikrindami, kad mūsų klientai galėtų naudotis patikimiausiais ir efektyviausiais transformatorių sprendimais rinkoje.

Susisiekite su mūsų inžinerijos komanda šiandienaptarti, kaip mūsų specializuota izoliacijos projektavimo patirtis gali pagerinti jūsų 220 kV transformatorių projektų našumą ir patikimumą.