Els casquets d’alta tensió són components bàsics per assolir l’aïllament elèctric, el suport mecànic, la conducció de corrent i la protecció ambiental en equips d’alimentació d’alta tensió com els transformadors i el commutador. Els seus usos bàsics es poden analitzar profundament a partir de tres dimensions: funció, escenari i valor tècnic.
1.
Bushings d’alta tensió Resolem sistemàticament les contradiccions clau en el funcionament d’equips d’alta tensió mitjançant la innovació estructural i material:
1. Contradicció d’aïllament elèctric: aïllament espacial entre alt potencial i potencial mòlt
L’essència de la contradicció: hi ha una enorme diferència de potencial entre l’enrotllament d’alta tensió del transformador (fins a 500 kV) i el dipòsit de petroli a terra, que ha de ser aïllat de forma segura pels casquets.
Solució:
Sistema d’aïllament compost: adopta un nucli de condensador de paper d’oli + estructura de màniga de porcellana exterior. El nucli del condensador està format per múltiples capes de paper d’aïllament i paper d’alumini alternativament. La força del camp elèctric està controlada a menys o igual a 5 kV/mm (molt inferior a la força del camp de desglossament de l’aire de 30 kV/cm) mitjançant el principi de la divisió de tensió.
Exemple de paràmetre: un nucli del condensador de Bushing de 5 {2 {2}} 0 KV té 48 capes, cada capa de paper d’aïllament té 0,1 mm de gruix i l’amplada de la làmina d’alumini disminueix la capa per capa per aconseguir un gradient uniforme de camp elèctric.
2.
L’essència de la contradicció: els casquets d’alta tensió han de portar centenars d’amperis a milers d’amperis de corrent, mentre que resisteixen l’estrès mecànic com l’impacte de curtcircuit i el terratrèmol.
Solució:
Disseny de reforç de canya conductiu: tub de coure + estructura del canal de refrigeració d’aigua interna (Bushing UHV), àrea de secció conductora superior o igual a 2000mm², capacitat de transport de més de més de 5.000 A.
Disseny sísmic: optimitzeu la rigidesa de la connexió de la brida mitjançant l’anàlisi d’elements finits per assegurar -se que el balanç final de la matoll és inferior o igual a 2mm sota 0.
3.
L’essència de la contradicció: els casquets a l’aire lliure han de fer front als reptes mediambientals com la brutícia, la condensació i els raigs ultraviolats, mentre que els casquets interiors han de suportar la corrosió dels productes de descomposició de gas SF₆.
Solució:
Tecnologia de flashover anti-contaminació: adopta faldilles de paraigües grans i petites amb dissenys alternatius (proporció d’extensió de paraigües/paraigües de paraigües superior o igual a 1,2) i cooperar amb el recobriment RTV per augmentar el valor de tolerància de densitat de sal equivalent a 0. 3 mg/cm².
Segellat de gas: mitjançant el procés de soldadura de làser de doble pas + làser, la taxa de fuita anual de gas SF₆ es controla a menys o igual a 0. 1%/any.
4. Contricció de gestió tèrmica: control de l’augment de la temperatura sota corrent elevat
L’essència de la contradicció: la calor de Joule (i²R) generada quan flueix la vareta conductora ha de ser descarregada eficaçment per evitar l’envelliment tèrmic del material aïllant.
Solució:
Optimització de la ruta tèrmica: ompliu el nitrur d’alumini en pols ceràmica + material compost de silicona entre la vareta conductora i la capa aïllant, i la conductivitat tèrmica s’incrementa fins a 1,2 W/(m · k).
Límit de l'augment de la temperatura: l'estàndard IEC estipula que l'augment de la temperatura del petroli a la part superior de la matoll és inferior o igual a 55k. Per a 110 KV Bushings, quan la temperatura ambient és de 40 graus, la temperatura superior no ha de superar els 95 graus.
2. Escenaris d’aplicació típics: nodes clau dels sistemes d’energia
L’aplicació de casos d’alta tensió recorre tot el procés de generació, transmissió i transformació d’energia. Els escenaris típics inclouen:
1. Final de la generació d’energia: sortida d’energia d’unitats de gran capacitat
CAS: Els casos de 550 kV que donen suport a les unitats de 700 MW de l'estació hidroelèctrica de tres gorges tenen una capacitat de càrrega de corrent d'una fase de 4.000 A i necessiten suportar un impacte de curtcircuit de 10 vegades el corrent nominal (40 ka/3 s).
Dificultats tècniques: cal resoldre el problema de calefacció addicional causat pel corrent harmònic (THDI superior o igual al 15%) a la sortida del generador.
2.
CAS: El casquet de la vàlvula del transformador del convertidor de ± 800kV adopta un nucli de condensador de cap condensador (RIP) de paper (RIP) de resina, amb una longitud d’aïllament de 12 m i un nivell de descàrrega parcial inferior o igual a 5 pc.
Innovació: La constant dielèctrica del material aïllant augmenta de 4,2 a 5,8 a través de la tecnologia de dopatge de nano-al₂o₃ i la mida de la bosc es redueix en un 20%.
3. Substitució: subestació subterrània urbana
CAS: La subestació SIG de Xangai Jing'an 1000 KV adopta un aïllament complet de gas SF₆ + disseny de transformador de corrent incrustat, amb un diàmetre de només 450 mm, que compleix les limitacions espacials del túnel.
Avanç tècnic: desenvolupar la tecnologia de segellat d’autoexpansió per mantenir una pressió micro-positiva dins de 0. 05 MPa dins del rang de temperatura de -40 grau ~ 80 graus.
Iii. Valor tècnic: "component de la gola" per assegurar la seguretat de la xarxa elèctrica
El rendiment tècnic dels casquets d’alta tensió afecta directament la fiabilitat de la xarxa elèctrica i el seu valor es reflecteix en
1. Taxa de fallada i pèrdues econòmiques
Dades estadístiques: del 2018 al 2022, la proporció de parades del transformador per sobre de 220 kV causades per fallades de la bosc a la xarxa estatal va assolir el 37%i la pèrdua d’un únic accident va superar els 10 milions de iuans.
Cas típic: el desglossament del nucli del condensador de la matolls d’una subestació de 500 KV va provocar un curtcircuit de fase a fase, amb una pèrdua directa de 230 milions de iuans i 18 dies per restaurar l’alimentació.
2. Millora de l'eficiència energètica i la vida estesa
Efecte d’estalvi d’energia: l’ús de casquets de goma de silicona de baixa pèrdua pot reduir la pèrdua de transformadors sense càrrega per 0. 5%. A partir de 100 transformadors principals, l’estalvi d’electricitat anual supera l’1 milió de KWh.
Disseny de la vida: a través de proves d’envelliment accelerat amb múltiples estrès (acció combinada elèctrica-mecànica), la vida dels casquets moderns pot arribar als 40 anys, que té 15 anys més que els productes tradicionals.
3. Monitorització intel·ligent i manteniment de condicions
Progrés tècnic: Bushings intel·ligents amb mesurament integrat de la temperatura de fibra òptica + descàrrega parcial Els sensors UHF poden aconseguir:
Monitorització en temps real de la temperatura del punt calent (precisió ± 1 grau)
Reconeixement de patrons de distribució en fase de descàrrega parcial (PRPD)
Predicció de la vida restant (basada en la xarxa neuronal de LSTM)
Resultats de l’aplicació: Després que una xarxa d’energia provincial desplegués els casquets intel·ligents, la precisió de les advertències de falles va augmentar fins al 92%i el cost de manteniment es va reduir un 40%.
Iv. Evolució tecnològica: actualització cap a nous sistemes de potència
Els casquets d’alta tensió es desenvolupen cap a una tensió més alta, una mida més petita i una direcció més intel·ligent.
1.
Direcció de R + D: Bashings aïllats de gas pur de 1100 kV (per a SIG), ± 1100 kV de corrent continu (per a transmissió de corrent continu flexible)
Desafia tècnica: cal resoldre el problema de la degradació de l’aïllament causat per l’acumulació de càrrega espacial sota tensió ultra alta.
2. Innovació material
Modificació Nano: afegint partícules de 10nm tio₂, el rendiment d’aïllament de la resina epoxi es millora un 30%.
Materials d’auto-curació: desenvolupeu una capa aïllant que conté agents de reparació de microcàpsules, que poden alliberar automàticament els agents de reparació quan s’expandeixen les esquerdes.
3. Aplicació Digital Twin
Camí tècnic: estableix un model d’acoblament electromagnètic-tèrmic-tèrmic tridimensional de la brossa per aconseguir:
Comissió virtual: redueix el temps de la instal·lació i el temps de posada en servei en un 60%.
Backtracking de falles: localitzeu la posició del defecte d’aïllament mitjançant la miralls digitals (precisió ± 5 mm).
Com a "gola" dels equips d'alimentació d'alta tensió, el desenvolupament tecnològic de casquets d'alta tensió sempre ha estat estretament relacionat amb la seguretat de la xarxa elèctrica, la millora de l'eficiència energètica i la transformació digital. A mesura que avança la construcció de nous sistemes de potència, una nova generació de casquets amb major capacitat de transport de tensió, capacitats de control més intel·ligents i cicles de vida més llargs es convertiran en el nivell de la indústria, proporcionant un suport clau per construir una forta xarxa intel·ligent.