Les bagues à haute tension sont des composants centraux pour atteindre l'isolation électrique, le support mécanique, la conduction du courant et la protection de l'environnement dans les équipements électriques à haute tension tels que les transformateurs et l'appareillage de commutation. Leurs utilisations de base peuvent être profondément analysées à partir de trois dimensions: fonction, scénario et valeur technique.
1. Fonction de base: résoudre les quatre contradictions majeures dans la transmission de puissance à haute tension
Les bagues à haute tension résolvent systématiquement les contradictions clés du fonctionnement de l'équipement à haute tension par l'innovation structurelle et matérielle:
1. Contradiction de l'isolation électrique: isolement spatial entre potentiel élevé et potentiel de sol
L'essence de la contradiction: il existe une énorme différence de potentiel entre l'enroulement haute tension du transformateur (jusqu'à 500 kV) et le réservoir d'huile mis à la terre, qui doit être isolé en toute sécurité par les bagues.
Solution:
Système d'isolation composite: adopte un condensateur de papier d'huile Core + Structure du manchon en porcelaine externe. Le noyau de condensateur est composé de plusieurs couches de papier d'isolation et de papier d'aluminium alternativement enroulé. La résistance au champ électrique est contrôlée à moins de 5 kV \/ mm (bien inférieure à la résistance du champ de dégradation de l'air de 30 kV \/ cm) à travers le principe de la division de tension.
Exemple de paramètre: Un noyau de condensateur de la douille de 5 {2}} 0 kV a 48 couches, chaque couche de papier d'isolation a 0,1 mm d'épaisseur et la largeur du papier d'aluminium diminue la couche par couche pour atteindre un gradient de champ électrique uniforme.
2. Contradiction des contraintes mécaniques: stabilité structurelle dans les environnements de courant élevé et de vibration
L'essence de la contradiction: les bagues à haute tension doivent transporter des centaines d'ampères à des milliers d'ampères de courant tout en résistant à la contrainte mécanique telle que l'impact court-circuit et le tremblement de terre.
Solution:
Conception d'armature de la tige conductrice: tube de cuivre + structure de canal de refroidissement d'eau interne (bague UHV), zone de coupe transversale conductrice supérieure ou égale à 2000 mm², capacité de transport à courant de plus de 5000 A.
Conception sismique: optimiser la rigidité de la connexion des brides par analyse par éléments finis pour garantir que la balançoire finale de la bague est inférieure ou égale à 2 mm sous 0}. 4G Accélération du tremblement de terre.
3. Adaptation environnementale Contradiction: rétention des performances dans des conditions de travail extrêmes
L'essence de la contradiction: les bagues extérieures doivent faire face à des défis environnementaux tels que la saleté, la condensation et les rayons ultraviolets, tandis que les bagues intérieures doivent résister à la corrosion des produits de décomposition de gaz SF₆.
Solution:
Technologie du flashover anti-pollution: Adoptez des jupes de grandes et petites parapluies avec des conceptions alternées (rapport d'espacement des parapluies \/ parapluie supérieure ou égal à 1,2), et coopérez avec le revêtement RTV pour augmenter la valeur de tolérance de densité de sel équivalente à {3}}. 3 mg \/ cm².
Scellant du gaz: grâce au processus de soudage au joint torique à double passe + le processus de soudage laser, le taux de fuite annuel du gaz SF₆ est contrôlé à moins ou égal à 0. 1% \/ an.
4. Contradiction de gestion thermique: contrôle de l'élévation de la température sous un courant élevé
L'essence de la contradiction: la chaleur Joule (I²R) générée lorsque la tige conductrice coule doit être déchargée efficacement pour éviter le vieillissement thermique du matériau isolant.
Solution:
Optimisation du chemin thermique: Remplissez la poudre de céramique de nitrure d'aluminium + matériau composite d'huile de silicone entre la tige conductrice et la couche isolante, et la conductivité thermique est augmentée à 1,2 W \/ (M · K).
Limite d'élévation de la température: la norme IEC stipule que la température de l'huile augmente en haut de la bague est inférieure ou égale à 55k. Pour les bagues de 110 kV, lorsque la température ambiante est de 40 degrés, la température supérieure ne doit pas dépasser 95 degrés.
2. Scénarios d'application typiques: nœuds clés des systèmes d'alimentation
L'application de bagues à haute tension traverse l'ensemble du processus de génération d'électricité, de transmission et de transformation. Les scénarios typiques comprennent:
1. Génération d'alimentation End: puissance de sortie des unités de grande capacité
Cas: Les bagues de 550 kV prenant en charge les unités de 700 MW de la centrale hydroélectrique de trois gorges ont une capacité de transport à courant monophasée de 4000 A et doivent résister à un impact court-circuit de 10 fois le courant nominal (40 ka \/ 3 s).
Difficultés techniques: Le problème de chauffage supplémentaire causé par le courant harmonique (THDI supérieur ou égal à 15%) à la prise de générateur doit être résolu.
2. Fin de transmission: Station de convertisseur UHV DC
Cas: La bague côté soupape du transformateur de convertisseur ± 800kV adopte un condensateur de papier imprégné de résine (RIP) Core + Silicone Rubber Composite Veste Structure, avec une longueur d'isolation de 12 m et un niveau de décharge partiel inférieur ou égal à 5 pc.
Innovation: La constante diélectrique du matériau isolant est passée de 4,2 à 5,8 à la technologie de dopage nano-al₂o₃, et la taille de la bague est réduite de 20%.
3. SUPFAT: SUPERSEUR URBAIN
Cas: La bague de la sous-station SHANGHAI JING'AN 1000 KV adopte l'isolation gazeuse SF₆ complète + la conception du transformateur de courant embarqué, avec un diamètre de seulement 450 mm, qui répond aux limites de l'espace du tunnel.
Percée technique: développez la technologie d'étanchéité de l'auto-expansion pour maintenir une pression micro-positive dans 0. 05 MPa dans la plage de température de -40 degré ~ 80 degré.
Iii. Valeur technique: "composant de la gorge" pour assurer la sécurité du réseau électrique
Les performances techniques des bagues à haute tension affectent directement la fiabilité du réseau électrique, et sa valeur se reflète dans
1. Taux d'échec et pertes économiques
Données statistiques: De 2018 à 2022, la proportion de fermetures de transformateurs supérieures à 220 kV causées par des défaillances de la bague dans la grille d'État a atteint 37%, et la perte d'un seul accident dépassait 10 millions de yuans.
Cas typique: La ventilation du noyau du condensateur de la bague d'une sous-station de 500 kV a provoqué un court-circuit de phase à phase, avec une perte directe de 230 millions de yuans et 18 jours pour restaurer l'alimentation électrique.
2. Amélioration de l'efficacité énergétique et de la durée de vie prolongée
Effet d'économie d'énergie: L'utilisation de bagues en caoutchouc en silicone à faible perte peut réduire la perte de transformateurs à vide par 0. 5%. Sur la base de 100 transformateurs principaux, l'économie d'électricité annuelle dépasse 1 million de kWh.
Conception de la vie: grâce à des tests de vieillissement accélérés multi-stress (action combinée électrique-thermique-thermique), la vie des bagues modernes peut atteindre 40 ans, soit 15 ans de plus que les produits traditionnels.
3. Surveillance intelligente et maintenance des conditions
Progrès technique: les bagues intelligentes avec une mesure intégrée de la température de la fibre optique + des capteurs UHF à décharge partielle peuvent réaliser:
Surveillance en temps réel de la température du point chaud (précision ± 1 degré)
Distribution de phase de phase de décharge partielle (PRPD) Reconnaissance du modèle
Prédiction de vie restante (basée sur le réseau neuronal LSTM)
Résultats de l'application: Une fois qu'un réseau électrique provincial a déployé des bagues intelligentes, la précision des avertissements de défaut est passée à 92% et le coût de maintenance a été réduit de 40%.
Iv. Évolution technologique: mise à niveau vers de nouveaux systèmes d'alimentation
Les bagues à haute tension se développent vers une tension plus élevée, une taille plus petite et une direction plus intelligente.
1. Percée au niveau de la tension
Direction de la R&D: bagues à gaz pur à 1100 kV (pour SIG), ± 1100 kV de CC (pour la transmission flexible DC)
Défi technique: Le problème de la dégradation de l'isolation causé par l'accumulation de charges d'espace sous tension ultra-haute doit être résolu.
2. Innovation matérielle
Modification de la nano: En ajoutant des particules de tio₂ 10 nm, les performances d'isolation de la résine époxy sont améliorées de 30%.
Matériaux d'auto-guérison: Développez une couche isolante contenant des agents de réparation de microcapsule, qui peuvent libérer automatiquement les agents de réparation lorsque les fissures se développent.
3. Application jumelle numérique
Chemin technique: établir un modèle de couplage électromagnétique-thermique-thermique tridimensionnel de la bague à réaliser:
Commission virtuelle: Réduisez le temps d'installation et de mise en service sur place de 60%.
Backtracking des défauts: localisez la position du défaut d'isolation par miroir numérique (précision ± 5 mm).
En tant que «gorge» de l'équipement électrique à haute tension, le développement technologique des bagues à haute tension a toujours été étroitement lié à la sécurité du réseau électrique, à l'amélioration de l'efficacité énergétique et à la transformation numérique. À mesure que la construction de nouveaux systèmes électriques progresse, une nouvelle génération de bagues avec une capacité de transport plus élevée, des capacités de surveillance plus intelligentes et des cycles de vie plus longs deviendront la norme de l'industrie, fournissant un soutien clé pour la création d'un réseau intelligent solide.