고전압 부싱은 변압기 및 스위치 기어와 같은 고전압 전력 장비의 전기 절연, 기계적지지, 현재 전도 및 환경 보호를 달성하기위한 핵심 구성 요소입니다. 그들의 핵심 용도는 기능, 시나리오 및 기술적 가치의 세 가지 차원에서 깊이 분석 할 수 있습니다.
1. 핵심 기능 : 고전압 전력 전송에서 네 가지 주요 모순을 해결
고전압 부싱은 구조적 및 재료 혁신을 통해 고전압 장비 운영의 주요 모순을 체계적으로 해결합니다.
1. 전기 단열 모순 : 높은 잠재력과 지상 잠재력 사이의 공간적 분리
모순의 본질 : 변압기의 고전압 권선 (최대 500kV)과 접지 오일 탱크 사이에는 큰 차이가 있으며, 부싱으로 안전하게 분리해야합니다.
해결책:
복합 단열 시스템 : 오일 페이퍼 커패시터 코어 + 외부 도자기 슬리브 구조를 채택합니다. 커패시터 코어는 여러 층의 단열 용지와 알루미늄 호일이 교대로 상처로 만들어집니다. 전기장 강도는 전압 분할 원리를 통해 5 kV\/mm (공기 분해 전계 강도보다 훨씬 낮음)로 제어됩니다.
매개 변수 예 : 5 {0 0 kv 부싱 커패시터 코어는 48 개의 층을 가지고 있으며, 각 절연 용지의 각 층은 0.1mm 두께이며, 알루미늄 호일의 폭은 균일 전기장 구배를 달성하기 위해 층에 의해 층을 감소시킵니다.
2. 기계적 스트레스 모순 : 고전류 및 진동 환경의 구조적 안정성
모순의 본질 : 고전압 부싱은 단락 영향 및 지진과 같은 기계적 스트레스에 저항하면서 수백 개의 암페어를 수천 개의 전류로 운반해야합니다.
해결책:
전도성로드 보강 설계 : 구리 튜브 + 내부 수냉식 채널 구조 (UHV 부싱), 2000mm ²보다 큰 전도성 단면 영역, 5000 이상의 전류 운반 용량
지진 설계 : 유한 요소 분석을 통해 플랜지 연결 강성을 최적화하여 부싱의 종료 스윙이 0. 4g 지진 가속 하에서 2mm보다 작거나 동일합니다.
3. 환경 적응 모순 : 극도의 근무 조건 하에서의 성능 유지
모순의 본질 : 야외 부싱은 먼지, 응축 및 자외선과 같은 환경 문제에 대처해야하며, 실내 부싱은 SF₆ 가스 분해 제품의 부식을 견딜 수 있어야합니다.
해결책:
방지 방지 플래시 오버 기술 : 교대 설계 (우산 간격\/우산 확장 비율)가있는 크고 작은 우산 스커트를 채택하고 RTV 코팅과 협력하여 동등한 염 밀도 내성 값을 0. 3 mg\/cm²로 증가시킵니다.
가스 밀봉 : 이중 통과 O- 링 + 레이저 용접 공정을 통해 SF₆ 가스의 연간 누출 속도는 0. 1%\/년보다 작거나 동일하게 제어됩니다.
4. 열 관리 모순 : 고전류에서 온도 상승 제어
모순의 본질 : 전도성 막대가 흐르면 생성 된 Joule 열 (I²R)은 절연 재료의 열 노화를 피하기 위해 효과적으로 배출되어야합니다.
해결책:
열 경로 최적화 : 전도성 막대와 절연 층 사이의 알루미늄 질화물 세라믹 분말 + 실리콘 오일 복합 재료를 채우고 열전도율은 1.2 w\/(m · k)로 증가합니다.
온도 상승 제한 : IEC 표준은 부싱 상단에서 오일 온도 상승이 55k보다 작음을 규정합니다. 110kV 부싱의 경우 주변 온도가 40 도인 경우 최고 온도는 95도를 초과하지 않아야합니다.
2. 일반적인 응용 프로그램 시나리오 : 전원 시스템의 주요 노드
고전압 부싱의 적용은 전력 생성, 전송 및 변형의 전체 과정을 통해 실행됩니다. 일반적인 시나리오에는 다음이 포함됩니다.
1. 발전 종료 : 대용량 단위의 전력 출력
사례 : 3 개의 Gorges 수력 발전소의 700MW 단위를지지하는 550kV 부싱은 단일 위상 전류 운반 용량이 4000A이며 정격 전류 (40 ka\/3)의 10 배의 단락 영향을 견딜 필요가 있습니다.
기술적 어려움 : 발전기 출구에서 고조파 전류 (THDI가 15%이상)로 인한 추가 가열 문제를 해결해야합니다.
2. 전송 종료 : UHV DC 컨버터 스테이션
사례 : ± 800kV 컨버터 변압기의 밸브 측 부싱은 단열 길이가 12m이고 부분 방전 수준이 5 PC보다 적은 부분 방전 레벨을 갖는 수지가 함침 된 용지 (RIP) 커패시터 코어 + 실리콘 고무 복합 재킷 구조를 채택합니다.
혁신 : 단열재의 유전 상수는 4.2에서 5.8로 나노 알로 잉 기술을 통해 증가하고 부싱 크기는 20%감소합니다.
3. 변전소 : 도시 지하 변전소
사례 : 상하이 징안 1000 kV GIS 변전소의 부싱은 전체 SF₆ 가스 단열재 + 내장 전류 변압기 설계를 채택하며, 직경은 450mm에 불과하며 터널의 공간 제한을 충족합니다.
기술 혁신 : 0 내에서 미세한 양성 압력을 유지하기 위해 자체 확장 된 밀봉 기술을 개발하십시오.
III. 기술적 가치 : 전력망의 안전을 보장하기위한 "목구멍 구성 요소"
고전압 부싱의 기술적 성능은 전력망의 신뢰성에 직접적인 영향을 미치며 그 값은
1. 실패율과 경제적 손실
통계 데이터 : 2018 년부터 2022 년까지, 주 그리드의 부싱 실패로 인한 220kV 이상의 변압기 셧다운의 비율은 37%에 도달했으며 단일 사고의 손실은 천만 위안을 초과했습니다.
일반적인 경우 : 500kV 변전소의 부싱 커패시터 코어의 파괴로 인해 위상 단위 단락 회로가 발생했으며 전원 공급 장치를 복원하기 위해 2 억 2 천만 위안과 18 일의 직접 손실이 발생했습니다.
2. 에너지 효율성과 연장 된 수명 향상
에너지 절약 효과 : 저 손실 실리콘 고무 부싱을 사용하면 0. 5%만큼 변압기의 부하 손실을 줄일 수 있습니다. 100 개의 주요 변압기를 기준으로 연간 전기 절약은 백만 kWh를 초과합니다.
LIFE DESIGN : 다중 스트레스 가속 노화 테스트 (전기 폭력 결합 조치)를 통해 현대 부싱의 수명은 40 년에 도달 할 수 있으며, 이는 전통적인 제품보다 15 년이 걸립니다.
3. 지능형 모니터링 및 상태 유지 보수
기술 진행 : 광학 광섬유 온도 측정이 통합 된 지능형 부싱 + 부분 방전 UHF 센서가 달성 할 수 있습니다.
핫스팟 온도의 실시간 모니터링 (정확도 ± 1도)
부분 배출 위상 진폭 분포 (PRPD) 패턴 인식
나머지 수명 예측 (LSTM 신경망 기반)
응용 결과 : 지방 전력 그리드가 지능형 부싱을 배치 한 후 결함 경고의 정확도는 92%로 증가했으며 유지 보수 비용은 40%감소했습니다.
IV. 기술 진화 : 새로운 전력 시스템으로 업그레이드
고전압 부싱은 더 높은 전압, 더 작은 크기 및 더 똑똑한 방향으로 발전하고 있습니다.
1. 전압 레벨 혁신
R & D 방향 : 1100 kV 순수한 가스 절연 부싱 (GIS 용), ± 1100 kV DC 부싱 (유연한 DC 전송 용)
기술적 인 과제 : 초고 전압 하에서 우주 전하 축적으로 인한 단열 저하 문제를 해결해야합니다.
2. 재료 혁신
나노 변형 : 10nm tio₂ 입자를 첨가함으로써, 에폭시 수지의 절연 성능은 30%향상된다.
자가 치유 재료 : 균열이 팽창 할 때 자동으로 수리 제를 방출 할 수있는 마이크로 캡슐 수리 제를 함유하는 절연 층을 개발합니다.
3. 디지털 트윈 응용 프로그램
기술 경로 : 달성하기위한 부싱의 3 차원 전자기 성층-역학적 커플 링 모델을 설정하십시오.
가상 시운전 : 현장 설치 및 시운전 시간을 60%줄입니다.
오류 역 추적 : 디지털 미러링 (정확도 ± 5 mm)을 통해 단열 결함 위치를 찾습니다.
고전압 전력 장비의 "인후"로서, 고전압 부싱의 기술 개발은 항상 전력망 안전, 에너지 효율 개선 및 디지털 혁신과 밀접한 관련이 있습니다. 새로운 전력 시스템의 건설이 발전함에 따라, 전압 전환 용량이 높고, 더 똑똑한 모니터링 기능 및 더 긴 수명주기를 가진 새로운 세대의 부싱이 업계 표준이되어 강력한 스마트 그리드 구축을위한 주요 지원을 제공 할 것입니다.