Mit dem stetigen Fortschritt des Baus von UHV-AC / DC-Übertragungsprojekten werden die Forschungsergebnisse der UHV-Energieübertragungs- und -transformationstechnologie immer reichlicher, was eine starke wissenschaftliche und technologische Unterstützung für den Aufbau eines international führenden Internet-Energieunternehmens mit chinesischen Merkmalen bietet.Mit der schnellen Entwicklung des Stromnetzes ist das Problem des Kurzschlussstroms allmählich zu einem wichtigen Faktor geworden, der das Wachstum der Stromnetzlast und die Entwicklung des Stromnetzes einschränkt.
Das Ausschaltvermögen von Hochspannungs-Hochleistungsschaltern bestimmt direkt die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Langzeitbetriebs von Stromübertragungsleitungen.Seit 2016 haben das Global Energy Internet Research Institute Co., Ltd. und die PingGao Group Co., Ltd. auf der Grundlage einer Reihe von Wissenschafts- und Technologieprojekten von State Grid Co., Ltd. erfolgreich neue leistungsstarke graphenmodifizierte elektrische Kontakte entwickelt Produkte nach fünf Jahren wissenschaftlicher Forschung.Dies ist von großer Bedeutung, um das Problem des Kurzschlusses über den Standard hinaus zu lösen und den sicheren und stabilen Betrieb des AC / DC-UHV-Hybridstromnetzes zu gewährleisten
Forschung zur Verbesserung von Leistungsschaltermaterialien mit dem Ziel der wichtigsten Anforderungen
Laut einschlägiger Statistik wird der maximale Kurzschlussstrom einiger Umspannwerke in den Betriebsgebieten von State Grid und China Southern Power Grid während der Spitzenzeit des Stromverbrauchs im Sommer 2020 63 Ka erreichen oder sogar überschreiten.Nach den Statistiken der State Grid Corporation of China wurden in den letzten Jahren unter den Ausfällen von UHV-Umspannwerksausrüstungen mit 330 kV und mehr im Geschäftsbereich des Unternehmens, je nach Art der Ausrüstung, die Fehlerauslösungen durch gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen ( GIS) und Hybridverteilungsanlagen (HGIS) machen etwa 27,5 % aus, Leistungsschalter 16,5%, Transformatoren und Stromwandler 13,8%, Sekundärgeräte und Bus 8,3%, Drossel 4,6%, Ableiter 3,7 %, Trennschalter und Blitzableiter machten 1,8 % aus.Es ist ersichtlich, dass GIS, Leistungsschalter, Transformator und Stromwandler die wichtigsten Geräte sind, die eine Fehlerauslösung verursachen und 71,6% der Gesamtauslösung ausmachen.
Die Analyse der Fehlerursachen zeigt, dass die Qualitätsprobleme von Kontakten, Durchführungen und anderen Teilen sowie ein schlechter Installationsprozess die Hauptfaktoren sind, die zum Fehler des Leistungsschalters führen.Während des Betriebs des SF6-Leistungsschalters führen die Erosion des Einschaltstroms, die mehrmals höher als der Nennstrom ist, und der mechanische Verschleiß zwischen den beweglichen und statischen Lichtbogenkontakten zu einer Kontaktverformung und zur Bildung von Metalldampf, der die Isolationsleistung von beeinträchtigt die Lichtbogenlöschkammer.
Während des vierzehnten Fünfjahresplans plant die Provinz Qinghai, die Kapazität von zwei 500-kV-Umspannwerken zu erweitern, um die Kurzschlussstrombelastung von den bestehenden 63 kA auf 80 kA zu erhöhen.Wenn das Material des Leistungsschalters aufgerüstet wird, kann die Kapazität des Umspannwerks direkt erweitert und die enormen Kosten für den Ausbau des Umspannwerks eingespart werden.Die Ausschaltzeiten von Hochspannungs- und Leistungsschaltern mit großer Kapazität werden hauptsächlich durch die Lebensdauer der elektrischen Kontakte im Leistungsschalter gesteuert.Derzeit basiert die Entwicklung elektrischer Kontakte für Hochspannungs-Leistungsschalter in China hauptsächlich auf dem technischen Weg von Kupfer-Wolfram-Legierungsmaterialien.Inländische elektrische Kontaktprodukte aus Kupfer-Wolfram-Legierung können die Anforderungen von Ultrahoch- und Ultrahochspannungs-Technikanwendungen in Bezug auf Lichtbogenablationsbeständigkeit und Reibungs- und Verschleißfestigkeit nicht erfüllen.Sobald sie über den Lebensdauerbereich hinaus verwendet werden, neigen sie dazu, wieder eingedrungen zu werden, was die Isolationsleistung von Energieanlagen direkt gefährdet und eine große versteckte Gefahr für den sicheren Betrieb des Stromnetzes darstellt.Die im Einsatz befindlichen elektrischen Kontaktprodukte aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung weisen eine geringe Flexibilität und Dehnung auf und können während des Vorgangs leicht versagen und brechen, und es fehlt eine Ablationsbeständigkeit.Während des Lichtbogenablationsprozesses sammelt sich Kupfer leicht an und wächst auf, was zu Kontaktrissfehlern führt.Daher ist es von großer Bedeutung, die wichtigsten Leistungsindikatoren von elektrischen Kontaktmaterialien wie Verschleißfestigkeit, Leitfähigkeit, Schweißschutz, Lichtbogenerosion effektiv zu verbessern, um die Ausfallrate von Leistungsschaltern zu reduzieren und den sicheren und stabilen Betrieb der Stromversorgung aufrechtzuerhalten Netz.
Chen Xin, Direktor des Instituts für Werkstoffe der Academia Sinica, sagte: „Wenn der Kurzschlussstrom des Stromnetzes derzeit das Ausschaltvermögen des Leistungsschalters überschreitet, überschreitet der Kurzschlussstrom den Standard, was ernsthafte Auswirkungen hat die Betriebssicherheit des Stromnetzes und stellt höhere Anforderungen an das Ausschaltvermögen des Leistungsschalters und die Abtragsfestigkeit des Kontakts.Nach mehrmaligem Abschalten der im Betrieb befindlichen Kontakte bei voller Leistung wird der Lichtbogen stark geschädigt, Daher ist eine umfassende Wartung erforderlich, die weit davon entfernt ist, den Wartungsfreiheitsanforderungen des tatsächlichen Lebenszyklus von SF6-Leistungsschaltern gerecht zu werden.“ Lichtbogen vor dem Durchbruch vor dem Schließen, und der andere ist der mechanische Verschleiß, nachdem das Lichtbogenkontaktmaterial nach der Ablation weich wird.Es ist notwendig, einen neuen technischen Weg vorzuschlagen, um die Leistungskennzahlen von elektrischen Kontaktmaterialien effektiv zu verbessern.“ Die Technologie muss kontinuierlich optimiert und innoviert werden.Wir sollten die Initiative fest in unsere eigenen Hände nehmen.“, sagte Chen Xin.
Angesichts des dringenden Bedarfs der nationalen Energieübertragungs- und Transformationsanlagen zur Aufrüstung der elektrischen Kontaktmaterialien der Kernkomponenten des Hochspannungs-Leistungsschalters wird ab 2016 das Institut für elektrische neue Werkstoffe des Gemeinsamen Forschungsinstituts, Das Europäische Institut, die gemeinsame Pinggao-Gruppe und andere Einheiten führten gemeinsam technische Forschungen zu den neuen graphenmodifizierten elektrischen Kontaktmaterialien auf Kupferbasis durch und führten eine internationale Zusammenarbeit durch, die sich auf das Europäische Institut und die University of Manchester, Großbritannien, stützte.Helfen Sie mit, die Leistung des Hochspannungs-Leistungsschalters zu verbessern.
Das Team arbeitet zusammen, um eine Reihe technischer Probleme zu lösen
Die synergistische Verbesserung der Lichtbogenablationsbeständigkeit sowie der Reibungs- und Verschleißfestigkeit ist der Schlüssel zur Massenproduktion von elektrischen Hochleistungskontakten.Die Forschung zu elektrischen Hochspannungskontaktmaterialien im Ausland begann früher, und die Technologie ist relativ ausgereift, aber die Kerntechnologie ist für unser Land blockiert.Basierend auf einer Reihe von wissenschaftlichen und technologischen Projekten des Unternehmens hat das Projektteam in Zusammenarbeit mit ausländischen Forschungs- und Entwicklungskapazitäten, der Verifizierung von Typprüfungen durch Industriegruppen und der Anwendungsdemonstration von provinziellen Energieversorgungsunternehmen ein junges wissenschaftliches und technologisches Team mit "80 "Rückgrat als Hauptkörper.
Wichtige Mitglieder des Teams haben in der F&E-Front in der F&E-Phase des Materialmechanismus und des Vorbereitungsprozesses Wurzeln geschlagen;In der Erprobungsphase der Produktion beim Hersteller stationiert, um die technischen Probleme vor Ort zu lösen, durchbrach schließlich die Schwierigkeit der Balance zwischen Materialeigenschaften, Zusammensetzung, Organisationsstruktur und Herstellungsprozess und gelang der Durchbruch in der Schlüsseltechnologie der Verbesserung der Materialleistung;In der Phase der Typprüfung blieb ich in der Hochspannungsprüfstation der Pinggao-Gruppe, diskutierte viele Male mit dem Technologiezentrum der Pinggao-Gruppe und dem R & D-Team der Hochspannungsstation, debuggte wiederholt und erreichte schließlich einen qualitativen Sprung in der Schaltleistung von Hochspannungsanlagen Spannung Hochstrom-Leistungsschalter elektrische Lebensdauer.
Mit kontinuierlichen Bemühungen hat das Forschungsteam erfolgreich das Formulierungssystem von hochleistungsfähigen graphenverstärkten elektrischen Verbundkontaktmaterialien auf Kupferbasis erhalten, die Schlüsseltechnologien des gerichteten Designprozesses von Graphen-Elektrokontaktmaterialien und des Aktivierungssinterns, des Infiltrationsintegrierten Formens durchbrochen und die industrielle Herstellung von Graphen-modifizierten elektrischen Kontaktmaterialien mit mehreren Modellen.Zum ersten Mal entwickelte das Team einen elektrischen Kontakt aus einer Graphen-modifizierten Kupfer-Wolfram-Legierung für einen Schwefelhexafluorid-Leistungsschalter mit einer Spannung von 252 kV und höher.Die wichtigsten Leistungsindikatoren wie Leitfähigkeit und Biegefestigkeit sind besser als die der aktiven Produkte, was die elektrische Lebensdauer des aktiven Hochspannungs-Leistungsschalters erheblich verbessert und die technische Lücke im Bereich der mit Graphen modifizierten elektrischen Kontaktmaterialien für Hochspannungsschalter schließt , Es verbessert die unabhängige Forschung und Entwicklung des Unternehmens von elektrischen Kontakten mit hohem Strom und hoher Kapazität und trägt dazu bei, den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stromversorgungssystems zu gewährleisten.
Die Projektergebnisse unterstützen die unabhängige Auslegungs- und Lokalisierungsanwendung von Leistungsschaltern
Vom 29. bis 31. Oktober 2020 hat der neue offene Säulentyp 252 kV / 63 kA SF6-Leistungsschalter der Pinggao-Gruppe auf der Grundlage des elektrischen Kontakts vom 29. bis 31. Oktober 2020 gemäß dem vom gemeinsamen Forschungsinstitut und der Pinggao-Gruppe nach vielen Diskussionen formulierten optimalen Verifizierungsschema 20 Mal erfolgreich erreicht von einmaliger voller Schaltleistung.Zhong Jianying, Chefingenieur der Pinggao-Gruppe, sagte: „Nach Meinung der Expertengruppe für die Projektabnahme hat die Gesamttechnologie des Projekts das internationale Spitzenniveau erreicht und die wichtigsten technischen Indikatoren haben das internationale Spitzenniveau erreicht Durch Durchbrüche bei Kerntechnologien können wir Unternehmen besser helfen, Kosten zu kontrollieren und die Versorgung mit Schlüsselmaterialien sicherzustellen. In Zukunft sollten wir die Forschung im Bereich Systemtechnik weiter stärken und die industrielle Transformation wissenschaftlicher Forschungsleistungen fördern."
Diese Errungenschaft unterstützt nachdrücklich das unabhängige Design, die Entwicklung und die häusliche Anwendung von 252 kV Porzellanpfosten-Leistungsschaltern mit einem Nennkurzschluss-Ausschaltstrom von 63 kA und einem Nennstrom von 6300 A in der Pinggao-Gruppe.Der 252kV / 63kA-polige Leistungsschalter hat eine große Marktnachfrage und einen breiten Abdeckungsbereich.Die erfolgreiche Entwicklung dieses Leistungsschaltertyps spielt eine wichtige Rolle bei der Weiterentwicklung des In- und Auslandsmarktes für inländische Leistungsschalter, was der Verbesserung der F & E-Stärke und des technischen Niveaus des Unternehmens im Bereich der High-End-Schaltanlagen förderlich ist , und hat gute soziale und wirtschaftliche Vorteile.
Die Marktnachfrage nach elektrischen Hochspannungskontakten in China beträgt etwa 300000 Sets pro Jahr, und der jährliche Gesamtmarktumsatz beträgt fast 1,5 Milliarden Yuan.Neue elektrische Hochspannungskontaktmaterialien haben breite Marktaussichten für die zukünftige Entwicklung von Stromnetzen.Gegenwärtig haben die Projektergebnisse eine Kooperations- und Transformationsabsicht mit Pinggao, Xikai, Taikai und anderen Hochspannungsschalterunternehmen erreicht, wodurch die Grundlage für die anschließende Demonstrationsanwendung und die groß angelegte Förderung im Bereich der Ultrahochspannungs- und Ultrahochspannungs- Hochspannungsübertragung und -transformation.Das Projektteam wird sich weiterhin auf die Grenzen der Energie- und Energiewissenschaft und -technologie konzentrieren, Innovation und Praxis kontinuierlich stärken und weiterhin die unabhängige Forschung und Entwicklung sowie die Lokalisierungsanwendung von Kernmaterialien für hochwertige elektrische Geräte fördern.
Postzeit: 08.07.2021