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Espera-se que o contato elétrico modificado com grafeno desenvolvido pelo instituto de pesquisa conjunta reduza significativamente a taxa de falha de disjuntores de grande capacidade

Com o progresso constante da construção do projeto de transmissão UHV AC / DC, os resultados da pesquisa de tecnologia de transmissão e transformação de energia UHV são cada vez mais abundantes, o que fornece forte suporte científico e tecnológico para a construção de uma empresa líder internacional de Internet em energia com características chinesas.Com o rápido desenvolvimento da rede elétrica, o problema da corrente de curto-circuito tornou-se gradualmente um fator importante que restringe o crescimento da carga da rede elétrica e o desenvolvimento da rede elétrica.

A capacidade de interrupção do disjuntor de alta tensão de alta potência determina diretamente a segurança e a confiabilidade do serviço de longo prazo das linhas de transmissão de energia.Desde 2016, contando com uma série de projetos de ciência e tecnologia da State Grid Co., Ltd., energia global Internet Research Institute Co., Ltd. e PingGao Group Co., Ltd. desenvolveram com sucesso novos contatos elétricos modificados de grafeno de alto desempenho produtos após cinco anos de pesquisa científica.Isso é de grande importância para resolver o problema de curto-circuito excedendo o padrão e garantir a operação segura e estável da rede elétrica híbrida UHV CA / CC

Pesquisa sobre atualização de materiais de disjuntores visando os principais requisitos

De acordo com estatísticas relevantes, durante o período de pico de consumo de energia no verão de 2020, a corrente máxima de curto-circuito de algumas subestações nas áreas de operação da State Grid e China Southern Power Grid atingirá ou mesmo excederá 63 Ka.De acordo com as estatísticas da State Grid Corporation of China, nos últimos anos, entre as falhas de 330kV e acima dos equipamentos da subestação UHV na área de negócios da empresa, de acordo com o tipo de equipamento, os disparos de falha causados ​​por quadros de distribuição de metal isolados a gás ( GIS) e equipamentos de distribuição híbrida (HGIS) respondem por cerca de 27,5%, disjuntores por 16,5%, transformadores e transformadores de corrente por 13,8%, Equipamentos secundários e ônibus por 8,3%, reator por 4,6%, pára-raios por 3,7 %, seccionadora e pára-raios responderam por 1,8%.Pode-se observar que GIS, disjuntor, transformador e transformador de corrente são os principais equipamentos causadores de disparo de falha, respondendo por 71,6% do disparo total.

A análise das causas das falhas mostra que os problemas de qualidade de contato, buchas e outras peças e o mau processo de instalação são os principais fatores que levam à falha do disjuntor.Durante a operação do disjuntor SF6 por muitas vezes, a erosão da corrente de inrush várias vezes maior do que a corrente nominal e o desgaste mecânico entre os contatos de arco em movimento e estático causará a deformação do contato e produzirá vapor de metal, o que danificará o desempenho de isolamento de a câmara de extinção de arco.

Durante o período do décimo quarto plano de cinco anos, a província de Qinghai planeja expandir a capacidade de duas subestações de 500kV para aumentar a carga de corrente de curto-circuito dos 63kA existentes para 80kA.Se o material do disjuntor for atualizado, a capacidade da subestação pode ser expandida diretamente e o enorme custo de expansão da subestação pode ser economizado.Os tempos de interrupção do disjuntor de alta tensão e de grande capacidade são controlados principalmente pela vida útil dos contatos elétricos no disjuntor.Atualmente, o desenvolvimento de contatos elétricos para disjuntores de alta tensão na China é baseado principalmente na rota técnica de materiais de liga de cobre e tungstênio.Os produtos domésticos de contato elétrico de liga de cobre e tungstênio não podem atender aos requisitos de aplicações de engenharia de tensão ultra-alta e ultra-alta em termos de resistência de ablação de arco e resistência ao atrito e ao desgaste.Uma vez que são usados ​​além da faixa de vida útil, eles estão sujeitos a serem penetrados novamente, o que ameaça diretamente o desempenho de isolamento do equipamento elétrico e causa grande perigo oculto para a operação segura da rede elétrica.Os produtos de contato elétrico de liga de cobre e tungstênio em serviço têm baixa flexibilidade e alongamento, e são fáceis de falhar e fraturar no processo de ação e falta de resistência à ablação.Durante o processo de ablação do arco, o cobre é fácil de acumular e crescer, o que leva à falha de rachadura de contato.Portanto, é de grande importância melhorar efetivamente os principais indicadores de desempenho dos materiais de contato elétrico, como resistência ao desgaste, condutividade, anti-soldagem, anti-erosão do arco, para reduzir a taxa de falha do disjuntor e manter a operação segura e estável da energia grade.

Chen Xin, diretor do Instituto de Materiais da Academia Sinica, disse: "atualmente, quando a corrente de curto-circuito da rede elétrica excede a capacidade de interrupção do disjuntor, a corrente de curto-circuito excede o padrão, o que afeta seriamente a confiabilidade de operação da rede elétrica e apresenta requisitos mais elevados para a capacidade de interrupção do disjuntor e a resistência de ablação do contato. Depois que os contatos em serviço são cortados em capacidade total por muitas vezes, o arco é seriamente danificado, por isso é necessário fazer uma manutenção abrangente, que está longe de atender aos requisitos de isenção de manutenção do ciclo de vida real dos disjuntores a SF6. "Ele disse que a erosão do contato vem principalmente de dois aspectos: um é a ablação do pré-ruptura do arco antes do fechamento, e o outro é o desgaste mecânico depois que o material de contato do arco torna-se macio após a ablação.É necessário propor uma nova rota técnica para melhorar efetivamente os principais índices de desempenho dos materiais de contato elétrico “A tecnologia precisa ser continuamente otimizada e inovada.Devemos agarrar firmemente a iniciativa em nossas próprias mãos."Chen Xin disse.

Em face da necessidade urgente do equipamento nacional de transmissão e transformação de energia para a atualização dos materiais de contato elétrico dos componentes principais do disjuntor de alta tensão, a partir de 2016, o Instituto de novos materiais elétricos do Instituto de Pesquisa Conjunta, o Instituto Europeu, o grupo conjunto Pinggao e outras unidades realizaram pesquisas técnicas sobre os novos materiais de contato elétrico à base de cobre modificado com grafeno e realizaram cooperação internacional com base no Instituto Europeu e na Universidade de Manchester, no Reino Unido.Ajude a melhorar o desempenho do disjuntor de alta tensão.

A equipe trabalha em conjunto para resolver uma série de problemas técnicos

A melhoria sinérgica da resistência de ablação do arco e da resistência ao atrito e ao desgaste é a chave para a produção em massa de contatos elétricos de alto desempenho.A pesquisa sobre materiais de contato elétrico de alta tensão em países estrangeiros começou mais cedo, e a tecnologia é relativamente madura, mas a tecnologia central está bloqueada em nosso país.Baseando-se em uma série de projetos científicos e tecnológicos da empresa, a equipe do projeto, em colaboração com a capacidade de P&D no exterior, verificação de teste de tipo de grupo industrial e demonstração de aplicação de empresas de energia provinciais, estabeleceu uma jovem equipe científica e tecnológica com "80 "espinha dorsal como o corpo principal.

Membros-chave da equipe criaram raízes na linha de frente de P&D no estágio de P&D do mecanismo de material e processo de preparação;Na fase de produção experimental, a empresa estacionou no fabricante para resolver os problemas técnicos no local e, finalmente, rompeu a dificuldade de equilíbrio entre as propriedades do material, composição, estrutura organizacional e processo de preparação, e fez um avanço na tecnologia-chave de melhorar o desempenho do material;Na fase de teste de tipo, eu fiquei na estação de teste de alta tensão do grupo Pinggao, discuti com o centro de tecnologia do grupo Pinggao e a equipe de P&D da estação de alta tensão por muitas vezes, depurei repetidamente e finalmente consegui um salto qualitativo na capacidade de interrupção de alta vida elétrica do disjuntor de alta tensão de alta tensão.

Com esforços contínuos, a equipe de pesquisa obteve com sucesso o sistema de formulação de materiais de contato elétrico composto de cobre reforçado com grafeno de alto desempenho, quebrados através das principais tecnologias de processo de design direcional de materiais de contato elétrico de grafeno e ativação de sinterização, infiltração, moldagem integrada, e percebeu o industrial preparação de materiais de contato elétrico modificados com grafeno multimodelo.Pela primeira vez, a equipe desenvolveu o contato elétrico da liga de cobre e tungstênio modificada com grafeno para o disjuntor de hexafluoreto de enxofre voltado para 252kV e superior.Os principais indicadores de desempenho, como condutividade e resistência à flexão, são melhores do que os dos produtos ativos, melhorando muito a vida elétrica do disjuntor de alta tensão ativo, preenchendo a lacuna técnica no campo dos materiais de contato elétrico do interruptor de alta tensão modificado com grafeno , Melhora o nível de pesquisa e desenvolvimento independente da empresa de contatos elétricos de chave de alta corrente e grande capacidade e ajuda a garantir a operação segura e confiável do sistema de energia.

Os resultados do projeto apóiam o design independente e a aplicação de localização do disjuntor

De 29 a 31 de outubro de 2020, de acordo com o esquema de verificação ideal formulado pelo instituto de pesquisa conjunto e grupo Pinggao após muitas discussões, o novo disjuntor de coluna aberta tipo 252kV / 63kA SF6 do grupo Pinggao com base no contato elétrico atingiu 20 vezes de capacidade de interrupção total única.Zhong Jianying, engenheiro-chefe do grupo Pinggao, disse: "de acordo com as opiniões do grupo de especialistas em aceitação do projeto, a tecnologia geral do projeto atingiu o nível avançado internacional e os principais indicadores técnicos atingiram o nível de liderança internacional. Somente por fazendo descobertas em tecnologias essenciais, podemos ajudar melhor as empresas a controlar os custos e garantir o fornecimento de materiais essenciais. No futuro, devemos continuar a fortalecer a pesquisa em engenharia de sistemas e promover a transformação industrial das realizações da pesquisa científica. "

Esta conquista apóia fortemente o projeto independente, desenvolvimento e aplicação doméstica de pós-disjuntor de porcelana de 252kV com corrente nominal de curto-circuito de 63kA e corrente nominal de 6300A no grupo Pinggao.O disjuntor do tipo polo 252kV / 63kA tem grande demanda de mercado e ampla área de cobertura.O desenvolvimento bem-sucedido deste tipo de disjuntor desempenha um papel importante no desenvolvimento adicional dos mercados interno e externo de disjuntores domésticos, o que é propício para melhorar a força de P&D e o nível técnico da empresa no campo de quadros de distribuição de última geração , e tem bons benefícios sociais e econômicos.

A demanda do mercado de contatos elétricos de alta tensão na China é de cerca de 300.000 aparelhos por ano, e o total de vendas anuais no mercado é de cerca de 1,5 bilhão de yuans.Novos materiais de contato elétrico de alta tensão têm amplas perspectivas de mercado no desenvolvimento futuro da rede elétrica.No momento, as realizações do projeto alcançaram a intenção de cooperação e transformação com Pinggao, Xikai, taikai e outras empresas de comutação de alta tensão, estabelecendo uma base para a aplicação de demonstração subsequente e promoção em larga escala no campo de ultra-alta tensão e ultra- Transmissão e transformação de energia em alta tensão.A equipe do projeto continuará a se concentrar na fronteira da ciência e tecnologia de energia e potência, fortalecer continuamente a inovação e a prática e continuar a promover a pesquisa independente, o desenvolvimento e a aplicação de localização de materiais essenciais para equipamentos elétricos de última geração.


Horário da postagem: Jul-08-2021