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Le contact électrique modifié au graphène développé par l'institut de recherche commun devrait réduire considérablement le taux de défaillance des disjoncteurs de grande capacité

Avec les progrès constants de la construction de projets de transmission UHV AC / DC, les résultats de la recherche sur la technologie de transmission et de transformation d'énergie UHV sont de plus en plus abondants, ce qui fournit un solide soutien scientifique et technologique à la construction d'une entreprise Internet énergétique de premier plan aux caractéristiques chinoises.Avec le développement rapide du réseau électrique, le problème du courant de court-circuit est progressivement devenu un facteur important limitant la croissance de la charge du réseau électrique et le développement du réseau électrique.

Le pouvoir de coupure du disjoncteur haute tension haute puissance détermine directement la sécurité et la fiabilité du service à long terme des lignes de transport d'électricité.Depuis 2016, s'appuyant sur un certain nombre de projets scientifiques et technologiques de State Grid Co., Ltd., de l'Internet Research Institute Co., Ltd. et de PingGao Group Co., Ltd. produits après cinq ans de recherche scientifique.Ceci est d'une grande importance pour résoudre le problème de court-circuit dépassant la norme et assurer le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique hybride AC / DC UHV

Recherche sur la mise à niveau des matériaux des disjoncteurs visant des exigences clés

Selon les statistiques pertinentes, pendant la période de pointe de consommation d'électricité à l'été 2020, le courant de court-circuit maximal de certaines sous-stations dans les zones d'exploitation de State Grid et de China Southern Power Grid atteindra ou même dépassera 63 Ka.Selon les statistiques de la State Grid Corporation of China, ces dernières années, parmi les pannes d'équipements de sous-station UHV de 330 kV et plus dans le domaine d'activité de l'entreprise, selon le type d'équipement, les défauts provoqués par l'appareillage de commutation à enveloppe métallique à isolation gazeuse ( GIS) et les équipements de distribution hybrides (HGIS) représentent environ 27,5%, les disjoncteurs représentent 16,5%, les transformateurs et transformateurs de courant représentent 13,8%, les équipements secondaires et bus représentent 8,3%, le réacteur représente 4,6%, le parafoudre représente 3,7 %, sectionneur et paratonnerre représentaient 1,8 %.On peut voir que le GIS, le disjoncteur, le transformateur et le transformateur de courant sont les principaux équipements provoquant le déclenchement sur défaut, représentant 71,6 % du déclenchement total.

L'analyse des causes de défaut montre que les problèmes de qualité de contact, de traversée et d'autres pièces et un mauvais processus d'installation sont les principaux facteurs conduisant à la défaillance du disjoncteur.Pendant le fonctionnement du disjoncteur SF6 plusieurs fois, l'érosion du courant d'appel plusieurs fois supérieure au courant nominal et l'usure mécanique entre les contacts d'arc mobiles et statiques provoqueront la déformation du contact et produiront de la vapeur de métal, ce qui endommagera les performances d'isolation de la chambre d'extinction d'arc.

Au cours de la période du quatorzième plan quinquennal, la province du Qinghai prévoit d'étendre la capacité de deux sous-stations de 500 kV pour augmenter la charge de courant de court-circuit de 63 kA à 80 kA.Si le matériau du disjoncteur est mis à niveau, la capacité de la sous-station peut être étendue directement et le coût énorme de l'extension de la sous-station peut être économisé.Les temps de coupure des disjoncteurs haute tension et grande capacité sont principalement contrôlés par la durée de vie des contacts électriques dans le disjoncteur.À l'heure actuelle, le développement des contacts électriques pour disjoncteurs haute tension en Chine repose principalement sur la voie technique des matériaux en alliage cuivre-tungstène.Les produits domestiques de contact électrique en alliage de cuivre et de tungstène ne peuvent pas répondre aux exigences des applications d'ingénierie à ultra-haute et ultra-haute tension en termes de résistance à l'ablation à l'arc, de friction et de résistance à l'usure.Une fois qu'ils sont utilisés au-delà de la plage de durée de vie, ils sont susceptibles d'être pénétrés, ce qui menace directement les performances d'isolation des équipements électriques et provoque un grand danger caché pour le fonctionnement sûr du réseau électrique.Les produits de contact électrique en alliage de cuivre et de tungstène en service ont une faible flexibilité et un faible allongement, et sont faciles à rompre et à se casser au cours du processus d'action, et manquent de résistance à l'ablation.Au cours du processus d'ablation à l'arc, le cuivre s'accumule et se développe facilement, ce qui entraîne une défaillance de la fissuration par contact.Par conséquent, il est d'une grande importance d'améliorer efficacement les indicateurs de performance clés des matériaux de contact électrique, tels que la résistance à l'usure, la conductivité, l'anti-soudure, l'anti-érosion à l'arc, pour réduire le taux de défaillance du disjoncteur et maintenir le fonctionnement sûr et stable de l'alimentation. la grille.

Chen Xin, directeur de l'Institut des matériaux, Academia Sinica, a déclaré : « à l'heure actuelle, lorsque le courant de court-circuit du réseau électrique dépasse le pouvoir de coupure du disjoncteur, le courant de court-circuit dépasse la norme, ce qui affecte gravement la fiabilité de fonctionnement du réseau électrique, et met en avant des exigences plus élevées pour le pouvoir de coupure du disjoncteur et la résistance à l'ablation du contact.Après que les contacts en service ont été coupés à pleine capacité plusieurs fois, l'arc est gravement endommagé, il est donc nécessaire d'effectuer une maintenance complète, qui est loin de répondre aux exigences sans entretien du cycle de vie réel des disjoncteurs SF6. arc de pré-claquage avant la fermeture, et l'autre est l'usure mécanique après que le matériau de contact de l'arc soit devenu mou après l'ablation.Il est nécessaire de proposer une nouvelle voie technique pour améliorer efficacement les indices de performance clés des matériaux de contact électrique. » La technologie doit être continuellement optimisée et innovée.Nous devons fermement saisir l'initiative dans nos propres mains.", a déclaré Chen Xin.

Face au besoin urgent des équipements nationaux de transmission et de transformation d'énergie pour la mise à niveau des matériaux de contact électrique des composants de base du disjoncteur haute tension, à partir de 2016, l'Institut des nouveaux matériaux électriques de l'Institut commun de recherche, l'Institut européen, le groupe commun Pinggao et d'autres unités ont mené conjointement des recherches techniques sur les nouveaux matériaux de contact électrique à base de cuivre modifié au graphène et ont mené une coopération internationale en s'appuyant sur l'Institut européen et l'Université de Manchester, au Royaume-Uni.Aide à améliorer les performances du disjoncteur haute tension.

L'équipe travaille ensemble pour résoudre un certain nombre de problèmes techniques

L'amélioration synergique de la résistance à l'ablation à l'arc et de la résistance au frottement et à l'usure est la clé de la production en série de contacts électriques haute performance.La recherche sur les matériaux de contact électrique à haute tension dans les pays étrangers a commencé plus tôt et la technologie est relativement mature, mais la technologie de base est bloquée dans notre pays.S'appuyant sur un certain nombre de projets scientifiques et technologiques de l'entreprise, l'équipe du projet, en collaboration avec les capacités de R & D à l'étranger, la vérification des tests de type de groupe industriel et la démonstration d'application des compagnies d'électricité provinciales, a mis en place une jeune équipe scientifique et technologique avec « 80 " épine dorsale comme corps principal.

Les membres clés de l'équipe se sont enracinés en première ligne de R & D dans l'étape de R & D du mécanisme matériel et du processus de préparation ;Au stade de la production d'essai, l'entreprise s'est rendue chez le fabricant pour résoudre les problèmes techniques sur place, et a finalement surmonté la difficulté de l'équilibre entre les propriétés du matériau, la composition, la structure organisationnelle et le processus de préparation, et a fait une percée dans la technologie clé. d'améliorer les performances des matériaux ;Au stade du test de type, je suis resté à plusieurs reprises dans la station de test haute tension du groupe Pinggao, discuté avec le centre technologique du groupe Pinggao et l'équipe de R & D de la station haute tension, débogué à plusieurs reprises et finalement réalisé un saut qualitatif dans la capacité de coupure de haute la vie électrique du disjoncteur à haute tension de tension.

Grâce à des efforts continus, l'équipe de recherche a réussi à obtenir le système de formulation de matériaux de contact électrique composites à base de cuivre renforcé de graphène haute performance, rompu par les technologies clés du processus de conception directionnelle des matériaux de contact électrique au graphène et le moulage intégré par infiltration par frittage d'activation, et a réalisé l'industrie préparation de matériaux de contact électrique modifiés au graphène à plusieurs modèles.Pour la première fois, l'équipe a développé un contact électrique en alliage de cuivre et de tungstène modifié au graphène pour un disjoncteur à hexafluorure de soufre face à 252 kV et plus.Les indicateurs de performance clés tels que la conductivité et la résistance à la flexion sont meilleurs que ceux des produits actifs, améliorant considérablement la durée de vie électrique du disjoncteur haute tension actif, comblant le vide technique dans le domaine des matériaux de contact électrique pour commutateur haute tension modifiés au graphène , Il améliore le niveau de recherche et de développement indépendant de l'entreprise en matière de contacts électriques de commutation à courant élevé et de grande capacité, et contribue à assurer le fonctionnement sûr et fiable du système d'alimentation.

Les résultats du projet soutiennent la conception indépendante et l'application de localisation du disjoncteur

Du 29 au 31 octobre 2020, selon le schéma de vérification optimal formulé par l'institut de recherche commun et le groupe Pinggao après de nombreuses discussions, le nouveau disjoncteur à colonne ouverte de type 252kV / 63kA SF6 du groupe Pinggao basé sur le contact électrique a réussi 20 fois d'un pouvoir de coupure total unique.Zhong Jianying, ingénieur en chef du groupe Pinggao, a déclaré : « selon les avis du groupe d'experts sur l'acceptation du projet, la technologie globale du projet a atteint le niveau avancé international et les principaux indicateurs techniques ont atteint le niveau de pointe international. faire des percées dans les technologies de base pouvons-nous mieux aider les entreprises à contrôler les coûts et à assurer l'approvisionnement en matériaux clés. À l'avenir, nous devons continuer à renforcer la recherche sur l'ingénierie des systèmes et promouvoir la transformation industrielle des réalisations de la recherche scientifique. "

Cette réalisation soutient fortement la conception indépendante, le développement et l'application domestique du disjoncteur de poteau en porcelaine 252kV avec un courant de coupure de court-circuit nominal de 63kA et un courant nominal de 6300A dans le groupe Pinggao.Le disjoncteur de type pôle 252kV / 63kA a une forte demande du marché et une large zone de couverture.Le développement réussi de ce type de disjoncteur joue un rôle important dans le développement des marchés nationaux et étrangers des disjoncteurs nationaux, ce qui est propice à l'amélioration de la force de R & D et du niveau technique de l'entreprise dans le domaine de l'appareillage haut de gamme. , et a de bons avantages sociaux et économiques.

La demande du marché des contacts électriques haute tension en Chine est d'environ 300 000 jeux par an, et les ventes annuelles totales du marché s'élèvent à près de 1,5 milliard de yuans.Les nouveaux matériaux de contact électrique haute tension ont de larges perspectives de marché dans le développement futur du réseau électrique.À l'heure actuelle, les réalisations du projet ont atteint l'intention de coopération et de transformation avec Pinggao, Xikai, taikai et d'autres entreprises de commutation haute tension, jetant les bases de l'application de démonstration ultérieure et de la promotion à grande échelle dans le domaine de l'ultra haute tension et ultra- transmission et transformation d'énergie à haute tension.L'équipe du projet continuera de se concentrer sur la frontière de la science et de la technologie de l'énergie et de l'énergie, renforcera en permanence l'innovation et la pratique, et continuera à promouvoir la recherche et le développement indépendants et l'application de localisation de matériaux de base pour les équipements électriques haut de gamme.


Heure de publication : 08 juil-2021