Giải pháp truyền động thiết bị chuyển mạch điện áp cao

Thiết bị chuyển mạch cao áp, là thiết bị bảo vệ và điều khiển quan trọng trong hệ thống điện, dựa vào hiệu suất của cơ cấu truyền động để tác động trực tiếp đến tốc độ đóng/mở, độ tin cậy, tuổi thọ sử dụng và độ an toàn của hệ thống. Giải pháp truyền thống (cuộn dây điện từ, bộ lưu trữ năng lượng lò xo hoặc bộ truyền động thủy lực) đấu tranh để đáp ứng nhu cầu lưới điện thông minh hiện đại về tốc độ, độ chính xác và vận hành không cần bảo trì. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) kết hợp với công nghệ điều khiển thông minh đang cách mạng hóa các giải pháp truyền động cho ngành công nghiệp này.

I. Yêu cầu cốt lõi đối với bộ truyền động thiết bị đóng cắt HV

1. Độ tin cậy cực cao

Hoạt động không cần bảo trì trong nhiều thập kỷ ở môi trường khắc nghiệt (-40°C đến 70°C).

Tỷ lệ thất bại

2. Kiểm soát vị trí chính xác

Phá vỡ/làm lỗi vị trí điểm cuối ≤ ±0.5mm.

Ngăn chặn việc đánh lửa lại hồ quang do tiếp xúc gây ra.

3. Phản hồi động một phần nghìn giây

Thời gian cắt thường ≤ 30ms (ví dụ: đối với máy cắt ≥72,5kV).

4. Khả năng chịu được mạch ngắn

Khả năng chống lại lực điện động lớn từ dòng điện ngắn mạch> 50kA.

5. Tiêu thụ năng lượng thấp và không cần bảo trì

Loại bỏ các thành phần bôi trơn; không có rủi ro rò rỉ chất lỏng thủy lực.

II. Ưu điểm của giải pháp ổ đĩa IE5 PMSM

1. Đổi mới cấu trúc liên kết

đồ thị LR
A[Bộ điều khiển thông minh] --> B[IE5 PMSM]
B --> C [Hộp số có độ chính xác cao]
C --> D [Trục đầu ra tuyến tính]
D --> E[Chuyển đổi danh bạ]

• Truyền động trực tiếp/bán trực tiếp: Giảm giai đoạn bánh răng, tăng hiệu suất >95% và giảm thiểu các điểm hỏng hóc cơ học.

• Đóng gói theo mô-đun: Động cơ và bộ điều khiển được tích hợp trong vỏ kín có mức bảo vệ IP67.

2. Những đột phá công nghệ quan trọng

• Rotor quán tính cực thấp
♦ Rôto PM gắn trên bề mặt có liên kết bằng sợi carbon giúp giảm 60% quán tính so với động cơ thông thường, cho phép tăng tốc tới mô-men xoắn định mức trong

• Thiết kế chống khử từ

♦ Nam châm NdFeB + hộp hợp kim titan chịu được từ trường ngược 150°C và 200kA/m.

♦ Cảm biến nhiệt độ dự phòng kép giám sát nhiệt độ nam châm trong thời gian thực.

• Kiểm soát vị trí có độ chính xác cao

♦ Bộ mã hóa tuyệt đối 17-bit + FOC vòng kín (Điều khiển hướng trường) đạt độ phân giải 0,001°.

♦ Điều khiển lùi thích ứng giúp ngăn chặn nhiễu loạn tải.

3. Thuật toán truyền động thông minh

chắc chắn break_control():
    detect_điện áp_sag() # Phát hiện sụt áp lưới
    nếu khẩn cấp_mode:
        apply_S_curve_trajectory(accel=5000rad/s²) # Tăng tốc đột ngột
    khác:
        apply_minimum_arcing_time_profile() # Quỹ đạo thời gian phóng hồ quang tối thiểu
    Monitor_contact_position() # Phản hồi vị trí theo thời gian thực
    activate_active_damping() # Ngăn chặn phản hồi tích cực

III. Kịch bản ứng dụng & So sánh hiệu suất

IV. Nghiên cứu điển hình: Giải quyết các điểm yếu của ngành

vấn đề: Máy cắt GIS 550kV có độ nảy tiếp xúc >3ms gây ra nhiều lần đánh lửa lại (cơ cấu lò xo thông thường).

Giải pháp PMSM:

► Bù tiếp tiếp dựa trên vòng lặp dòng điện để dự đoán dao động mômen tải.

► Thuật toán phanh chủ động được kích hoạt 5ms trước khi đóng tiếp điểm.

kết quả: Thời gian thoát giảm xuống 0,8 mili giây; năng lượng hồ quang giảm 72%.

V. Xu hướng phát triển

• Tích hợp sâu

♦ SoC giám sát điều khiển truyền động (ví dụ: mô-đun TI C2000 + IGBT).

• Vật liệu tiên tiến

♦ Nam châm không chứa đất hiếm (ví dụ: hỗn hợp ferrite) giúp giảm 30% chi phí.

• Bảo trì đôi kỹ thuật số

♦ Chẩn đoán hao mòn tiếp điểm thông qua phân tích sóng hài dòng điện động cơ (nhận dạng tính năng dựa trên SVM).

• Tuân thủ tiêu chuẩn

♦ Đáp ứng yêu cầu "Chuyển mạch có điều khiển" theo tiêu chuẩn IEC 62271-100:2021.

VI. Tiêu chí lựa chọn

Xác minh:

1. Tuân thủ EMC: IEC 61000-4-5 (thử nghiệm đột biến ±4kV)
2. Độ bền cơ học: ≥10.000 hoạt động hết công suất (theo IEC 62271-301)
3. Ghi lỗi: Phá vỡ/làm cho việc chụp dạng sóng dịch chuyển dòng điện cuộn dây
4. Hiệu suất địa chấn: IEEE 693-2018 (tăng tốc 0,5g)

Kết luận: Ổ đĩa IE5 PMSM các giải pháp giải quyết các nhu cầu cao về tốc độ, độ chính xác và độ tin cậy trong thiết bị đóng cắt HV thông qua tối ưu hóa ba điều khiển điện từ-cơ khí. Khi hệ thống điện phát triển theo hướng thông minh, công nghệ này sẽ trở thành tiêu chuẩn cho máy cắt UHV 765kV và van chuyển đổi DC linh hoạt, mở ra kỷ nguyên "không cần bảo trì" cho thiết bị đóng cắt.