Aplikace okružních distribučních jednotek v distribučních systémech

S neustálým ekonomickým rozvojem a rostoucím vlivem elektřiny na životy lidí, zejména v městských oblastech s vysokou hustotou zatížení, je spolehlivost dodávky elektrické energie obzvláště důležitá. Vytvoření distribuční sítě založené především na kruhovém uspořádání může efektivně zlepšit spolehlivost dodávky elektrické energie, zajistit nepřetržitost dodávek a minimalizovat dopad selhání distribučního zařízení a výpadků kvůli údržbě. Jako klíčové zařízení v režimu kruhového provozu jsou Ring Main Unit (RMU) široce používány v distribučních částech a kompaktních transformačních stanicích v nákladových centrech, jako jsou městské bytové čtvrti, vysoké budovy, velké veřejné stavby a průmyslové závody, díky svým výhodám, jako je jednoduchá konstrukce, kompaktní rozměry, nízké náklady a schopnost zlepšovat parametry, výkon a bezpečnost dodávky elektrické energie.

1. Typy Ring Main Unit

V distribučních systémech se zařízení, která mohou plnit funkci kruhového uspořádání, týkají především kabelových odbočkových boxů typu kruhového uspořádání a RMU. Kabelové odbočkové boxy typu kruhového uspořádání jsou levnější a nabízejí flexibilnější místa pro instalaci. Jsou obzvláště výhodné v vybudovaných městských oblastech, kde je obtížné získat prostor pro distribuční místnost (která je pro RMU nutná), což ukazuje jejich flexibilitu. Avšak ve srovnání s RMU, největší nevýhody kabelových odbočkových boxů typu kruhového uspořádání spočívají v horším bezpečnostním výkonu (obzvláště ohledně opatření proti chybnému obsluhování), nedostatečném pracovním prostředí a určitých rizikách. Pokud to podmínky dovolí, autor doporučuje upřednostnit použití RMU pro kruhové uspořádání. RMU lze rozdělit do několika typů podle použitého typu nákladového spínače: vzduchové RMU, pístové RMU, vakuumové RMU a SF6 RMU. Mezi nimi byly vzduchové a pístové RMU většinou vyřazeny kvůli fatálním vadám a nízké spolehlivosti svých nákladových spínačů. Vakuumová RMU a SF6 RMU jsou široce používána v distribučních systémech díky svému vysokému výkonu, spolehlivému fungování a údržbě.

1.1 Vakuumové Ring Main Unit

Roky domácí výroby a používání vakuumových spínačů a vakuumového zařízení vedly k relativně zralé vakuumové technologii v Číně. Domácí vakuumové RMU ukázaly vysoký výkon v typových zkouškách, ale nebyly široce používány. Hlavní důvodem je nedostatečný výkon obsluhovacího mechanismu. Návrh obsluhovacích mechanismů pro vakuumové spínače je relativně složitý a kvůli úrovni domácích surovin, zpracovatelské technologie a kontroly kvality, kvalita obsluhovacích mechanismů vyráběných domácími výrobci dosud skutečně neodpovídá požadavkům. Obsluha a údržba jsou obtížné a jak měřit stupeň vakuua u vakuumových RMU je hlavním problémem v údržbě.

1.2 Výhody a nevýhody SF6 Ring Main Unit

Použití SF6 RMU v distribučních systémech je především ovládáno dováženými produkty. Jsou široce vítány energetickými společnostmi kvůli svému vynikajícímu výkonu, spolehlivému fungování, plně izolovanému uzavřenému návrhu a výhodám bezúdržbového provozu. Typická SF6 RMU zahrnují Schneiderova RM6, ABB SafeRing a Siemens 8DJ20. Existují však i některé nedostatky během provozu.

1.2.1 Výhody SF6 RMU:

(1) Vysoké výkonné parametry: SF6 RMU mají vysokou frekvenci provozu, schopny jsou 100krát zavřít a otevřít nominální aktivní zátěž. Mají také dobré schopnosti přerušování a mohou snést vysoké proudy.

(2) Pohodlná údržba: Návrh povrchu skříně je uživatelsky přívětivý. Jasná diagramy zapojení na panelu poskytují pokyny pro obsluhu. Některé produkty dokonce uvádějí opatrnosti na povrchu skříně, což dále snižuje kmitočet chybného obsluhování. Většina produktů RMU je vybavena zařízeními, která mohou detekovat stav napájení hlavního obvodu, což poskytuje indikaci stavu napájení a když jsou kombinovány s elektromagnetickými zámky, zabrání zavření dveří rukojeti při napájení, což snižuje chybné obsluhování. Kromě toho transparentní akrylové okénko na přední dveři umožňuje přímý pohled na stav otevření/zavření spínače, což je velmi pohodlné.

(3) Silná flexibilita: Moderní RMU mohou velmi flexibilně splňovat požadavky různých návrhů distribuční sítě a mohou být libovolně kombinovány podle aktuální situace. Dále jsou velmi flexibilní i způsoby připojení kabelů, což umožňuje adaptivní připojení i na nerovném terénu bez vzniku částečných výbojků.

1.2.2 Nevýhody SF6 RMU:

(1) Nedostatečná flexibilita konfigurace: Lze je vybírat pouze z omezeného počtu variant poskytovaných výrobcem, což ztěžuje splnění různých specifických potřeb uživatelů.

(2) Nedostatečná možnost rozšíření: Po zavedení spínačového zařízení je obecně nemožné ho rozšířit.

(3) Potřeba speciálních příslušenství: Vyžadují speciální příslušenství, jako jsou specifické kabelové konektory, což může být nákladné.

(4) Přísné požadavky na instalaci: Pokud nejsou splněny požadavky na instalaci, jednotky nemusí dosáhnout požadovaného výkonu.

Díky nedostatečné flexibilitě plně uzavřených SF6 RMU se v distribučních sítích zvyšuje používání rozšiřitelných polouzavřených SF6 RMU. Polouzavřená RMU mají samostatné plynné komory pro každou jednotku, což je snadné rozšířit, instalovat a vyměnit. V současné době jsou široce používány RMU, jako jsou Schneider SM6, ABB Uniswitch a Siemens 8DH10. S postupným ovládnutím technologie SF6 nákladových spínačů domácími výrobci se množství a kvalita domácích SF6 RMU postupně zlepšují. Nicméně, v současné době je trh pro domácí 10kV a 20kV SF6 RMU stále převážně ovládán zahraničními společnostmi (jako Schneider nebo ABB).

2. Problémy s SF6 Ring Main Unit

2.1 Vlhkost SF6 plynu

SF6 RMU málo často přicházejí s testovacími zprávami o vlhkosti. Jako provozovatel zařízení, energetické společnosti často nemohou měřit vlhkost samy. Úroveň vlhkosti v SF6 plynu přímo ovlivňuje jeho schopnost hasit oblouky a bezpečný provozní výkon zařízení. Pro SF6 RMU, které byly v provozu po několik let, je hodnocení stavu jejich schopnosti hasit oblouky výzvou.

2.2 Problemy s úniky SF6 plynu

SF6 RMU mohou mít problémy s uzavřením, což vede k únikům plynu. Praktické zkušenosti ukazují, že i když dovážené zařízení obecně má dobré uzavírací vlastnosti, dochází k únikům. Protože většina jednotek není vybavena zařízeními pro sledování plynů, uživatelé mohou být nevědomi úniků, což může vytvářet skryté nebezpečí. To je obzvláště znepokojující ohledně výkonu (izolace, přepínání atd.) RMU při nulovém tlaku a schopnosti odolat vnitřním obloukovým poruchám. Mnoho těchto produktů používá ruční obsluhovací mechanismy, a operátoři pracují v blízkosti. Nehoda by mohla mít vážné následky. V současné době se stal indikátor tlaku povinným požadavkem, který je zahrnut jako nezbytný příslušenství pro polouzavřená RMU.

2.3 Problémy s mechanismy

V ochraně distribučních transformátorů jsou běžné kombinační jednotky používající nákladové spínače plus pojistky. Nákladový spínač přeruší nákladový proud, a pojistka přeruší krátkozávodné a přetížení proudy. V distribuční síti Hebeji došlo k incidentům s plně uzavřenými RMU, kdy pojistka vyhořela, ale nákladový spínač neotevřel spolehlivě, což bránilo odpojení vadného transformátoru a způsobilo závažné poškození. Příčinou byl příliš dlouhý tah drátu pro uvolňovací mechanismus, což zabránilo síle nárazu z páčidla pojistky v úspěšném aktivaci uvolňovacího mechanismu nákladového spínače. Tento defekt lze vyřešit úpravou drátu a stěsnanosti matice. Kromě toho by simulace pojistkového fungování pro jednotky vedení transformátoru byla zahrnuta jako povinný před-zavedením test.

2.4 Materiálový problém rovnoměrného štítu

Polouzavřená RMU obvykle nemohou používat dotykem bezpečné kabelové konektory. Rovnoměrné štíty jsou často používány k řešení nedostatečné fázové vzdálenosti na místech připojení kabelových konektorů. Nicméně, hliníkové rovnoměrné štíty jsou velmi citlivé na vlhké prostředí. I když jsou použity s antikondenzačními topiči, jejich efektivita v vlhkých podmínkách je omezená. V distribučních systémech 20kV byla pozorována závažná koroze těchto štítů. Povrchová hrubost a bílá práškovitá korozní produkta ruší rovnoměrnost elektrického pole na povrchu štítu, což zrušuje rovnoměrný efekt. Vzhledem k malé fázové vzdálenosti kolem štítů, kombinované s denními teplotními změnami, se kondenzace vytváří na dně plynné komory a může se vrátit do oblasti štítu, což vytváří cestu pro výboj. Epoxy materiál izolačních bariér na dně plynné komory může utrpět závažnou elektrickou korozí, což nakonec vede k mezifázovým výbojovým cestám a konečně k povrchovému izolačnímu propadu. Celý tento výbojový proces je postupný. K řešení kondenzace mohou energetické společnosti upravit rovnoměrný štít RMU, přepnout na silikonové gumi izolační kabelové konektory. Tyto kryty interně používají polovodičovou vrstvu, což může stále poskytnout rovnoměrný efekt. Zlepšený návrh RMU prošel testy kondenzace a výdrži a je plánován pro zkušební provoz v distribuční síti.

3. Doporučení pro výběr SF6 RMU

(1) Vyberte rozšiřitelná RMU: Jejich flexibilní konfigurace, snadná instalace a snadná rozšiřitelnost představují budoucí směr používání SF6 RMU.

(2) Zvažte údržbu: Ideálně by měl SF6 nákladový spínač být vybaven zařízením pro sledování tlaku SF6. Jinak by měl projít testem přepínání při nulovém tlaku.

(3) Zvažte klimatické a lokální podmínky: Vyberte produkty, které prošly testy kondenzace. Pro malá kruhová zařízení, jako jsou koncové jednotky, kde není v budoucnu zvažováno rozšíření, použití plně uzavřených RMU může výrazně snížit dopad kondenzace na zařízení.

Souhrn

Roky operační praxe ukazují, že mezi různými typy RMU nabízejí SF6 RMU vysoký výkon, spolehlivost, kompaktní rozměry, nízké požadavky na prostor a minimální údržbu, což vede k jejich nejširšímu použití. Zvažováním různých faktorů, jako jsou náklady na údržbu, sekundární investice a spolehlivost, je doporučeno, kde to podmínky dovolí, upřednostnit použití SF6 RMU v projektech renovace a výstavby distribuční sítě. Během plánování a výstavby by měla být vystačena dostatečná pozornost na začlenění automatizačních zařízení a použití bezpečných, spolehlivých a pokročilých zařízení, aby se zvýšila úroveň distribuce, což způsobí, že distribuční síť bude spolehlivější a bezpečnější.