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Aplicación de los Centros de Anillo en Sistemas de Distribución

Echo
Echo
Campo: Análisis de transformadores
China

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Con el desarrollo económico continuo y el creciente impacto de la electricidad en la vida de las personas, especialmente en áreas urbanas con alta densidad de carga, la confiabilidad del suministro de energía es especialmente crucial. Establecer una red de distribución principalmente basada en una estructura de anillo puede mejorar eficazmente la confiabilidad del suministro de energía, garantizar la continuidad del suministro y minimizar el impacto de los fallos de equipos de distribución y las interrupciones por mantenimiento. Como dispositivo clave en el modo de operación de anillo, la Unidad de Anillo Principal (RMU) se utiliza ampliamente en subestaciones de distribución y subestaciones compactas en centros de carga como barrios residenciales urbanos, edificios de gran altura, grandes estructuras públicas e instalaciones industriales, gracias a sus ventajas como estructura simple, tamaño compacto, bajo costo y capacidad para mejorar los parámetros, rendimiento y seguridad del suministro de energía.

1. Tipos de Unidades de Anillo Principal

En sistemas de distribución, el equipo capaz de realizar funciones de anillo principal incluye principalmente cajas de derivación de cable tipo anillo y RMUs. Las cajas de derivación de cable tipo anillo son más económicas y ofrecen ubicaciones de instalación más flexibles. Son particularmente ventajosas en áreas urbanas consolidadas donde obtener espacio para un cuarto de distribución (necesario para RMUs) es difícil, demostrando su flexibilidad. Sin embargo, en comparación con RMUs, las mayores desventajas de las cajas de derivación de anillo son un rendimiento de seguridad inferior (especialmente en cuanto a medidas contra la manipulación errónea), entornos de operación insatisfactorios y ciertos riesgos. Si las condiciones lo permiten, el autor recomienda priorizar el uso de RMUs para configuraciones de anillo. Los RMUs se pueden clasificar en varios tipos según el tipo de interruptor de carga utilizado: RMUs de aire comprimido, RMUs de pistón, RMUs de vacío y RMUs de SF6. Entre estos, los RMUs de aire comprimido y de pistón han sido en gran medida descontinuados debido a defectos fatales y baja confiabilidad en sus interruptores de carga. Los RMUs de vacío y de SF6 se utilizan ampliamente en sistemas de distribución debido a su alto rendimiento, operación y mantenimiento confiables.

1.1 Unidades de Anillo Principal de Vacío

Años de producción y uso doméstico de interruptores y equipos de circuito de vacío han hecho que la tecnología de vacío sea relativamente madura en China. Los RMUs de vacío desarrollados localmente han demostrado un alto rendimiento en pruebas de tipo, pero no se han utilizado de manera generalizada. La razón principal es el mal desempeño del mecanismo de operación. El diseño de los mecanismos de operación para interruptores de vacío es relativamente complejo, y debido al nivel de materias primas, tecnología de procesamiento y control de calidad domésticos, la calidad de los mecanismos de operación producidos por fabricantes locales aún no ha cumplido realmente con los estándares. La operación y el mantenimiento son difíciles, y cómo medir el grado de vacío en los RMUs de vacío es un gran desafío en el mantenimiento.

1.2 Ventajas y Desventajas de las Unidades de Anillo Principal de SF6

La aplicación de RMUs de SF6 en sistemas de distribución está dominada principalmente por productos importados. Son muy bien recibidos por los departamentos de suministro de energía debido a su excelente rendimiento, operación confiable, diseño totalmente sellado y ventajas de mantenimiento sin necesidad de intervención. Ejemplos típicos de RMUs de SF6 incluyen el RM6 de Schneider, el SafeRing de ABB y el 8DJ20 de Siemens. Sin embargo, también tienen algunas desventajas durante la operación.

1.2.1 Ventajas de los RMUs de SF6:

(1) Especificaciones de Alto Rendimiento: Los RMUs de SF6 tienen una alta frecuencia de operación, capaces de hacer y romper cargas activas nominales hasta 100 veces. También poseen una buena capacidad de interrupción y pueden soportar corrientes elevadas.

(2) Mantenimiento Conveniente: El diseño de la superficie del gabinete es amigable para el usuario. Los diagramas de cableado claros en el panel proporcionan orientación para la operación. Algunos productos incluso notan precauciones en la superficie del gabinete, reduciendo aún más la incidencia de errores del operador. La mayoría de los productos RMU están equipados con dispositivos que pueden detectar el estado de alimentación del circuito principal, proporcionando indicación del estado de alimentación y, cuando se combinan con cerraduras electromagnéticas, impidiendo que la puerta del mango se cierre cuando está alimentada, reduciendo las operaciones erróneas. Además, una ventana de observación de acrílico transparente en la puerta frontal permite ver directamente el estado de apertura/cierre del interruptor, lo cual es muy conveniente.

(3) Alta Flexibilidad: Los RMUs modernos pueden satisfacer de manera muy flexible los requisitos de diversos diseños de redes de distribución y pueden combinarse arbitrariamente según las circunstancias reales. Además, los métodos de conexión de cables también son muy flexibles, permitiendo conexiones adaptables incluso en terrenos irregulares sin causar descargas parciales.

1.2.2 Desventajas de los RMUs de SF6:

(1) Configuración Inflexible: Solo se pueden seleccionar de un número limitado de esquemas proporcionados por el fabricante, lo que dificulta satisfacer diversas necesidades específicas de los usuarios.

(2) Imposibilidad de Expansión: Una vez que el equipo de conmutación se pone en servicio, generalmente no es posible expandirlo.

(3) Requisito de Accesorios Especiales: Requieren accesorios especializados como terminaciones de cable específicas, que pueden ser costosos.

(4) Requisitos de Instalación Estrictos: Si no se cumplen los requisitos de instalación, las unidades pueden no lograr el rendimiento previsto.

Debido a la configuración inflexible de los RMUs de SF6 totalmente sellados, el uso de RMUs de SF6 semisellados y expansibles en redes de distribución ha aumentado. Los RMUs semisellados tienen compartimentos de gas independientes para cada unidad, lo que facilita su expansión, instalación y reemplazo. Actualmente, los RMUs ampliamente utilizados incluyen el SM6 de Schneider, el Uniswitch de ABB y el 8DH10 de Siemens. A medida que los fabricantes nacionales van dominando la tecnología de interruptores de carga de SF6, la cantidad y la calidad de los RMUs de SF6 producidos localmente están mejorando constantemente. Sin embargo, actualmente, el mercado de RMUs de SF6 de 10kV y 20kV sigue siendo dominado principalmente por empresas extranjeras (como Schneider o ABB).

2. Problemas con las Unidades de Anillo Principal de SF6

2.1 Contenido de Humedad en el Gas SF6

Los RMUs de SF6 rara vez vienen con informes de prueba de contenido de humedad. Como operadores del equipo, las compañías de suministro de energía a menudo no pueden medir el contenido de humedad por sí mismas. El nivel de humedad en el gas SF6 afecta directamente su rendimiento de extinción de arco y el rendimiento seguro de operación del equipo. Para RMUs de SF6 que han estado en operación durante años, evaluar el estado de su capacidad de extinción de arco es un desafío.

2.2 Problemas de Fugas de Gas SF6

Los RMUs de SF6 pueden tener problemas de sellado que llevan a fugas de gas. La experiencia práctica muestra que, aunque el equipo importado generalmente tiene un buen rendimiento de sellado, aún ocurren incidentes de fuga. Dado que la mayoría de las unidades carecen de dispositivos de monitoreo de gas, los usuarios pueden no estar al tanto de las fugas, lo que potencialmente crea peligros ocultos. Esto es particularmente preocupante en cuanto al rendimiento (aislamiento, conmutación, etc.) del RMU a presión cero y su capacidad para resistir fallas de arco internas. Muchos de estos productos usan mecanismos de operación manual, y los operadores trabajan en cercanía. Un accidente podría tener consecuencias graves. Actualmente, incluir un indicador de presión se ha convertido en un requisito obligatorio, incluido como un accesorio necesario para RMUs semisellados.

2.3 Problemas de Mecanismo

En la protección de transformadores de distribución, es común usar unidades combinadas con interruptores de carga y fusibles. El interruptor de carga interrumpe la corriente de carga, y el fusible interrumpe las corrientes de cortocircuito y sobrecarga. En la red de distribución de Hebei, ocurrieron incidentes con RMUs totalmente sellados donde el fusible se fundió, pero el interruptor de carga no abrió de manera confiable, lo que impidió que el transformador defectuoso fuera desconectado, causando daños severos. La causa fue un recorrido excesivo en el cable de viaje del mecanismo de operación controlado para el disparo, lo que impidió que la fuerza de impacto del pin golpeador del fusible activara exitosamente el mecanismo de disparo del interruptor de carga. Este defecto se puede resolver ajustando el cable de viaje y la tensión de las tuercas. Además, simular la operación del fusible para las unidades de alimentación de transformadores se ha incluido como una prueba pre-comisionamiento obligatoria.

2.4 Problema de Material del Escudo de Igualización

Los RMUs semisellados generalmente no pueden usar terminaciones de cable táctiles. Se utilizan escudos de igualización para abordar la distancia insuficiente entre fases en los puntos de conexión de las terminaciones de cable. Sin embargo, los escudos de igualización de aluminio son altamente susceptibles a ambientes húmedos. Incluso cuando se usan con calentadores anticondensación, su efectividad en condiciones húmedas es limitada. En sistemas de distribución de 20kV, se ha observado una corrosión severa de estos escudos. La rugosidad superficial y los productos de corrosión blancos y polvorientos interrumpen la uniformidad del campo eléctrico en la superficie del escudo, anulando el efecto de igualización. Debido a las pequeñas distancias entre fases alrededor de los escudos, junto con las variaciones diarias de temperatura, se forma condensación en la parte inferior del compartimento de gas, que puede fluir hacia el área del escudo, creando un camino de descarga. El material de epoxi de las barreras aislantes en la parte inferior del compartimento de gas puede sufrir una corrosión eléctrica severa, eventualmente conduciendo a caminos de descarga entre fases y, finalmente, a un colapso del aislamiento superficial. Este proceso de descarga es gradual. Para abordar la condensación, las compañías de suministro de energía pueden modificar el escudo de igualización del RMU, cambiándolo a cubiertas de cable de silicona. Estas cubiertas usan internamente una capa de semiconductor, que aún puede proporcionar un efecto de igualización. El diseño mejorado del RMU ha pasado pruebas de condensación y resistencia a voltaje y está programado para una prueba de operación en la red de distribución.

3. Recomendaciones para la Selección de RMUs de SF6

(1) Elija RMUs expansibles: Su configuración flexible, fácil instalación y facilidad de expansión representan la dirección futura para el uso de RMUs de SF6.

(2) Considere el mantenimiento: Idealmente, el interruptor de carga de SF6 debe estar equipado con un dispositivo para monitorear la presión de SF6. De lo contrario, debe haber pasado una prueba de conmutación a presión cero.

(3) Considere el clima y la ubicación: Seleccione productos que hayan pasado pruebas de condensación. Para RMUs pequeños, como unidades terminales, donde no se considera la expansión futura, el uso de RMUs totalmente sellados puede reducir significativamente el impacto de la condensación en el equipo.

Resumen

Años de práctica operativa muestran que, entre los diversos tipos de RMUs, los RMUs de SF6 ofrecen un alto rendimiento, confiabilidad, tamaño compacto, requerimientos de espacio mínimos y poco mantenimiento, lo que lleva a su aplicación más amplia. Considerando diversos factores como los costos de mantenimiento, inversiones secundarias y confiabilidad, se recomienda, donde las condiciones lo permitan, priorizar el uso de RMUs de SF6 en proyectos de renovación y construcción de redes de distribución. Durante la planificación y construcción, se debe dar suficiente consideración a la incorporación de dispositivos de automatización y a la adopción de equipos seguros, confiables y avanzados para mejorar los niveles de distribución, haciendo que la red de distribución sea más confiable y segura.


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