Применение колец главных устройств в распределительных системах

با توجه به توسعه مداوم اقتصادی و افزایش تأثیر برق بر زندگی مردم، به خصوص در مناطق شهری با تراکم بار بالا، قابلیت اطمینان تأمین برق بسیار حیاتی است. ایجاد شبکه توزیع اساساً بر اساس ساختار حلقه اصلی می‌تواند به طور موثری قابلیت اطمینان تأمین برق را بهبود بخشد، پیوستگی تامین را تضمین کند و تأثیر شکست های تجهیزات توزیع و قطع برق ناشی از نگهداری را به حداقل برساند. واحد حلقه اصلی (RMU) به عنوان دستگاه کلیدی در حالت عملیاتی حلقه اصلی، به دلیل مزایایی مانند ساختار ساده، اندازه فشرده، هزینه کم، و توانایی بهبود پارامترهای، عملکرد و ایمنی تأمین برق، به طور گسترده در زیرстанسیون‌های توزیع و زیرستانسیون‌های فشرده در مراکز بار مانند محله‌های سکونتی شهری، ساختمان‌های بلند، سازه‌های عمومی بزرگ و کارخانجات صنعتی استفاده می‌شود.

۱. انواع واحدهای حلقه اصلی

در سیستم‌های توزیع، تجهیزات قادر به انجام عملیات حلقه اصلی عمدتاً شامل جعبه‌های شاخه‌ای کابلی نوع حلقه اصلی و RMUها می‌شود. جعبه‌های شاخه‌ای کابلی نوع حلقه اصلی هزینه کمتری دارند و مکان‌های نصب آنها بیشتر انعطاف‌پذیر هستند. آنها به ویژه در مناطق شهری پرجمعیت که کسب فضایی برای اتاق توزیع (که برای RMUها ضروری است) دشوار است، مزیت خاصی دارند و انعطاف‌پذیری آنها را نشان می‌دهند. با این حال، در مقایسه با RMUها، بزرگترین نقاط ضعف جعبه‌های شاخه‌ای نوع حلقه اصلی عملکرد ایمنی ضعیف‌تر (به ویژه در مورد اقدامات ضد خطای غیرقابل توجه)، محیط عملیاتی نامناسب و خطراتی خاص هستند. اگر شرایط اجازه دهند، نویسنده توصیه می‌کند که از RMUها برای تنظیمات حلقه اصلی استفاده اولویتی شود. RMUها می‌توانند بر اساس نوع سوئیچ بار مورد استفاده به چند نوع تقسیم‌بندی شوند: RMUهای هوایی، RMUهای پیستونی، RMUهای خلاء و RMUهای SF6. از بین اینها، RMUهای هوایی و پیستونی به دلیل نقص‌های فاجع بخش و قابلیت اطمینان کم در سوئیچ‌های بار خود تقریباً منسوخ شده‌اند. RMUهای خلاء و SF6 به دلیل عملکرد بالا، عملکرد قابل اعتماد و نگهداری در سیستم‌های توزیع به طور گسترده استفاده می‌شوند.

۱.۱ واحدهای حلقه اصلی خلاء

سال‌ها تولید و استفاده داخلی از شیرهای مداربر قطع خلاء و تجهیزات مداربر خلاء تکنولوژی خلاء را در چین نسبتاً رسیده کرده است. RMUهای خلاء توسعه یافته داخلی در تست‌های نوع نشان داده‌اند که عملکرد بالایی دارند اما استفاده گسترده‌ای نیافته‌اند. دلیل اصلی این موضوع کارایی کمتر مکانیسم‌های عملیاتی است. طراحی مکانیسم‌های عملیاتی برای سوئیچ‌های خلاء نسبتاً پیچیده است و به دلیل سطح مواد اولیه داخلی، تکنولوژی پردازش و کنترل کیفیت، کیفیت مکانیسم‌های عملیاتی تولید شده توسط تولیدکنندگان داخلی هنوز به طور واقعی به معیار نرسیده است. عملیات و نگهداری دشوار است و چگونگی اندازه‌گیری درجه خلاء در RMUهای خلاء یک چالش بزرگ در نگهداری است.

۱.۲ مزایا و معایب واحدهای حلقه اصلی SF6

استفاده از RMUهای SF6 در سیستم‌های توزیع عمدتاً توسط محصولات وارداتی غالب است. آنها به دلیل عملکرد فوق‌العاده، عملکرد قابل اعتماد، طراحی کاملاً عایق شده و مزیت بدون نگهداری توسط بخش‌های تأمین برق به طور گسترده مورد استقبال قرار گرفته‌اند. RMUهای SF6 نمونه‌ای شامل RM6 شناخته شده، SafeRing ABB و 8DJ20 Siemens است. با این حال، در طول عملیات نیز محدودیت‌هایی وجود دارد.

۱.۲.۱ مزایای RMUهای SF6:

(۱) مشخصات عملکرد بالا: RMUهای SF6 فرکانس عملیاتی بالایی دارند و می‌توانند بار فعال نامزدی تا ۱۰۰ بار را قطع و متصل کنند. آنها همچنین ظرفیت قطع خوبی دارند و می‌توانند جریان‌های بالا را تحمل کنند.

(۲) نگهداری آسان: طراحی سطح کابین کاربرپسند است. راهنمایی‌های واضح مسیرهای کابلی روی پنل برای عملیات ارائه می‌دهند. بعضی از محصولات حتی احتیاطات را روی سطح کابین نوشته‌اند که بیشتر از خطاهای اپراتور جلوگیری می‌کند. بیشتر محصولات RMU با دستگاه‌هایی مجهز شده‌اند که می‌توانند وضعیت زنده بودن مدار اصلی را تشخیص دهند، این امر نشان‌دهنده وضعیت زنده بودن و وقتی با قفل‌های الکترومغناطیسی ترکیب می‌شوند، جلوگیری از بستن در دستی در حالت زنده می‌کند و خطاهای اپراتور را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، پنجره نمایشی اکریلیک شفاف روی در جلو امکان مشاهده مستقیم وضعیت باز و بسته بودن سوئیچ را فراهم می‌کند که بسیار آسان است.

(۳) انعطاف‌پذیری قوی: RMUهای مدرن می‌توانند به طور بسیار انعطاف‌پذیر نیازهای مختلف طراحی شبکه‌های توزیع را برآورده کنند و می‌توانند به طور دلخواه بر اساس شرایط واقعی ترکیب شوند. علاوه بر این، روش‌های اتصال کابل نیز بسیار انعطاف‌پذیر هستند و اتصالات قابل تطبیق حتی روی سطوح ناهموار بدون ایجاد تخلیه‌های جزئی امکان‌پذیر است.

۱.۲.۲ معایب RMUهای SF6:

(۱) تنظیمات انعطاف‌پذیری: تنها می‌توانند از تعداد محدودی از طرح‌های ارائه شده توسط تولیدکننده انتخاب شوند که موجب دشواری در برآورده کردن نیازهای خاص کاربران می‌شود.

(۲) عدم امکان گسترش: پس از راه‌اندازی تجهیزات، معمولاً گسترش امکان‌پذیر نیست.

(۳) نیاز به لوازم اختصاصی: نیاز به لوازم اختصاصی مانند پایانه‌های کابل خاص که می‌تواند هزینه‌بر باشد.

(۴) الزامات نصب سخت: اگر الزامات نصب رعایت نشود، واحدها ممکن است عملکرد مورد نظر خود را نیافته باشند.

به دلیل تنظیمات انعطاف‌پذیری کم SF6 RMUهای کاملاً عایق شده، استفاده از RMUهای SF6 نیمه‌عایق شده قابل گسترش در شبکه‌های توزیع افزایش یافته است. RMUهای نیمه‌عایق شده دارای کامره‌های گازی مستقل برای هر واحد هستند که آنها را برای گسترش، نصب و تعویض آسان می‌کند. در حال حاضر، RMUهای مورد استفاده گسترده شامل SM6 شناخته شده، Uniswitch ABB و 8DH10 Siemens است. با تسلط تدریجی تولیدکنندگان داخلی بر تکنولوژی سوئیچ بار SF6، تعداد و کیفیت RMUهای SF6 تولید داخلی به طور مداوم در حال بهبود است. با این حال، در حال حاضر بازار RMUهای ۱۰kV و ۲۰kV SF6 داخلی هنوز توسط شرکت‌های خارجی (مانند شناخته شده یا ABB) غالب است.

۲. مشکلات RMUهای حلقه اصلی SF6

۲.۱ میزان رطوبت در گاز SF6

RMUهای SF6 به ندرت با گزارش‌های آزمون میزان رطوبت همراه هستند. به عنوان اپراتور تجهیزات، شرکت‌های تأمین برق معمولاً نمی‌توانند میزان رطوبت را خود اندازه‌گیری کنند. میزان رطوبت در گاز SF6 به طور مستقیم تأثیر بر عملکرد خاموش‌کننده آن و عملکرد ایمن عملیاتی تجهیزات دارد. برای RMUهای SF6 که سال‌ها در حال عملیات هستند، ارزیابی وضعیت توانایی خاموش‌کننده آن‌ها چالش‌برانگیز است.

۲.۲ مشکلات نشت گاز SF6

RMUهای SF6 ممکن است دارای مشکلات عایق‌بندی باشند که منجر به نشت گاز می‌شود. تجربه عملی نشان می‌دهد که اگرچه تجهیزات وارداتی معمولاً عملکرد عایق‌بندی خوبی دارند، اما حوادث نشت هنوز رخ می‌دهند. از آنجا که بیشتر واحدها دارای دستگاه‌های نظارت بر گاز نیستند، کاربران ممکن است از نشت آگاه نباشند و این می‌تواند خطرات پنهانی ایجاد کند. این موضوع به ویژه در مورد عملکرد (عایق، قطع و غیره) RMU در فشار صفر و توانایی تحمل خطاهای قوس داخلی مهم است. بسیاری از این محصولات از مکانیسم‌های عملیاتی دستی استفاده می‌کنند و اپراتوران در نزدیکی آنها کار می‌کنند. یک حادثه می‌تواند پیامدهای جدی داشته باشد. در حال حاضر، شامل کردن نشانگر فشار به عنوان الزامی شده و به عنوان لوازم ضروری برای RMUهای نیمه‌عایق شده شامل شده است.

۲.۳ مشکلات مکانیسم

در حفاظت ترانسفورماتورهای توزیع، واحدهای ترکیبی که از سوئیچ بار و فیوز استفاده می‌کنند معمول هستند. سوئیچ بار جریان بار را قطع می‌کند و فیوز جریان‌های کوتاه و بیش از حد را قطع می‌کند. در شبکه توزیع هبی، حوادثی رخ داده است که در RMUهای کاملاً عایق شده فیوز منفجر شده است اما سوئیچ بار به طور قابل اعتمادی باز نشده است و این باعث شده است که ترانسفورماتور خراب شده باقی بماند. دلیل این موضوع حرکت بیش از حد سیم رها در مکانیسم عملیاتی کنترل شده برای رها شدن بود که از جلوگیری از تأثیر نیروی پین ضربه‌ای فیوز بر فعال شدن مکانیسم رها شدن سوئیچ بار جلوگیری کرد. این نقص می‌تواند با تنظیم سیم رها و گیره‌ها حل شود. علاوه بر این، شبیه‌سازی عملیات فیوز برای واحدهای تغذیه ترانسفورماتور به عنوان یک آزمون الزامی قبل از راه‌اندازی شامل شده است.

۲.۴ مشکل ماده محافظ کننده

RMUهای نیمه‌عایق شده معمولاً نمی‌توانند از پایانه‌های کابل قابل لمس استفاده کنند. محافظ کننده‌های مساوی اغلب برای حل مشکل فاصله کافی بین فاز‌ها در نقاط اتصال پایانه کابل استفاده می‌شوند. با این حال، محافظ کننده‌های آلومینیومی بسیار حساس به محیط‌های مرطوب هستند. حتی با استفاده از گرمکن‌های ضد تعریق، کارایی آنها در شرایط مرطوب محدود است. در سیستم‌های توزیع ۲۰kV، فرسایش شدید این محافظ کننده‌ها مشاهده شده است. خشونت سطح و محصولات فرسایشی سفیدرنگ میدان الکتریکی را بر روی سطح محافظ کننده نامتجانس می‌کنند و اثر محافظ کننده را لغو می‌کنند. به دلیل فواصل کوچک بین فاز‌ها در اطراف محافظ کننده‌ها، ترکیبات روزانه دما تعریق در پایین کامره گاز ایجاد می‌کند که می‌تواند به منطقه محافظ کننده بازگردد و مسیر تخلیه ایجاد کند. ماده اپوکسی محافظ‌های عایق‌بندی در پایین کامره گاز می‌تواند فرسایش الکتریکی شدیدی داشته باشد که در نهایت منجر به مسیرهای تخلیه بین فاز و در نهایت تخریب عایق سطحی می‌شود. این کل فرآیند تخلیه به تدریج اتفاق می‌افتد. برای حل مشکل تعریق، شرکت‌های تأمین برق می‌توانند محافظ کننده RMU را بهبود بخشند و به پوشش‌های عایق‌بندی کابل سیلیکونی تغییر دهند. این پوشش‌ها در داخل از لایه نیمه‌رسانا استفاده می‌کنند که همچنان می‌تواند اثر محافظ کننده را فراهم کند. طراحی RMU بهبود یافته آزمون‌های تعریق و تحمل ولتاژ را عبور داده و برای آزمایش در شبکه توزیع برنامه‌ریزی شده است.

۳. پیشنهادات برای انتخاب RMUهای SF6

(۱) انتخاب RMUهای قابل گسترش: تنظیمات انعطاف‌پذیر، نصب آسان و قابلیت گسترش آنها نشان‌دهنده جهت آینده استفاده از RMUهای SF6 است.

(۲) در نظر گرفتن نگهداری: بهتر است سوئیچ بار SF6 با دستگاهی برای نظارت بر فشار SF6 مجهز شود. در غیر این صورت، باید آزمون قطع در فشار صفر را عبور داده باشد.

(۳) در نظر گرفتن اقلیم و مکان: محصولاتی را انتخاب کنید که آزمون‌های تعریق را عبور داده‌اند. برای RMUهای کوچک مانند واحدهای پایانی که گسترش آینده در نظر گرفته نشده است، استفاده از RMUهای کاملاً عایق شده می‌تواند تأثیر تعریق بر تجهیزات را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

خلاصه

سال‌ها تجربه عملی نشان داده است که در میان انواع RMUها، RMUهای SF6 عملکرد بالا، قابلیت اطمینان، اندازه کوچک، نیاز کم به فضا و نگهداری کم دارند که منجر به استفاده گسترده‌تر آنها شده است. با توجه به عوامل مختلفی مانند هزینه‌های نگهداری، سرمایه‌گذاری‌های ثانویه و قابلیت اطمینان، توصیه می‌شود که در پروژه‌های بازسازی و ساخت شبکه توزیع، اگر شرایط اجازه دهند، از RMUهای SF6 استفاده اولویتی شود. در طول برنامه‌ریزی و ساخت، باید به طور کافی به ادغام دستگاه‌های خودکار و استفاده از تجهیزات ایمن، قابل اعتماد و پیشرفته توجه شود تا سطح توزیع افزایش یابد و شبکه توزیع بیشتر قابل اطمینان و ایمن شود.