کاربرد واحدهای حلقه اصلی در سیستم‌های توزیع

با توجه به توسعه مداوم اقتصادی و افزایش تأثیر برق بر زندگی مردم، به خصوص در مناطق شهری با تراکم بار بالا، قابلیت اطمینان تامین برق بسیار مهم است. ایجاد شبکه توزیع اساساً بر اساس ساختار حلقه‌ای می‌تواند به طور موثر قابلیت اطمینان تامین برق را افزایش دهد، تداوم تأمین را تضمین کند و تأثیر خرابی‌های تجهیزات توزیع و قطع برق ناشی از نگهداری را به حداقل برساند. واحد حلقه‌ای (RMU) به عنوان دستگاه کلیدی در حالت عملیاتی حلقه‌ای، به دلیل مزایایی مانند ساختار ساده، اندازه کوچک، هزینه پایین و توانایی بهبود پارامترهای تأمین برق، عملکرد و ایمنی، به طور گسترده‌ای در زیرстанسیون‌های توزیع و زیرستانسیون‌های فشرده در مراکز بار مانند محله‌های سکونتی شهری، ساختمان‌های بلند، سازه‌های عمومی بزرگ و کارخانه‌های صنعتی استفاده می‌شود.

۱. انواع واحدهای حلقه‌ای

در سیستم‌های توزیع، تجهیزاتی که قادر به انجام عملیات حلقه‌ای هستند عمدتاً شامل جعبه‌های شاخه‌ای کابلی حلقه‌ای و RMUها می‌شوند. جعبه‌های شاخه‌ای کابلی حلقه‌ای کم‌هزینه‌تر هستند و مکان‌های نصب آنها بیشتر انعطاف‌پذیر است. آنها به ویژه در مناطق شهری ساخته شده که به دستیابی به فضایی برای اتاق توزیع (که برای RMUها ضروری است) دشوار است، نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری خود هستند. با این حال، در مقایسه با RMUها، بزرگ‌ترین معایب جعبه‌های شاخه‌ای حلقه‌ای عدم عملکرد ایمنی (به ویژه در مورد اقدامات ضد عمل غیرمجاز)، محیط کار نامناسب و خطرات خاصی هستند. اگر شرایط اجازه دهد، نویسنده توصیه می‌کند در تنظیمات حلقه‌ای از RMUها استفاده اولویت داده 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 کشنده و قابلیت اطمینان پایین در سوئیچ‌های بار خود، تقریباً حذف شده‌اند. RMUهای خلاء و SF6 به دلیل عملکرد بالا، عملکرد مطمئن و نگهداری مورد استفاده گسترده‌ای در سیستم‌های توزیع هستند.

۱.۱ واحدهای حلقه‌ای خلاء

سال‌های تولید و استفاده داخلی از قطعات برق خلاء و تجهیزات برق خلاء باعث شده تا فناوری خلاء نسبتاً رسیده در چین باشد. RMUهای خلاء توسعه یافته در داخل کشور در تست‌های نوع نشان‌دهنده عملکرد بالا داشته‌اند اما استفاده گسترده‌ای نیافته‌اند. دلیل اصلی این موضوع کارکرد ضعیف مکانیزم عملیاتی است. طراحی مکانیزم‌های عملیاتی برای سوئیچ‌های خلاء نسبتاً پیچیده است و به دلیل سطح مواد اولیه داخلی، فناوری پردازش و کنترل کیفیت، کیفیت مکانیزم‌های عملیاتی تولید شده توسط تولیدکنندگان داخلی هنوز به حقیقت 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 حلقه‌ای SF6

استفاده از RMUهای SF6 در سیستم‌های توزیع عمدتاً توسط محصولات وارداتی مسلط است. آنها به دلیل عملکرد عالی، عملکرد مطمئن، طراحی کاملاً عایق و بدون نگهداری مورد استقبال گسترده‌ای از سوی بخش‌های تأمین برق هستند. RMUهای SF6 نمونه‌ای مانند RM6 شرکت Schneider، SafeRing شرکت ABB و 8DJ20 شرکت Siemens وجود دارند. با این حال، در طول عملیات نیز برخی نقاط ضعف دارند.

۱.۲.۱ مزایای RMUهای SF6:

(۱) مشخصات عملکرد بالا: RMUهای SF6 دارای فرکانس عملیاتی بالا هستند و قادر به انجام و قطع بار فعال تا ۱۰۰ بار می‌باشند. آنها همچنین دارای ظرفیت قطع خوب و تحمل جریان‌های بالا هستند.

(۲) نگهداری آسان: طراحی رویه کابینت کاربرپسند است. نمودارهای سیم‌کشی روشن روی پنل راهنمایی برای عملیات ارائه می‌دهند. برخی محصولات حتی ملاحظات را روی رویه کابینت نوشته‌اند، که باعث کاهش خطاهای اپراتور می‌شود. بیشتر محصولات RMU دارای دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند وضعیت زنده بودن مدار اصلی را تشخیص دهند، این دستگاه‌ها وضعیت زنده بودن را نشان می‌دهند و با ترکیب با قفل الکترومغناطیسی، جلوی بسته شدن دریچه را وقتی که زنده است می‌گیرند، که باعث کاهش خطاهای عملیاتی می‌شود. علاوه بر این، یک پنجره مشاهده اکریلیک شفاف روی دریچه جلویی امکان مشاهده مستقیم وضعیت باز و بسته بودن سوئیچ را فراهم می‌کند، که بسیار آسان است.

(۳) انعطاف‌پذیری قوی: RMUهای مدرن می‌توانند بسیار انعطاف‌پذیر به نیازهای مختلف طراحی شبکه توزیع پاسخ دهند و می‌توانند به طور دلخواه بر اساس شرایط فعلی ترکیب شوند. علاوه بر این، روش‌های اتصال کابل نیز بسیار انعطاف‌پذیر هستند و حتی در زمین‌های ناهموار می‌توانند اتصالات قابل تطبیق ایجاد کنند بدون ایجاد تخلیه‌های جزئی.

۱.۲.۲ معایب RMUهای SF6:

(۱) تنظیم غیرقابل تغییر: تنها می‌توانند از تعداد محدودی طرح‌های ارائه شده توسط تولیدکننده انتخاب شوند که سخت می‌شود نیازهای خاص کاربران را برآورده کنند.

(۲) عدم امکان گسترش: پس از تحویل تجهیزات، معمولاً امکان گسترش وجود ندارد.

(۳) نیاز به لوازم اختصاصی: نیاز به لوازم اختصاصی مانند پایانه‌های کابل خاص دارند که می‌توانند هزینه‌بر باشند.

(۴) الزامات نصب دقیق: اگر الزامات نصب برقرار نباشند، واحدها ممکن است عملکرد مورد نظر را نیاورند.

به دلیل تنظیم غیرقابل تغییر RMUهای SF6 کاملاً بسته، استفاده از RMUهای نیمه بسته قابل گسترش در شبکه‌های توزیع افزایش یافته است. RMUهای نیمه بسته 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 شرکت Schneider، Uniswitch شرکت ABB و 8DH10 شرکت Siemens هستند. با توجه به اینکه تولیدکنندگان داخلی به تدریج فناوری سوئیچ بار SF6 را مسلط می‌شوند، تعداد و کیفیت RMUهای SF6 تولید شده در داخل کشور به تدریج بهبود می‌یابد. با این حال، در حال حاضر بازار RMUهای ۱۰kV و ۲۰kV SF6 در داخل کشور عمدتاً توسط شرکت‌های خارجی (مانند Schneider یا ABB) مسلط است.

۲. مشکلات RMUهای حلقه‌ای SF6

۲.۱ محتوای رطوبت در گاز SF6

RMUهای SF6 به ندرت گزارش‌های آزمون محتوای رطوبت دارند. به عنوان اپراتور تجهیزات، شرکت‌های تأمین برق معمولاً نمی‌توانند محتوای رطوبت را خود اندازه‌گیری کنند. میزان رطوبت در گاز SF6 به طور مستقیم تأثیرگذار بر عملکرد خاموش کردن قوس و عملکرد ایمنی تجهیزات است. برای RMUهای SF6 که سال‌ها در حال عملیات هستند، ارزیابی وضعیت توانایی خاموش کردن قوس یک چالش است.

۲.۲ مشکلات نشت گاز SF6

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

۲.۳ مشکلات مکانیزم

در حفاظت از ترانسفورماتورهای توزیع، واحدهای ترکیبی که از سوئیچ بار و فیوز استفاده می‌کنند رایج هستند. سوئیچ بار جریان بار را قطع می‌کند و فیوز جریان‌های کوتاه و بیش‌بار را قطع می‌کند. در شبکه توزیع هبی، حوادثی رخ داده که در RMUهای کاملاً بسته، فیوز منفجر شده اما سوئیچ بار به طور مطمئن باز نشده و ترانسفورماتور معیوب را خاموش نکرده و آسیب جدی به آن وارد شده است. دلیل این امر حرکت بیش از حد در سیم برش مکانیزم عملیاتی کنترل شده برای برش بود که از توانایی دسته ضربه‌ای فیوز در فعال کردن مکانیزم برش سوئیچ بار جلوگیری کرد. این نقص می‌تواند با تنظیم سیم برش و گیره‌های گیرنده 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 سپر هموارساز

RMUهای نیمه بسته معمولاً نمی‌توانند از پایانه‌های کابل قابل لمس استفاده کنند. سپرهای هموارساز معمولاً برای حل مشکل فاصله کافی بین فاز‌ها در نقاط اتصال پایانه کابل استفاده می‌شوند. با این حال، سپرهای 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، فرسودگی شدید این سپرهای مشاهده شده است. خشوندی سطح و محصولات فرسودگی سفید پودری همگنی میدان الکتریکی را روی سطح سپر می‌شکنند و اثر هموارسازی را لغو می‌کنند. به دلیل فواصل کوچک بین فاز‌ها حول سپرهای و با توجه به تغییرات دمایی روزانه، تعریق در پایین کامره گاز تشکیل می‌شود و می‌تواند به سمت منطقه سپر جریان یابد و مسیر تخلیه ایجاد کند. ماده اپوکسی موانع عایق در پایین کامره گاز ممکن است فرسودگی الکتریکی شدیدی داشته باشد، که در نهایت مسیر تخلیه بین فاز‌ها و در نهایت شکست عایق سطحی را ایجاد می‌کند. این کل فرآیند تخلیه تدریجی است. برای حل مشکل تعریق، شرکت‌های تأمین برق می‌توانند سپر هموارساز RMU را بهبود بخشند و به پوشش‌های کابل عایق سیلیکونی مجهز به لایه نیمه‌رسانا تغییر دهند. این پوشش‌ها همچنان می‌توانند اثر هموارسازی ایجاد کنند. طراحی بهبود یافته RMU از آزمون‌های تعریق و تحمل ولتاژ عبور کرده و برای عملیات آزمایشی در شبکه توزیع برنامه‌ریزی شده است.

۳. پیشنهادات برای انتخاب RMUهای SF6

(۱) انتخاب RMUهای قابل گسترش: تنظیم انعطاف‌پذیر، نصب آسان و گسترش آسان آنها جهت استفاده RMUهای SF6 در آینده است.

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

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

خلاصه

سال‌ها تجربه عملی نشان می‌دهد که در میان انواع RMUها، RMUهای SF6 با عملکرد بالا، قابلیت اطمینان، اندازه کوچک، نیاز کم به فضا و نگهداری کم، به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. با در نظر گرفتن عوامل مختلفی مانند هزینه‌های نگهداری، سرمایه‌گذاری‌های ثانویه و قابلیت اطمینان، توصیه می‌شود در پروژه‌های بازسازی و ساخت شبکه توزیع، در صورت امکان، از RMUهای SF6 استفاده شود. در مراحل برنامه‌ریزی و ساخت، باید به تجهیزات خودکار کافی توجه شود و از تجهیزات ایمن، قابل اعتماد و پیشرفته استفاده شود تا سطح توزیع را افزایش داده و شبکه توزیع را قابلیت اطمینان و ایمنی بیشتری داشته باشد.