Con lo sviluppo economico continuo e l'impatto crescente dell'elettricità sulla vita delle persone, in particolare nelle aree urbane ad alta densità di carico, la affidabilità del fornitura di energia è particolarmente cruciale. L'istituzione di una rete di distribuzione basata principalmente su una struttura a anello può migliorare efficacemente la affidabilità del fornitura di energia, garantire la continuità della fornitura e minimizzare l'impatto dei guasti degli apparecchi di distribuzione e delle interruzioni per manutenzione. Come dispositivo chiave nella modalità di operazione a anello, l'Unità a Anello (RMU) è ampiamente utilizzata in sottostazioni di distribuzione e sottostazioni compatte nei centri di carico come quartieri residenziali urbani, edifici ad alto piano, grandi strutture pubbliche e impianti industriali, grazie ai suoi vantaggi come struttura semplice, dimensioni compatte, costo basso e capacità di migliorare i parametri, le prestazioni e la sicurezza del fornitura di energia.
1. Tipi di Unità a Anello
Nei sistemi di distribuzione, l'equipaggiamento in grado di eseguire funzioni a anello comprende principalmente scatole di ramificazione a cavo a anello e RMU. Le scatole di ramificazione a cavo a anello sono meno costose e offrono posizioni di installazione più flessibili. Sono particolarmente vantaggiose nelle aree urbane costruite dove ottenere spazio per una stanza di distribuzione (necessaria per gli RMU) è difficile, dimostrando la loro flessibilità. Tuttavia, rispetto agli RMU, i principali svantaggi delle scatole di ramificazione a anello sono le prestazioni di sicurezza inferiori (soprattutto riguardo alle misure contro errori di manovra), ambienti di lavoro non soddisfacenti e certi rischi. Se le condizioni lo permettono, l'autore consiglia di dare priorità all'uso di RMU per le configurazioni a anello. Gli RMU possono essere classificati in diversi tipi in base al tipo di interruttore di carico utilizzato: RMU a soffi d'aria, RMU a pistone, RMU a vuoto e RMU a SF6. Tra questi, gli RMU a soffi d'aria e a pistone sono stati largamente eliminati a causa di difetti fatali e affidabilità bassa nei loro interruttori di carico. Gli RMU a vuoto e a SF6 sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione a causa delle loro alte prestazioni, operazioni e manutenzione affidabili.
1.1 Unità a Anello a Vuoto
Anni di produzione e utilizzo domestico di interruttori a circuito a vuoto e apparati a vuoto hanno reso la tecnologia a vuoto relativamente matura in Cina. Gli RMU a vuoto sviluppati localmente hanno dimostrato alte prestazioni nei test di tipo ma non hanno visto un uso diffuso. La ragione principale è il sotto-rendimento del meccanismo di comando. Il design dei meccanismi di comando per gli interruttori a vuoto è relativamente complesso, e a causa del livello di materie prime, tecnologia di lavorazione e controllo qualità nazionali, la qualità dei meccanismi di comando prodotti dai produttori nazionali non ha ancora veramente raggiunto il segno. L'operazione e la manutenzione sono difficili, e come misurare il grado di vuoto negli RMU a vuoto è una grande sfida nella manutenzione.
1.2 Vantaggi e Svantaggi degli RMU a SF6
L'applicazione degli RMU a SF6 nei sistemi di distribuzione è principalmente dominata da prodotti importati. Sono ampiamente ben accetti dai dipartimenti di fornitura di energia a causa delle loro eccellenti prestazioni, operazioni affidabili, progettazione completamente isolata sigillata e vantaggi di manutenzione zero. Gli RMU a SF6 tipici includono lo RM6 di Schneider, il SafeRing di ABB e il 8DJ20 di Siemens. Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi durante l'operazione.
1.2.1 Vantaggi degli RMU a SF6:
(1) Specifiche di Prestazioni Elevate: Gli RMU a SF6 hanno una frequenza operativa elevata, in grado di fare e spezzare carichi attivi nominati fino a 100 volte. Possiedono anche buone capacità di spezzamento e possono sopportare correnti elevate.
(2) Manutenzione Comoda: Il design della superficie del gabinetto è user-friendly. I diagrammi di cablaggio chiari sul pannello forniscono indicazioni per l'operazione. Alcuni prodotti notano addirittura precauzioni sulla superficie del gabinetto, riducendo ulteriormente l'incidenza di errori operatori. La maggior parte dei prodotti RMU è dotata di dispositivi che possono rilevare lo stato di alimentazione del circuito principale, fornendo indicazioni sullo stato di alimentazione e, quando combinati con serrature elettromagnetiche, impedendo alla porta del manubrio di chiudersi quando è alimentata, riducendo errori di manovra. Inoltre, un finestrino di osservazione in acrilico trasparente sulla porta anteriore permette di visualizzare direttamente lo stato aperto/chiuso dell'interruttore, che è molto comodo.
(3) Flessibilità Elevata: Gli RMU moderni possono soddisfare in modo molto flessibile i requisiti di varie configurazioni di reti di distribuzione e possono essere combinati arbitrariamente secondo le situazioni reali. Inoltre, i metodi di connessione dei cavi sono anche molto flessibili, consentendo connessioni adattabili anche su terreni irregolari senza causare scariche parziali.
1.2.2 Svantaggi degli RMU a SF6:
(1) Configurazione Inflexibile: Possono essere selezionati solo da un numero limitato di schemi forniti dal produttore, rendendo difficile soddisfare varie esigenze specifiche degli utenti.
(2) Impossibilità di Espansione: Dopo la messa in servizio dell'apparato, l'espansione è generalmente impossibile.
(3) Richiesta di Accessori Specializzati: Richiedono accessori specializzati come terminazioni di cavo specifiche, che possono essere costose.
(4) Requisiti di Installazione Rigidi: Se i requisiti di installazione non vengono soddisfatti, le unità potrebbero non raggiungere le prestazioni previste.
A causa della configurazione inflessibile degli RMU a SF6 completamente sigillati, l'uso di RMU a SF6 semi-sigillati espandibili nelle reti di distribuzione è aumentato. Gli RMU semi-sigillati hanno compartimenti di gas indipendenti per ogni unità, rendendoli facili da espandere, installare e sostituire. Attualmente, gli RMU ampiamente utilizzati includono lo SM6 di Schneider, l'Uniswitch di ABB e il 8DH10 di Siemens. Con i produttori nazionali che gradualmente padroneggiano la tecnologia degli interruttori di carico a SF6, la quantità e la qualità degli RMU a SF6 prodotti localmente stanno migliorando costantemente. Tuttavia, attualmente, il mercato per gli RMU a 10kV e 20kV a SF6 è ancora dominato principalmente da aziende straniere (come Schneider o ABB).
2. Problemi degli RMU a SF6
2.1 Contenuto di Umidità nel Gas SF6
Gli RMU a SF6 raramente vengono forniti con rapporti di test sul contenuto di umidità. Come operatori dell'equipaggiamento, le compagnie di fornitura di energia spesso non possono misurare il contenuto di umidità. Il livello di umidità nel gas SF6 influenza direttamente le sue prestazioni di estinzione dell'arco e le prestazioni operative sicure dell'equipaggiamento. Per gli RMU a SF6 in funzione da anni, valutare lo stato delle loro capacità di estinzione dell'arco è una sfida.
2.2 Problemi di Perdita di Gas SF6
Gli RMU a SF6 possono avere problemi di sigillatura che portano a perdite di gas. L'esperienza pratica mostra che, sebbene l'equipaggiamento importato abbia generalmente buone prestazioni di sigillatura, incidenti di perdita si verificano ancora. Poiché la maggior parte delle unità non dispone di dispositivi di monitoraggio del gas, gli utenti potrebbero non essere a conoscenza delle perdite, creando potenziali pericoli nascosti. Questo è particolarmente preoccupante riguardo alle prestazioni (isolamento, commutazione, ecc.) dell'RMU a pressione zero e la sua capacità di resistere a guasti interni di arco. Molti di questi prodotti utilizzano meccanismi di comando manuali, e gli operatori lavorano in prossimità. Un incidente potrebbe avere conseguenze gravi. Attualmente, l'inclusione di un indicatore di pressione è diventata un requisito obbligatorio, incluso come accessorio necessario per gli RMU semi-sigillati.
2.3 Problemi del Meccanismo
Nella protezione dei trasformatori di distribuzione, sono comuni unità combinate che utilizzano interruttori di carico più fusibili. L'interruttore di carico interrompe la corrente di carico, mentre il fusibile interrompe le correnti di cortocircuito e di sovraccarico. Nella rete di distribuzione dello Hebei, si sono verificati incidenti con RMU completamente sigillati in cui il fusibile è esploso, ma l'interruttore di carico non si è aperto in modo affidabile, impedendo al trasformatore difettoso di essere disconnesso e causando danni gravi. La causa era un eccessivo viaggio del filo di sgancio del meccanismo di comando controllato per lo sgancio, che ha impedito la forza d'impatto del perno di colpo del fusibile di attivare con successo il meccanismo di sgancio dell'interruttore di carico. Questo difetto può essere risolto regolando il filo di sgancio e la tensione delle dadi. Inoltre, la simulazione dell'operazione del fusibile per le unità di alimentazione del trasformatore è stata inclusa come un test obbligatorio prima della messa in servizio.
2.4 Problema del Materiale dello Schermo di Equalizzazione
Gli RMU semi-sigillati tipicamente non possono utilizzare terminazioni di cavo toccabili. Gli schermi di equalizzazione vengono spesso utilizzati per affrontare la distanza insufficiente tra fasi nei punti di connessione delle terminazioni dei cavi. Tuttavia, gli schermi di equalizzazione in alluminio sono altamente suscettibili a ambienti umidi. Anche quando utilizzati con riscaldatori anti-condensa, la loro efficacia in condizioni umide è limitata. Nei sistemi di distribuzione a 20kV, si è osservata una corrosione severa di questi schermi. La ruvidità superficiale e i prodotti di corrosione bianchi e polverosi disturbano l'uniformità del campo elettrico sulla superficie dello schermo, annullando l'effetto di equalizzazione. A causa delle piccole distanze tra fasi intorno agli schermi, unite alle variazioni giornaliere di temperatura, si forma condensa nella parte inferiore del compartimento di gas e può fluire indietro verso l'area dello schermo, creando un percorso di scarica. Il materiale epoxy delle barriere isolate nella parte inferiore del compartimento di gas può subire una grave corrosione elettrica, portando infine a percorsi di scarica interfasce e alla rottura dell'isolamento superficiale. Questo intero processo di scarica è graduale. Per affrontare la condensa, le compagnie di fornitura di energia possono modificare lo schermo di equalizzazione dell'RMU, passando a coperture di cavo isolate in silicone. Queste coperture utilizzano internamente uno strato semiconduttore, che può ancora fornire un effetto di equalizzazione. Il design migliorato dell'RMU ha superato i test di condensa e resistenza di voltaggio ed è previsto per l'operazione di prova nella rete di distribuzione.
3. Raccomandazioni per la Selezione degli RMU a SF6
(1) Scegliere RMU espandibili: La loro configurazione flessibile, l'installazione facile e l'espansione facile rappresentano la direzione futura per l'utilizzo degli RMU a SF6.
(2) Considerare la manutenzione: Idealmente, l'interruttore di carico a SF6 dovrebbe essere dotato di un dispositivo per monitorare la pressione del SF6. In caso contrario, dovrebbe aver superato un test di commutazione a pressione zero.
(3) Considerare il clima e la posizione: Scegliere prodotti che abbiano superato i test di condensa. Per piccoli RMU, come le unità terminali, dove non si considera un'espansione futura, l'uso di RMU completamente sigillati può ridurre significativamente l'impatto della condensa sull'equipaggiamento.
Riepilogo
Anni di pratica operativa mostrano che tra i vari tipi di RMU, gli RMU a SF6 offrono alte prestazioni, affidabilità, dimensioni compatte, richieste di spazio ridotte e minima manutenzione, portando alla loro applicazione più ampia. Considerando vari fattori come i costi di manutenzione, investimenti secondari e affidabilità, si consiglia, dove le condizioni lo permettono, di dare priorità all'uso degli RMU a SF6 nei progetti di ristrutturazione e costruzione delle reti di distribuzione. Durante la pianificazione e la costruzione, dovrebbe essere data sufficiente considerazione all'incorporazione di dispositivi di automazione e all'adozione di equipaggiamenti sicuri, affidabili e avanzati per migliorare i livelli di distribuzione, rendendo la rete di distribuzione più affidabile e sicura.