Applicatio Unitatum Anularium in Systematibus Distributionis

Cum continua expansione economica et crescente impatto dell'energia elettrica sulla vita quotidiana, in particolare nelle aree urbane ad alta densità di carico, la affidabilità della fornitura di energia è particolarmente cruciale. L'istituzione di una rete di distribuzione basata principalmente su una struttura a anello può migliorare efficacemente l'affidabilità della fornitura di energia, garantire la continuità della fornitura e minimizzare l'impatto dei guasti del equipaggiamento di distribuzione e delle interruzioni per manutenzione. Come dispositivo chiave nella modalità operativa a anello, l'Unità a Anello Principale (RMU) è ampiamente utilizzata in sottostazioni di distribuzione e sottostazioni compatte nei centri di carico come quartieri residenziali urbani, edifici ad altezza, grandi strutture pubbliche e impianti industriali, grazie ai suoi vantaggi come struttura semplice, dimensioni compatte, basso costo e capacità di migliorare i parametri, le prestazioni e la sicurezza della fornitura di energia.

1. Tipi di Unità a Anello Principale

Nei sistemi di distribuzione, il equipaggiamento capace di eseguire funzioni a anello principale include principalmente scatole di derivazione a cavo a configurazione a anello e RMU. Le scatole di derivazione a cavo a configurazione a anello sono a costo inferiore e offrono posizioni di installazione più flessibili. Sono particolarmente vantaggiose in 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 maggiori svantaggi delle scatole di derivazione a anello sono le prestazioni di sicurezza inferiori (soprattutto riguardo alle misure contro l'operazione errata), ambienti di operazione non soddisfacenti e certi rischi. Se le condizioni lo permettono, l'autore raccomanda 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 SF6. Tra questi, gli RMU a soffi d'aria e a pistone sono stati in gran parte abbandonati a causa di difetti fatali e bassa affidabilità dei loro interruttori di carico. Gli RMU a vuoto e SF6 sono ampiamente utilizzati nei sistemi di distribuzione a causa delle loro elevate prestazioni, operazione e manutenzione affidabili.

1.1 Unità a Anello Principale a Vuoto

Anni di produzione e utilizzo domestici di interruttori a circuito chiuso a vuoto e apparecchiature a interruzione a vuoto hanno reso la tecnologia del vuoto relativamente matura in Cina. Gli RMU a vuoto sviluppati internamente hanno dimostrato alte prestazioni nei test di tipo, ma non hanno visto un uso diffuso. La ragione principale è l'insufficienza del meccanismo di operazione. Il design dei meccanismi di operazione per gli interruttori a vuoto è relativamente complesso, e a causa del livello di materie prime, tecnologia di lavorazione e controllo qualità domestici, la qualità dei meccanismi di operazione prodotti dai produttori interni 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 SF6

L'applicazione degli RMU SF6 nei sistemi di distribuzione è principalmente dominata da prodotti importati. Sono ampiamente ben accolti dai dipartimenti di fornitura di energia a causa delle loro eccellenti prestazioni, operazione affidabile, progettazione completamente isolata e sigillata, e vantaggi di manutenzione zero. Gli RMU SF6 tipici includono l'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 SF6:

(1) Specifiche di Prestazione Elevate: Gli RMU SF6 hanno una frequenza di operazione elevata, in grado di effettuare fino a 100 volte la connessione e la disconnessione di carichi attivi nominali. Possiedono anche buone capacità di interruzione e possono sopportare correnti elevate.

(2) Manutenzione Comoda: Il design della superficie del gabinetto è utente-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 un indicatore dello stato di alimentazione e, quando combinato con serrature elettromagnetiche, impedendo la chiusura della porta del maniglione quando è in tensione, riducendo le operazioni errate. Inoltre, un finestrino di osservazione in acrilico trasparente sulla porta anteriore consente di visualizzare direttamente lo stato di apertura/chiusura dell'interruttore, il 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 del cavo sono anche molto flessibili, consentendo connessioni adattabili anche su terreni irregolari senza causare scariche parziali.

1.2.2 Svantaggi degli RMU 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, l'espansione è generalmente impossibile.

(3) Necessità 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 SF6 completamente sigillati, l'utilizzo di RMU 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 l'SM6 di Schneider, l'Uniswitch di ABB e l'8DH10 di Siemens. Mentre i produttori interni gradualmente padroneggiano la tecnologia degli interruttori di carico SF6, la quantità e la qualità degli RMU SF6 prodotti internamente stanno migliorando costantemente. Tuttavia, attualmente, il mercato per gli RMU SF6 a 10kV e 20kV è ancora dominato principalmente dalle aziende estere (come Schneider o ABB).

2. Problemi con gli RMU SF6

2.1 Contenuto di Umidità nel Gas SF6

Gli RMU SF6 raramente vengono forniti con relazioni di test del contenuto di umidità. Come operatori del equipaggiamento, le compagnie di fornitura di energia spesso non possono misurare il contenuto di umidità da soli. Il livello di umidità nel gas SF6 influenza direttamente le sue prestazioni di spegnimento dell'arco e le prestazioni operative sicure del equipaggiamento. Per gli RMU SF6 che sono stati in operazione per anni, valutare lo stato delle loro capacità di spegnimento dell'arco è una sfida.

2.2 Problemi di Perdita di Gas SF6

Gli RMU SF6 possono avere problemi di sigillatura che portano a perdite di gas. L'esperienza pratica mostra che, sebbene l'equipaggiamento importato generalmente abbia buone prestazioni di sigillatura, si verificano ancora incidenti di perdita. 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 alla sua capacità di resistere a guasti di arco interni. Molti di questi prodotti utilizzano meccanismi di operazione 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 Meccanici

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 saltato, ma l'interruttore di carico non si è aperto in modo affidabile, impedendo la de-energizzazione del trasformatore difettoso e causando danni gravi. La causa era un eccessivo viaggio del filo di trip del meccanismo di operazione controllato per il tripping, che ha impedito la forza d'impatto del perno di colpo del fusibile di attivare con successo il meccanismo di tripping dell'interruttore di carico. Questo difetto può essere risolto regolando il filo di trip e la strettezza delle noci. Inoltre, la simulazione dell'operazione del fusibile per le unità di alimentazione del trasformatore è stata inclusa come un test obbligatorio pre-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 sono spesso utilizzati per affrontare la distanza insufficiente tra fasi nei punti di connessione delle terminazioni del cavo. Tuttavia, gli schermi di equalizzazione in alluminio sono altamente suscettibili a ambienti umidi. Anche quando utilizzati con riscaldamenti anti-condensa, la loro efficacia in condizioni umide è limitata. Nei sistemi di distribuzione a 20kV, è stata osservata una corrosione severa di questi schermi. La ruvidità della superficie 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 nell'area dello schermo, creando un percorso di scarica. Il materiale di epoxide delle barriere isolate nella parte inferiore del compartimento di gas può subire una severa corrosione elettrica, portando eventualmente a percorsi di scarica interfasce e infine a un guasto di 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 tensione ed è destinato a un periodo di prova nella rete di distribuzione.

3. Raccomandazioni per la Scelta degli RMU SF6

(1) Scegliere RMU espandibili: La loro configurazione flessibile, facile installazione e facilità di espansione rappresentano la direzione futura per l'uso degli RMU SF6.

(2) Considerare la manutenzione: Idealmente, l'interruttore di carico 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.

Riassunto

Anni di pratica operativa mostrano che, tra vari tipi di RMU, gli RMU SF6 offrono alte prestazioni, affidabilità, dimensioni compatte, basso richiesta di spazio e minima manutenzione, portando alla loro applicazione più ampia. Considerando vari fattori come i costi di manutenzione, gli investimenti secondari e l'affidabilità, si raccomanda, dove le condizioni lo permettano, di dare priorità all'uso degli RMU SF6 nei progetti di rinnovazione e costruzione della rete 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.