Toepassing van ringkasten in distributiesystemen

Met continue economische groei en de toenemende invloed van elektriciteit op het leven van mensen, vooral in stedelijke gebieden met een hoge belastingdichtheid, is de betrouwbaarheid van de energievoorziening bijzonder cruciaal. Het opzetten van een distributienetwerk dat voornamelijk gebaseerd is op een ringstructuur kan de betrouwbaarheid van de energievoorziening effectief verbeteren, de continuïteit van de voorziening waarborgen en de impact van storingen en onderhoudsstopzettingen van distributieapparatuur minimaliseren. Als belangrijk apparaat in de ringoperatiemodus wordt de Ring Main Unit (RMU) breed toegepast in distributie- en compacte transformatorstations in belastingscentra zoals stedelijke woonwijken, wolkenkrabbers, grote openbare gebouwen en industriële installaties, dankzij zijn voordelen zoals eenvoudige constructie, compacte afmetingen, lage kosten en de mogelijkheid om de energievoorzieningsparameters, prestaties en veiligheid te verbeteren.

1. Soorten Ring Main Units

In distributiesystemen omvat de uitrusting die ringfuncties kan uitvoeren voornamelijk ringtype kabelverdelingskasten en RMUs. Ringtype kabelverdelingskasten zijn goedkoper en bieden meer flexibiliteit in de plaatsing. Ze hebben een groot voordeel in sterk bebouwde stedelijke gebieden waar het moeilijk is om ruimte te verkrijgen voor een distributieruimte (die nodig is voor RMUs), waardoor hun flexibiliteit wordt gedemonstreerd. Echter, vergeleken met RMUs, zijn de grootste nadelen van ringtype verdelingskasten een minder veilige prestatie (vooral wat betreft maatregelen tegen foute bediening), onvoldoende werkomstandigheden en bepaalde risico's. Indien de omstandigheden toelaten, raadt de auteur aan om RMUs als prioriteit te gebruiken voor ringconfiguraties. RMUs kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van het gebruikte lastschakelaartype: luchtgestuwd RMUs, zuiger-type RMUs, vacuüm RMUs en SF6 RMUs. Onder deze, zijn luchtgestuwde en zuiger-type RMUs grotendeels uitgefaseerd vanwege dodelijke tekortkomingen en lage betrouwbaarheid in hun lastschakelaars. Vacuüm RMUs en SF6 RMUs worden breed toegepast in distributiesystemen vanwege hun hoge prestaties, betrouwbare bedrijfsvoering en onderhoud.

1.1 Vacuüm Ring Main Units

Jarenlange binnenlandse productie en gebruik van vacuümschakelaars en vacuüm schakelapparatuur hebben ervoor gezorgd dat vacuümtechnologie in China relatief gerijpt is. Domestisch ontwikkelde vacuüm RMUs hebben hoge prestaties getoond in typeproeven, maar hebben geen brede toepassing gevonden. De hoofdreden hiervoor is de onderpresterende bedieningsmechanisme. Het ontwerp van bedieningsmechanismen voor vacuüm schakelaars is relatief complex, en vanwege het niveau van binnenlandse grondstoffen, verwerkings technologieën en kwaliteitscontrole, heeft de kwaliteit van door binnenlandse fabrikanten geproduceerde bedieningsmechanismen nog niet echt de norm gehaald. Bediening en onderhoud zijn moeilijk, en hoe de vacuümgraad in vacuüm RMUs te meten is een grote uitdaging bij het onderhoud.

1.2 Voordelen en nadelen van SF6 Ring Main Units

De toepassing van SF6 RMUs in distributiesystemen wordt voornamelijk gedomineerd door geïmporteerde producten. Ze worden breed verwelkomd door energieleveringsbedrijven vanwege hun uitstekende prestaties, betrouwbare bedrijfsvoering, volledig geïsoleerde gesloten ontwerp en onderhoudsvrije voordelen. Typische SF6 RMUs zijn Schneider's RM6, ABB's SafeRing en Siemens' 8DJ20. Er zijn echter ook enkele nadelen tijdens de bedrijfsvoering.

1.2.1 Voordelen van SF6 RMUs:

(1) Hoog prestatieniveau: SF6 RMUs hebben een hoge bedieningsfrequentie, in staat om tot 100 keer actieve belastingen tot de nominale waarde te maken en te verbreken. Ze hebben ook een goede doorsnijdend vermogen en kunnen hoge stroomintensiteiten verdragen.

(2) Gemakkelijk onderhoud: Het ontwerp van het kastoppervlak is gebruiker-vriendelijk. Duidelijke diagrammen op het paneel bieden richtlijnen voor de bediening. Sommige producten noteren zelfs voorzorgsmaatregelen op het kastoppervlak, waardoor de incidentie van bedieningsfouten verder wordt verminderd. De meeste RMU-producten zijn uitgerust met apparatuur die de levensstatus van het hoofdcircuit kan detecteren, geeft de levensstatus aan en, in combinatie met elektromagnetische sloten, voorkomt dat de handeldeur wordt gesloten wanneer er spanning aanwezig is, wat misbedieningen vermindert. Daarnaast biedt een transparante acryl observatieraam op de voordeur directe zicht op de open/gesloten status van de schakelaar, wat zeer gemakkelijk is.

(3) Sterke flexibiliteit: Moderne RMUs kunnen zeer flexibel voldoen aan de eisen van verschillende distributienetwerken en kunnen naar believen worden gecombineerd volgens de werkelijke situatie. Bovendien zijn de kabelverbindingen ook zeer flexibel, waardoor aanpassende verbindingen mogelijk zijn, zelfs op oneffen grondoppervlakken zonder partiële ontladingen te veroorzaken.

1.2.2 Nadelen van SF6 RMUs:

(1) Onflexibele configuratie: Ze kunnen alleen worden geselecteerd uit een beperkt aantal schema's die door de fabrikant worden aangeboden, waardoor het moeilijk is om aan diverse specifieke gebruikersbehoeften te voldoen.

(2) Uitbreiding niet mogelijk: Na de inductie van de schakelkasten is uitbreiding doorgaans niet mogelijk.

(3) Vereist gespecialiseerde accessoires: Ze vereisen gespecialiseerde accessoires zoals specifieke kabelterminaties, die kostbaar kunnen zijn.

(4) Strikte installatie-eisen: Als de installatie-eisen niet worden voldaan, kunnen de units hun gewenste prestaties niet bereiken.

Vanwege de onflexibele configuratie van volledig gesloten SF6 RMUs, neemt het gebruik van uitbreidbare halfgesloten SF6 RMUs in distributienetten toe. Halfgesloten RMUs hebben onafhankelijke gascompartimenten voor elk unit, waardoor ze gemakkelijk uit te breiden, te installeren en te vervangen zijn. Momenteel veel gebruikte RMUs zijn Schneider's SM6, ABB's Uniswitch en Siemens' 8DH10. Terwijl binnenlandse fabrikanten geleidelijk de SF6 laadschakelaartechnologie beheersen, verbeteren de hoeveelheid en kwaliteit van binnenlands geproduceerde SF6 RMUs gestaag. Echter, momenteel wordt de markt voor binnenlandse 10kV en 20kV SF6 RMUs nog steeds voornamelijk gedomineerd door buitenlandse bedrijven (zoals Schneider of ABB).

2. Problemen met SF6 Ring Main Units

2.1 Vochtgehalte in SF6-gas

SF6 RMUs komen zelden met vochtgehalte testrapporten. Als de exploitant van de apparatuur, kunnen energieleveringsbedrijven vaak het vochtgehalte zelf niet meten. Het vochtgehalte in het SF6-gas beïnvloedt direct de boogdoofprestaties en de veilige bedrijfsprestaties van de apparatuur. Voor SF6 RMUs die al jaren in bedrijf zijn, is het evalueren van de staat van hun boogdoofvermogen een uitdaging.

2.2 Lekkageproblemen met SF6-gas

SF6 RMUs kunnen lekkageproblemen hebben vanwege verzegelingsproblemen. Praktijkervaring toont aan dat hoewel geïmporteerde apparatuur over het algemeen goede verzegelingsprestaties heeft, lekkageincidenten nog steeds voorkomen. Aangezien de meeste units geen gasmonitoringapparatuur hebben, kunnen gebruikers zich niet bewust zijn van lekkages, wat potentiële gevaarlijke situaties kan creëren. Dit is bijzonder zorgwekkend ten aanzien van de prestaties (isolatie, schakeling, etc.) van de RMU bij nul manometerdruk en de vermogen om interne boogfouten te weerstaan. Veel van deze producten gebruiken handmatige bedieningsmechanismen, en de operators werken in de buurt. Een ongeluk zou ernstige gevolgen kunnen hebben. Momenteel is het inclusief een drukindicator een verplichte eis geworden, opgenomen als een noodzakelijk accessoire voor halfgesloten RMUs.

2.3 Mechanisme problemen

Bij de bescherming van distributietransformatoren zijn combi-units met laadschakelaars plus fusen gemeengoed. De laadschakelaar onderbreekt de belastingsstroom, en de fusen onderbreken kortsluit- en overbelastingsstromen. In Hebei's distributienetwerk zijn incidenten voorgekomen met volledig gesloten RMUs waarbij de fusen doorsloegen, maar de laadschakelaar niet betrouwbaar openging, waardoor de defecte transformatoren niet konden worden gedemagnetiseerd en zware schade werd veroorzaakt. De oorzaak was een te lange reis in het tripdraad van het bedieningsmechanisme dat de trippen controleert, waardoor de inslagkracht van de fusenaald de tripmechanisme van de laadschakelaar niet succesvol kon activeren. Deze fout kan worden opgelost door het tripdraad en de strakheid van de moeren te ajusteren. Bovendien is het simuleren van de fusen voor transformatoreenheidsvoeding opgenomen als een verplichte pre-commissie test.

2.4 Materiaalprobleem van de gelijkmatigheidskappen

Halfgesloten RMUs kunnen doorgaans geen aanraakbare kabelterminaties gebruiken. Gelijkmatigheidskappen worden vaak gebruikt om onvoldoende fase-afstanden op de kabelterminatie-aansluitpunten te compenseren. Echter, aluminium gelijkmatigheidskappen zijn zeer gevoelig voor vochtige omgevingen. Zelfs wanneer ze worden gebruikt met anti-condensatieverwarmers, is hun effectiviteit in vochtige omstandigheden beperkt. In 20kV distributiesystemen is ernstige corrosie van deze kappen waargenomen. Oppervlaktegrofheden en witte poederachtige corrosieproducten verstoren de elektrisch veldgelijkmatigheid op het oppervlak van de kappen, waardoor de gelijkmatigheidsfunctie wordt geneutraliseerd. Vanwege de kleine fase-afstanden rond de kappen, in combinatie met dagelijkse temperatuurschommelingen, vormt condensatie zich aan de onderkant van het gascompartiment en kan terugstromen naar het kapgebied, waardoor een ontladingspad wordt gecreëerd. Het epoxy materiaal van de isolatiebarrières aan de onderkant van het gascompartiment kan ernstige elektrische corrosie lijden, uiteindelijk leidend tot interne ontladingspaden en uiteindelijk oppervlakte-isolatie-inbraak. Dit hele ontladingsproces is geleidelijk. Om condensatie te behandelen, kunnen energieleveringsbedrijven de gelijkmatigheidskap van de RMU wijzigen, overschakelen naar silicone rubber isolatie kabeleindekkingen. Deze kappen gebruiken intern een halvegeleiderlaag, die nog steeds een gelijkmatigheidsfunctie kan bieden. Het verbeterde RMU-ontwerp is goedgekeurd na condensatie- en standvastigheidstests en is voorbereid voor proefbedrijf in het distributienetwerk.

3. Aanbevelingen voor de selectie van SF6 RMUs

(1) Kies uitbreidbare RMUs: Hun flexibele configuratie, gemakkelijke installatie en gemakkelijke uitbreiding vertegenwoordigen de toekomstige richting voor de toepassing van SF6 RMUs.

(2) Overweeg onderhoud: Ideaal gezien zou de SF6 laadschakelaar moeten zijn uitgerust met een apparaat om de SF6-druk te monitoren. Anders zou het moeten zijn goedgekeurd na een nulmanometerdruk schakeltest.

(3) Overweeg klimaat en locatie: Selecteer producten die zijn goedgekeurd na condensatietests. Voor kleine ringunits, zoals eindunits, waar toekomstige uitbreiding niet wordt overwogen, kan het gebruik van volledig gesloten RMUs de impact van condensatie op de apparatuur aanzienlijk verminderen.

Samenvatting

Jarenlange operationele praktijk toont aan dat onder de verschillende soorten RMUs, SF6 RMUs hoge prestaties, betrouwbaarheid, compacte afmetingen, weinig ruimtevereisten en minimaal onderhoud bieden, waardoor ze de breedste toepassing hebben. Met inachtneming van verschillende factoren zoals onderhoudskosten, secundaire investeringen en betrouwbaarheid, wordt aanbevolen, indien de omstandigheden dit toelaten, om SF6 RMUs als prioriteit te gebruiken in renovatie- en bouwprojecten van distributienetwerken. Tijdens de planning en bouw moet voldoende rekening worden gehouden met het integreren van automatiseringsapparatuur en het gebruik van veilige, betrouwbare en geavanceerde apparatuur om het distributieniveau te verhogen, waardoor het distributienetwerk betrouwbaarder en veiliger wordt.