Застосування кільцевих головних вузлів у розподільчих системах

З постійним економічним розвитком та зростанням впливу електроенергії на життя людей, особливо в міських районах з високою щільністю навантаження, надійність поставок електроенергії має особливе значення. Створення розподільної мережі, оснований переважно на кільцевій схемі, може ефективно покращити надійність поставок електроенергії, забезпечити безперервність поставок та зменшити вплив відмов обладнання розподілу та простоїв на під час технічного обслуговування. Як ключовий прилад у режимі роботи кільцевої схеми, Кільцевий Розподільний Блок (КРБ) широко використовується в розподільних підстанціях та компактних підстанціях в центрі навантаження, таких як міські житлові райони, висотні будівлі, великі громадські споруди та промислові підприємства, завдяки своїм перевагам, таким як проста конструкція, компактні розміри, низька вартість та можливість покращення параметрів, характеристик та безпеки поставок електроенергії.

1. Типи кільцевих розподільних блоків

У розподільних системах, обладнання, яке може виконувати функції кільцевої схеми, включає кільцеві типи кабельних розгалужувальних коробок та КРБ. Кільцеві типи кабельних розгалужувальних коробок мають нижчу вартість та більшу гнучкість при встановленні. Вони особливо корисні в міських районах, де важко отримати простір для розподільної кімнати (що необхідно для КРБ), що демонструє їхню гнучкість. Однак, порівняно з КРБ, найбільшими недоліками кільцевих розгалужувальних коробок є нижча безпека (особливо щодо захисту від помилкового управління), недостатні умови роботи та певні ризики. Якщо дозволяють умови, автор рекомендує надавати перевагу використанню КРБ для кільцевих конфігурацій. КРБ можна класифікувати на кілька типів в залежності від типу використаного комутатора навантаження: КРБ з повітряним стрибком, КРБ з поршневим механізмом, вакуумні КРБ та КРБ з SF6. Серед них, КРБ з повітряним стрибком та КРБ з поршневим механізмом були в основному виведені з експлуатації через фатальні недоліки та низьку надійність їхніх комутаторів навантаження. Вакуумні КРБ та КРБ з SF6 широко використовуються в розподільних системах через їхню високу продуктивність, надійну роботу та обслуговування.

1.1 Вакуумні кільцеві розподільні блоки

Роки виробництва та використання вакуумних автоматів і вакуумного комутаційного обладнання зробили вакуумну технологію відносно зрілою в Китаї. Домішки вакуумних КРБ, розроблені в Китаї, показали високу продуктивність у типових тестах, але не стали широко використовуватися. Основною причиною є недостатня продуктивність механізму управління. Конструкція механізмів управління для вакуумних комутаторів є відносно складною, і через рівень домішки матеріалів, технології обробки та контролю якості, якість механізмів управління, виготовлених вітчизняними виробниками, ще не справді відповідає вимогам. Обслуговування та експлуатація є складними, і як вимірювати ступінь вакууму в вакуумних КРБ — це велика проблема при обслуговуванні.

1.2 Переваги та недоліки КРБ з SF6

Використання КРБ з SF6 у розподільних системах переважно домінують імпортовані продукти. Вони широко вітаються відділами постачання електроенергії завдяки своїм високим характеристикам, надійній роботі, повністю ізольованому герметичному дизайну та перевагам без потреби обслуговування. Типові КРБ з SF6 включають Schneider's RM6, ABB's SafeRing та Siemens' 8DJ20. Однак, є й деякі недоліки під час експлуатації.

1.2.1 Переваги КРБ з SF6:

(1) Високі характеристики: КРБ з SF6 мають високу частоту роботи, здатні до 100 разів включати та відключати номінальні активні навантаження. Вони також мають добре здатність відключення та можуть витримувати великі струми.

(2) Зручне обслуговування: Дизайн поверхні шафи є зручним для користувача. Чіткі підказки щодо проводки на панелі надають керівництво для операцій. Деякі продукти навіть мають нагадування про заходи безпеки на поверхні шафи, що додатково зменшує ймовірність помилок оператора. Більшість продуктів КРБ оснащені пристроями, які можуть виявляти стан живлення головного контуру, надаючи вказівки щодо живлення, і, коли вони поєднуються з електромагнітними замками, запобігають закриттю дверей ручки, коли живлення є, що зменшує помилки. Також, прозоре акрилове вікно спостереження на передніх дверях дозволяє прямо бачити стан включення/виключення комутатора, що дуже зручно.

(3) Сильна гнучкість: Сучасні КРБ можуть дуже гнучко задовольняти вимоги різних проектів розподільних мереж і можуть вільно поєднуватися відповідно до реальних умов. Крім того, методи підключення кабелів також дуже гнучкі, що дозволяє адаптивне підключення навіть на нерівній поверхні без викликання локальних розрядів.

1.2.2 Недоліки КРБ з SF6:

(1) Негнучка конфігурація: Вони можуть бути вибрані лише з обмеженої кількості схем, наданих виробником, що робить складним задовольнення різних специфічних потреб користувачів.

(2) Неможливість розширення: Після введення в експлуатацію, розширення зазвичай неможливе.

(3) Потреба у спеціальній оснастці: Вони потребують спеціальної оснастки, такої як специфічні кабельні кінцеві, що можуть бути дорогими.

(4) Суворі вимоги до встановлення: Якщо вимоги до встановлення не виконуються, одиниці можуть не досягти свого призначеного виконання.

З-за негнучкої конфігурації повністю герметичних КРБ з SF6, використання розширюваних напівгерметичних КРБ з SF6 у розподільних мережах збільшилося. Напівгерметичні КРБ мають незалежні газові камери для кожного модуля, що робить їх легкими для розширення, встановлення та заміни. На даний момент широко використовуються КРБ, такі як Schneider's SM6, ABB's Uniswitch та Siemens' 8DH10. По мірі того, як вітчизняні виробники поступово оволодіють технологією комутаторів навантаження з SF6, кількість та якість вітчизняних КРБ з SF6 поступово покращуються. Однак, наразі, ринок вітчизняних КРБ з SF6 на 10 кВ та 20 кВ все ще переважно домінують закордонні компанії (такі як Schneider або ABB).

2. Проблеми з КРБ з SF6

2.1 Вологість газу SF6

КРБ з SF6 рідко мають звіти про вимірювання вологісті. Як оператор обладнання, відділи постачання електроенергії часто не можуть самостійно вимірювати вологість. Рівень вологи в газі SF6 безпосередньо впливає на його характеристики гашення дуги та безпечні характеристики роботи обладнання. Для КРБ з SF6, які працювали протягом років, оцінка стану їхньої здатності до гашення дуги є проблемою.

2.2 Проблеми з витоком газу SF6

КРБ з SF6 можуть мати проблеми з герметичністю, що призводить до витоку газу. Практичний досвід показує, що хоча імпортоване обладнання зазвичай має хорошу герметичність, випадки витоку все ж відбуваються. Оскільки більшість одиниць не мають пристроїв для моніторингу газу, користувачі можуть не знати про виток, що може створити приховані загрози. Це особливо стурбовує щодо характеристик (ізоляції, комутації тощо) КРБ при нульовому тиску та їхньої здатності витримувати внутрішні дугові аварії. Багато таких продуктів використовують механізми ручного управління, і оператори працюють в близькій близькості. При аварії можуть бути серйозні наслідки. На даний момент, включення індикатора тиску стало обов'язковим вимогам, включаючи його як необхідний додаток для напівгерметичних КРБ.

2.3 Проблеми з механізмом

У захисті розподільних перетворювачів, поширені комбіновані модулі, які використовують комутатори навантаження разом з предохранителями. Комутатор навантаження відключає струм навантаження, а предохранитель відключає струм короткого замикання та перенавантаження. У розподільній мережі Хебея відбулися випадки, коли у повністю герметичних КРБ предохранитель спрацював, але комутатор навантаження не відключився надійно, що не дозволило відключити аварійний перетворювач і призвело до серйозних пошкоджень. Причиною була надмірна довжина шнура управління, який керує відключенням, що не дозволило удару від предохранителя активувати механізм відключення комутатора навантаження. Цей дефект можна виправити, регулюючи довжину шнура управління та затягнувши гайки. Крім того, імітація роботи предохранителя для модулів підачі живлення перетворювачів була включена як обов'язковий тест перед введенням в експлуатацію.

2.4 Проблема матеріалу рівнівального щита

Напівгерметичні КРБ зазвичай не можуть використовувати дотикові кабельні кінцеві. Рівнівальні щити часто використовуються для вирішення проблеми недостатньої відстані між фазами на точках з'єднання кабельних кінцевих. Однак, алюмінієві рівнівальні щити сильно чутливі до вологих умов. Навіть при використанні антиконденсаційних нагрівачів, їх ефективність в вологих умовах обмежена. У розподільних системах 20 кВ спостерігалися серйозні корозійні процеси цих щитів. Шорсткість поверхні та білі пилочні продукти корозії порушують рівномірність електричного поля на поверхні щита, що знищує рівнівальний ефект. Через малі відстані між фазами навколо щитів, поєднані з щоденними коливаннями температури, конденсація формується на дні газової камери та може потрапляти назад до області щита, створюючи шлях для розряду. Епоксидний матеріал ізоляційних перегородок на дні газової камери може постраждати від серйозної електричної корозії, що врешті-решт призводить до міжфазних шляхів розряду та, в кінцевому підсумку, до пробою поверхневої ізоляції. Весь цей процес розряду є поступовим. Для вирішення проблеми конденсації, відділи постачання електроенергії можуть модифікувати рівнівальний щит КРБ, перехід на силиконові резинові ізоляційні кабельні кінцеві. Ці кінцеві внутрішньо використовують напівпровідниковий шар, який все ще може надавати рівнівальний ефект. Поліпшений дизайн КРБ пройшов тест на конденсацію та витримання напруги та планується для випробування в розподільній мережі.

3. Рекомендації щодо вибору КРБ з SF6

(1) Обрати розширювані КРБ: Їхня гнучка конфігурація, легкість встановлення та можливість розширення представляють майбутній напрямок використання КРБ з SF6.

(2) врахувати обслуговування: Жодно, комутатор навантаження з SF6 повинен бути оснащений пристроєм для моніторингу тиску SF6. В іншому випадку, він повинен пройти тест на комутацію при нульовому тиску.

(3) Врахувати клімат та місце: Виберіть продукти, які пройшли тест на конденсацію. Для невеликих кільцевих розподільних блоків, таких як кінцеві блоки, де майбутнє розширення не враховується, використання повністю герметичних КРБ може значно знизити вплив конденсації на обладнання.

Висновок

Роки експлуатаційної практики показують, що серед різних типів КРБ, КРБ з SF6 надають високу продуктивність, надійність, компактні розміри, низькі вимоги до простору та мінімальне обслуговування, що призводить до їх найширшого використання. Враховуючи різні фактори, такі як витрати на обслуговування, вторинні інвестиції та надійність, рекомендується, де дозволяють умови, надавати перевагу використанню КРБ з SF6 у проектах модернізації та будівництва розподільних мереж. Під час планування та будівництва слід достатньо врахувати включення автоматизованих пристроїв та використання безпечного, надійного та передового обладнання для підвищення рівня розподілу, що робить розподільну мережу більш надійною та безпечною.