Интелигентна кутиевидна трансформаторна станция на база на високонапрегнато GIS апаратно устройство от 110 кВ Проектно изследване
Избор и настройка на разпределително оборудване на база на GIS
В момента най-често използваното разпределително оборудване включва открити въздушно изолирани разпределителни устройства, традиционни вътрешни GIS, стоманени вътрешни GIS и открити хибридни GIS. Това проучване е насочено към подстанциите в Индонезия с цел завършване на настройката на разпределителното оборудване за интелигентни предварително изработени подстанции. Повечето подстанции в Индонезия са разположени в области със сложен терен и ниска гъстота на нагрузката. Според текущия план стратегията за развитие на регионалната електрическа мрежа е да се използват съществуващите линии от 110 кВ за изграждане на подстанции с малка капацитет. На тази основа напрежението ще бъде постепенно намалено, за да се максимизира инвестициите, увеличи се използването на оборудването и се намали ролята на подстанциите от 35 кВ. Подстанциите в индонезийската електрическа мрежа са от големи мащаби, с високи инвестиции и разходи за оборудване, както и дълги периоди на строителство, което изисква допълнителна оптимизация при избора и настройката на оборудването.
Откритият хибридный GIS интегрира прекъсватели и разединители, използвайки традиционни шинопроводи. Тази конфигурация може да намали броя на фланците и откритото оборудване, като по този начин увеличава ефективността на използването на земята в целевата зона. Освен това подходът с хибридния GIS може да намали трудността при инсталацията и разширението, облекчавайки инсталацията и поддръжката на оборудването в планински и хълмисти региони.
Индонезия има относително влажен климат с много горещи дни, така че интелигентното управление има строги екологични изисквания. В Индонезия, интелигентните контролни кабинети обикновено изискват диапазон на относителна влажност от 5% до 95% и температурен диапазон на околната среда от -5 до 55°C, без да се позволи образуването на мраз. За да се постигне охлаждане, осушаване и предотвратяване на кондензацията на откритите контролни кабинети, това проучване използва метода за инсталиране на климатици на страната на вратата на кабинета.
Със същественото електрическо свързване е необходимо да се гарантира надеждността, икономичността, оперативността и безопасността при работа. За единичната шина на 110 кВ електрическото свързване, обикновено се използва секционно свързване или мостово свързване. Мостовото свързване има по-малко прекъсватели и по-ниски инвестиции, но надеждността му е по-слаба от тази на секционното свързване, а трудността на последващата модификация и разширяване е по-голяма. Затова, това проучване използва прекъсватели за секциониране на шината. С този метод на секционно свързване, когато една секция на шината се повреди, останалите секции все още могат да доставят енергия нормално, осигурявайки надеждна услуга. Единичното секционно свързване е относително просто, с по-малко компоненти на оборудването, и предлага висока надеждност и оперативност. Структурата на подобрения интелигентен подстанция е показана на Фигура 1.
Трансформаторите в подстанцията, като ключово оборудване, играят важна роля в детектирането на състоянието. С оглед на инвестиционните разходи и приложни сценарии, проектната схема на това проучване използва онлайн устройство за мониторинг на растворените газове в масло и онлайн устройство за детектиране на заземената токова стойност на желязната ядро. Първото, с цена около 200,000 CNY за един комплект, се използва за детектиране на вътрешната изолация на главния трансформатор, докато второто е за реално време детектиране на заземената токова стойност на желязната ядро. Двете технологии са сравнително зрелите и широко приложими.
Интелигентният главен трансформатор интегрира първично и вторично оборудване, позволявайки му да извършва състоятелно възприемане и оценка на работното състояние. За облекчаване на ежедневната поддръжка и наблюдение, както и намаляване на поддръжката, е избран методът на естествена циркулация на масло и въздушно охлаждане за главния трансформатор.
Хибридният GIS интегрира прекъсватели, ключове и токови трансформатори в едно цяло, улеснявайки процеса на реконструкция, като намалява броя на оборудването. Освен това, откритият хибридний GIS има по-малко оборудване и фланци, предлагайки по-висока надеждност и корозионна устойчивост, което му позволява да функционира добре в целевата зона. Номиналното напрежение на оборудването на хибридния GIS бухталник е 126 кВ, а номиналният ток е 2000 А. Всяко хибридно GIS оборудване на бухталника включва сензори, интелигентни контролни кабинети и устройства за детектиране на състоянието на SF₆ газ. Тези устройства могат да детектират състоянието на газа и работното състояние на оборудването, позволявайки цифрова мярка, информация взаимодействие и функции за проверка на състоянието на високонапрегнатите ключове.
Оптимизация на разпределителното оборудване и общата разположба
В оригинален дизайн на интелигентната подстанция, конфигурацията на интелигентните терминални кабинети и хибридни GIS контролни кабинети следваше разположението на две кабинета за всеки бухталник. Но този подход води до множество кабелни пресичащи се петли, което не е благоприятно за ежедневната поддръжка. Затова, вторичните контури на интелигентните терминали и механизми на хибридния GIS могат да бъдат интегрирани. Чрез комбиниране на контролните панели, интерлокуращите петли, анти-изскачащите петли и несинхронизиращите петли в интелигентния терминал, може да се постигне интегриран дизайн.
Оптимизацията на интелигентните контролни кабинети включва три аспекта: (1) Упростяване на контура, заменяйки твърдото логически свързване с локално софтуерно логически свързване; (2) Възможност за комуникация между бухталниците чрез интелигентни терминали и технологията на събитията на подстанцията, ориентирана към обект; (3) Прилагане на интегриран дизайн на интелигентни терминали и контролни контури на прекъсвателите, за да се намалят излишните функции, като например давящи петли. Освен тези подобрения на контура, се запазва разположението на интелигентните терминали в оригиналните контролни кабинети, и се оптимизират връзките между интелигентните контролни кабинети и съответното оборудване.
Предложената дизайнерска схема в това проучване използва модулна модел на предварително изработен кабинет. Разположението на подстанцията трябва да бъде основана на естествените условия и инженерните изисквания на целевата зона, и да има предимства като безопасност, надеждност, екологична дружелюбност, пожарна защита и удобство при експлуатация и поддръжка. В целевата зона, 110 кВ разпределителното оборудване и главните трансформатори са разположени от север на юг. За удовлетворяване на транспортните изисквания, в подстанцията е установена кръгова пожарна пътека, и на местоназначението се използва минимална разположба. Чрез тази разположба, 18% от площта на земята може да бъде спестена. Общата разположба на разпределителното оборудване в дизайнерската схема е показана на Фигура 2.
По отношение на оптимизацията на размерите на разпределението
Предложената дизайнерска схема в проучването разполага хибридното GIS оборудване в два реда, а 110 кВ разпределителното оборудване използва външни алуминиево-магнезиеви опорни трубни шинопроводи. Стандартната секционна бухталнична разположба обикновено има линейна разположба на меки гибки шинопроводи на двете края, което заема голямо количество хоризонтално пространство. Благодарение на интеграцията на хибридното GIS оборудване, неговата разположба е по-компактна. Проучването установява хоризонталната димензия на секционния бухталник на 8 м, което е с 2 м по-кратко от предходното. Стандартната продължителна дължина е 39 м. За оптимизиране на продължителната димензия, предложената схема използва интегрирани устройства, премахва входящата линейна структура и променя шинопроводната рамка, което намалява заемането на продължително пространство. Чрез тези две подобрения, продължителната димензия в схемата е 25.2 м, което е с 13.8 м по-кратко от стандартната дължина, ефективно намалявайки пространството, заето от оборудването.
Анализ на производителността и разходите на интелигентните предварително изработени подстанции
След завършването на строителството на предварително изработената подстанция, са необходими съответни процедури за включване, за да се гарантира, че функциите на всеки апарат отговарят на проектните изисквания и да се осигури нормална комуникация между апаратите и софтуера. Експериментът записва и анализира данни като стойностите на тока, напрежението, активната мощност, температурата на трансформатора и фактора на мощност на всеки ключ в предварително изработената подстанция, за да се гарантира стабилната работа на оборудването на подстанцията. От тях, температурните стойности на трансформатора в различни часове са показани на Фигура 3.
Чрез наблюдаване на Фигура 3(a), може да се установи, че температурните стойности на фаза A, фаза B и фаза C се задържат в относително стабилно състояние. Температурата на фаза B е най-висока, достигайки 43.6 °C от 8:31 до 8:32; температурата на фаза A варира между 42.0 - 43.2 °C; и температурата на фаза C остава около 42.5 °C. В Фигура 3(b), вариациите в температурните стойности на трансформатора, събрани през следобеда, също са относително малки. В резултат на промените в околната среда, общи температурните стойности на фаза A, фаза B и фаза C са по-високи от утринните измервания, но все още са в нормален температурен диапазон. В 14:32, температурната стойност на фаза B е 44.1 °C, а в този момент, температурните стойности на фаза A и фаза C са 42.9 °C и 42.6 °C съответно. През целия период на измерване, най-ниската температура на фаза C е 42.2 °C, а най-високата е 43.7 °C, докато температурата на фаза A варира в диапазона от 42.6 °C до 43.8 °C.
Анализът на данните от полеви тестове показва, че данните на предварително изработената подстанция отговарят на проектните изисквания и съответстват на съответните стандарти за приемане. По отношение на икономическата полезност, на базата на теорията за жизнения цикъл на разходите, експериментът анализира и изчислява различните разходи на 110 кВ разпределителното оборудване, и избира схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства за сравнение. Резултатите от сравнението са показани на Фигура 4.
На Фигура 4, предварителните инвестиционни разходи за оптимизираната схема на хибридния GIS са 2.413 млн. CNY, което е с 0.133 млн. CNY по-високо от схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства. Това е главно защото цената на закупуване на оборудването в схемата на хибридния GIS е по-висока от цената на закупуване на оборудването в схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства, а и цената на инсталационните работи е леко по-висока.
През периода на експлоатация и поддръжка, необходимата част от разходите е относително малка. Тъй като подстанцията в оптимизираната схема на хибридния GIS е безлюден обект, са необходими само малко периодични ръчни проверки, което намалява ежедневните разходи за експлоатация и поддръжка. Следователно, разходите за експлоатация и поддръжка са значително по-ниски от тези на схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства.
Годишната вероятност за отказ на оптимизираната схема на хибридния GIS е значително намалена, което води до значително намаление на разходите за поддръжка. Освен това, разходите за демонтаж са само 89% от тези на схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства. С оглед на всички фактори, настоящата стойност на разходите за жизнения цикъл на оптимизираната схема на хибридния GIS е с 0.549 млн. CNY по-ниска от тази на схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства. Освен това, схемата на 110 кВ GIS интелигентна подстанция е по-добре от традиционната схема с въздушно изолирани разпределителни устройства.
Заключение
За да се спестят градските земни ресурси, да се съкрати периода на строителството и да се увеличат икономическата ефективност и надеждността на предварително изработените подстанции, това проучване предлага схема за външен хибрид GIS, който интегрира прекъсватели и разединители. Чрез оптимизиране на контура и използване на единична шина с секционно свързване, както и оптимизиране на общата разположба, броят на отказите е намален и разходите за поддръжка са намалени.
Резултатите от тестовете показват, че при събирането на температурата на трансформатора, температурните стойности на фаза A, фаза B и фаза C остават относително стабилни. През утрото, температурата на фаза A варира между 42.0 - 43.2 °C, докато тази на фаза C остава около 42.5 °C. През следобеда, температурата на фаза C варира от минималната 42.2 °C до максималната 43.7 °C, а температурата на фаза A варира между 42.6 °C и 43.8 °C. Данните на предварително изработената подстанция отговарят на проектните изисквания и съответстват на съответните стандарти за приемане.
В анализа на разходите за жизнения цикъл, въпреки че предварителните инвестиционни разходи на оптимизираната схема на хибридния GIS са 2.413 млн. CNY, което е с 0.133 млн. CNY по-високо от схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства, оптимизираната схема на хибридния GIS изисква само малко периодични ръчни проверки. Това намалява ежедневните разходи за експлоатация и поддръжка, правейки разходите за експлоатация и поддръжка значително по-ниски от тези на схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства, и значително намалява разходите за поддръжка. Изчисленията показват, че настоящата стойност на разходите за жизнения цикъл на оптимизираната схема на хибридния GIS е с 0.549 млн. CNY по-ниска от тази на схемата с въздушно изолирани разпределителни устройства, показвайки, че оптимизираната схема на 110 кВ GIS интелигентна подстанция е по-добре от традиционната схема с въздушно изолирани разпределителни устройства.
Обаче, това проучване анализира и оптимизира само основния дизайн на подстанцията. В бъдеще, трябва да се проведе по-комплексен интелигентен дизайн за вторичните подстанции, като се вземат предвид комуникациите и градостроителството.
