Inteligentní boxová transformační stanice založená na vysokotlažné GIS výměnné stolici 110 kV Návrh a výzkum

Výběr a instalace distribučního zařízení na základě GIS

Aktuálně běžně používané distribuční zařízení zahrnuje především venkovní otevřené vzduchem izolované vypínače, tradiční vnitřní GIS, ocelové vnitřní GIS a venkovní hybridní GIS. Tento studie se zaměřuje na podstanice v Indonésii, aby dokončila instalaci distribučního zařízení pro inteligentní předvyráběné podstanice. Většina podstanic v Indonésii se nachází v oblastech s komplikovaným terénem a nízkou hustotou zatížení. Podle současného plánu strategie rozvoje regionální elektrické sítě spočívá v využití stávajících 110 kV linek k vytvoření malých kapacitních podstanic. Na tomto základě se postupně snižují napěťové úrovně, aby byla maximalizována efektivita investic, zvýšeno využití zařízení a oslabena role 35 kV podstanic. Podstanice v indonéské elektrické síti jsou velké, mají vysoké investiční a zařízení náklady a dlouhé doby výstavby, což vyžaduje další optimalizaci výběru a instalace distribučního zařízení.

Venkovní hybridní GIS integruje vypínače a odpojovače, používající konvenční sběrnice. Toto uspořádání může snížit počet flang a venkovního zařízení, čímž se zvýší efektivita využití půdy v cílové oblasti. Kromě toho hybridní GIS přístup může snížit obtížnost instalace a rozšíření, což usnadňuje instalaci a údržbu zařízení v horských a kopcovitých oblastech.

Indonésie má relativně vlhké klima s mnoha horkými dny, takže inteligentní řízení má přísné požadavky na prostředí. V Indonésii obecně inteligentní řídicí skříně vyžadují relativní vlhkost v rozmezí 5% - 95% a okolní teplotu v rozmezí -5 - 55°C, aniž by došlo ke vzniku mrazu. Pro dosažení chladicího, odvlhčovacího a prevence kondenzace u venkovních řídicích skříní tato studie používá metodu instalace klimatizací na stranách dveří skříně.

Co se týče hlavní elektrické zapojení, je nezbytné zajistit jeho spolehlivost, ekonomickou efektivitu, obsluhu a bezpečnost během provozu. Pro jednosběrní zapojení 110 kV se často používá oddílové zapojení nebo mostové zapojení. Mostové zapojení má méně vypínačů a nižší investice, ale jeho spolehlivost je nižší než u oddílového zapojení a obtížnost pozdější úpravy a rozšíření je vyšší. Proto tato studie používá vypínače k oddělení sběrnice. S touto metodou oddílového zapojení, pokud selže jeden oddíl sběrnice, zbývající oddíly stále mohou dodávat energii normálně, což zajišťuje spolehlivou službu. Jednosběrní oddílové zapojení je relativně jednoduché, s menším počtem součástí zařízení, nabízí vysokou spolehlivost a možnost obsluhy. Struktura vylepšené inteligentní podstanice je znázorněna na obrázku 1.

Transformátory uvnitř podstanice, jako klíčové zařízení, hrají klíčovou roli v detekci stavu. Z hlediska investičních nákladů a aplikací návrh této studie používá zařízení pro online sledování rozpustných plynů v oleji a zařízení pro online detekci zemící proudu jádra. První, které stojí přibližně 200 000 CNY za sadu, slouží k detekci vnitřní izolace hlavního transformátoru, zatímco druhé je určeno k reálnému času detekce zemícího proudu jádra. Oba technologie jsou relativně zralé a široce používané.

Inteligentní hlavní transformátor integruje primární a sekundární zařízení, umožňuje vnímat stav a hodnotit provozní stav. Pro usnadnění každodenní údržby a monitorovacích směn a snížení údržbového zatížení bylo zvoleno přirozené olejové chlazení cirkulací vzduchu jako chladicí metoda pro hlavní transformátor.

Hybridní GIS integruje vypínače, přepínače a proudové transformátory do jedné entity, zjednodušuje proces rekonstrukce snížením počtu zařízení. Navíc venkovní hybridní GIS má menší počet zařízení a flang, nabízí vyšší spolehlivost a odolnost proti korozi, což ho činí vhodným pro cílovou oblast. Nominální napětí zařízení hybridní GIS bay je 126 kV a nominální proud 2000 A. Každé zařízení hybridní GIS bay zahrnuje senzory, inteligentní řídicí skříně a zařízení pro detekci stavu plynu SF₆. Tyto zařízení mohou detekovat stav plynu a provozní stav zařízení, umožňují digitální měření, informační interakci a dotazování na stav vysokonapěťových přepínačů.

Optimalizace distribučního zařízení a celkového rozvržení

V původním návrhu inteligentní podstanice byla konfigurace inteligentních terminálových skříní a hybridních GIS kontrolních skříní uspořádána tak, že bylo přiděleno dvě skříně na každou bay. Nicméně tento přístup vedl k mnoha křížením kabelů, což není výhodné pro každodenní údržbu. Proto lze integrovat sekundární obvody inteligentních terminálů a mechanismů hybridních GIS. Sloučením kontrolních panelů, uzamykacích obvodů, ochranných proti padnutí a nevhodných fází do inteligentního terminálu lze dosáhnout integrovaného návrhu.

Optimalizace inteligentních řídicích skříní zahrnuje především tři aspekty: (1) zjednodušení obvodu nahrazením pevné logiky místním softwarem terminálu; (2) povolení komunikace mezi bay pomocí inteligentních terminálů a objektové technologie orientované na události podstanice; (3) adopce integrovaného návrhu inteligentních terminálů a obvodů pro řízení vypínačů, což snižuje redundantní funkce, jako jsou obvody pro tlakové uzamykání. Kromě těchto vylepšení obvodů se zachovává rozvržení inteligentních terminálů uvnitř původních kontrolních skříní a optimalizují se spojení mezi inteligentními kontrolními skříněmi a odpovídajícími zařízeními.

Návrh schématu navržený v této studii používá modulární předvyráběné kabiny. Rozvržení podstanice by mělo být založeno na přírodních podmínkách a inženýrských požadavcích cílové oblasti a mělo by mít výhody, jako jsou bezpečnost, spolehlivost, environmentální přátelství, ochrana proti požárům a snadná operace a údržba. V cílové oblasti jsou 110 kV distribuční zařízení a hlavní transformátory uspořádány ze severu na jih. Pro splnění dopravních požadavků je v podstanici nastavena kruhová hasicí cesta a na místě je instalace zařízení minimalizována. Tímto rozvržením lze ušetřit 18% plochy. Celkové rozvržení distribučního zařízení v návrhovém schématu je znázorněno na obrázku 2.

Co se týče optimalizace rozměrů distribuce

Navrhované schéma výzkumu uspořádává hybridní GIS zařízení ve dvou řadách a 110 kV distribuční zařízení používá venkovní hliníko-magnesijské nosné trubkové sběrnice. Standardní oddílové bay obvykle má lineární uspořádání měkkých hadicových sběrnic na obou koncích, což zabírá velké množství bočního prostoru. Díky integraci hybridních GIS zařízení je jeho uspořádání kompaktnější. Výzkum stanovil boční rozměr oddílové bay na 8 m, což je o 2 m kratší než předtím. Standardní délka v ose je 39 m. Pro optimalizaci rozměru v ose navrhované schéma používá integrované zařízení, odstraňuje příchozí strukturální prvky a upravuje rám sběrnice, čímž snižuje obsazení v ose. Díky těmto dvěma vylepšeníms je rozměr v ose v návrhu 25,2 m, což je o 13,8 m kratší než standardní délka, což efektivně snižuje prostor zabíraný zařízením.

Analýza výkonu a nákladů inteligentních předvyráběných podstanic

Po dokončení výstavby předvyráběné podstanice je třeba provést příslušné komisační kroky, aby se zajistilo, že funkce každého zařízení splňují návrhové požadavky a umožní normální komunikaci mezi zařízeními a softwarovými systémy. Experiment zaznamenává a analyzuje data, jako jsou proud, napětí, aktivní výkon, teplota transformátoru a faktor výkonu každého přepínače v předvyráběné podstanici, aby zajistil stabilní provoz zařízení v podstanici. Mezi nimi jsou hodnoty teploty transformátoru v různých časových obdobích znázorněny na obrázku 3.

Z obrázku 3(a) lze zjistit, že teplotní hodnoty fáze A, B a C zůstávají v relativně stabilním stavu. Teplota fáze B je nejvyšší, dosahující 43,6 °C mezi 8:31 a 8:32; teplota fáze A se pohybuje mezi 42,0 - 43,2 °C; a teplota fáze C zůstává kolem 42,5 °C. Na obrázku 3(b) je variabilita hodnot teploty transformátoru shromážděných odpoledne také relativně malá. V důsledku změn v prostředí jsou celkové teplotní hodnoty fáze A, B a C vyšší než ráno, ale stále v normálním teplotním rozmezí. V 14:32 je teplota fáze B 44,1 °C a v té době jsou teploty fáze A a C 42,9 °C a 42,6 °C. Během celého měření je nejnižší teplota fáze C 42,2 °C a nejvyšší 43,7 °C, zatímco teplota fáze A kolísá v rozmezí 42,6 - 43,8 °C.

Analýza dat z místních testů ukazuje, že data předvyráběné podstanice splňují návrhové požadavky a jsou v souladu s relevantními přijímacími standardy. Z hlediska ekonomického užitku, na základě teorie životního cyklu, experiment analyzuje a vypočítává různé náklady 110 kV distribučního zařízení a vybírá schéma vzduchem izolovaných vypínačů pro srovnání. Výsledky srovnání jsou znázorněny na obrázku 4.

Na obrázku 4 je přední investiční náklad pro optimalizované schéma hybridního GIS 2,413 milionu CNY, což je o 0,133 milionu CNY více než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů. To je hlavně proto, že náklady na nákup zařízení pro schéma hybridního GIS jsou vyšší než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů a náklady na instalaci jsou také mírně vyšší.

Během fáze provozu a údržby je potřebná část nákladů relativně malá. Protože optimalizované schéma hybridního GIS je nepilotovaná podstanice, je potřeba pouze malé množství pravidelných ručních inspekcí, což snižuje každodenní náklady na provoz a údržbu. Proto jsou náklady na provoz a údržbu mnohem nižší než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů.

Roční pravděpodobnost selhání optimalizovaného schématu hybridního GIS byla výrazně snížena, což vedlo k výraznému snížení nákladů na údržbu. Kromě toho jeho náklady na demolici jsou pouze 89 % nákladů na demolici schématu vzduchem izolovaných vypínačů. Zohledněním všech faktorů je současná hodnota nákladů životního cyklu optimalizovaného schématu hybridního GIS o 0,549 milionu CNY nižší než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů. Kromě toho je schéma 110 kV GIS inteligentní podstanice lepší než tradiční schéma vzduchem izolovaných vypínačů.

Závěr

S cílem ušetřit městské půdní zdroje, zkrátit dobu výstavby a zvýšit ekonomickou efektivitu a spolehlivost předvyráběných podstanic, tato studie navrhuje venkovní schéma hybridního GIS, které integruje vypínače a odpojovače. Optimalizací obvodů a použitím jednosběrního oddílového zapojení a optimalizací celkového rozvržení se snižuje počet poruch a náklady na údržbu.

Výsledky testů ukazují, že během sběru teploty transformátoru zůstávají teplotní hodnoty fáze A, B a C v relativně stabilním stavu. Ráno se teplota fáze A pohybuje mezi 42,0 - 43,2 °C, zatímco teplota fáze C zůstává kolem 42,5 °C. Odpoledne se teplota fáze C pohybuje od nejnižší hodnoty 42,2 °C do nejvyšší 43,7 °C, a teplota fáze A kolísá mezi 42,6 °C a 43,8 °C. Data předvyráběné podstanice splňují návrhové požadavky a jsou v souladu s relevantními přijímacími standardy.

V analýze nákladů životního cyklu, i když je přední investiční náklad optimalizovaného schématu hybridního GIS 2,413 milionu CNY, což je o 0,133 milionu CNY více než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů, optimalizované schéma hybridního GIS vyžaduje pouze malé množství pravidelných ručních inspekcí. To snižuje každodenní náklady na provoz a údržbu, což znamená, že náklady na provoz a údržbu jsou mnohem nižší než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů, a výrazně se snižují i náklady na údržbu. Výpočty ukazují, že současná hodnota nákladů životního cyklu optimalizovaného schématu hybridního GIS je o 0,549 milionu CNY nižší než u schématu vzduchem izolovaných vypínačů, což ukazuje, že optimalizované schéma 110 kV GIS inteligentní podstanice je lepší než tradiční schéma vzduchem izolovaných vypínačů.

Nicméně, tato studie analyzuje a optimalizuje pouze primární návrh podstanice. V budoucnu bude třeba provést komplexnější inteligentní návrh sekundárních podstanic, s komplexním zohledněním komunikace a výstavby půdy.