Intelligent boksformet understation baseret på 110 kV højspændings GIS-afskærmningsudstyr Designforskning
Udvælgelse og opstilling af fordeleudstyr baseret på GIS
I øjeblikket omfatter det mest anvendte fordeleudstyr hovedsagelig udendørs åbent luftisolerede spærapparater, traditionelle indendørs GIS, stålkonstruerede indendørs GIS og udendørs hybrid-GIS. Dette studie har til formål at udstyre intelligente forhåndsmonterede understations i Indonesien. De fleste understationer i Indonesien er beliggende i områder med komplekse terrænforhold og lav lasttæthed. Ifølge den nuværende plan er regionale strategier for udvikling af kraftnettet at bruge de eksisterende 110 kV linjer til at bygge små kapacitetsunderstationer. På denne basis vil spændingsniveauerne gradvist blive nedsat for at maksimere investeringsvirksomhed, forbedre udstyrsudnyttelse og nedtone rollen for 35 kV understationer. Understationerne i det indonesiske kraftnet er store, med høje investerings- og udstyrskostnader samt lange konstruktionsperioder, hvilket kræver yderligere optimering i udstyrsvælgelse og opstilling af fordeleudstyr.
Udendørs hybrid-GIS integrerer spærapparater og afkoblingskontakter, ved hjælp af konventionelle busbarer. Denne konfiguration kan reducere antallet af flange og udendørs udstyr, hvilket dermed øger arealanvendelsen i målområdet. Desuden kan hybrid-GIS-metoden lette installations- og udvidelsesproblemer, og gør det lettere at installere og vedligeholde udstyr i bjerg- og højlandsområder.
Indonesien har et relativt fugtigt klima med mange varme dage, så intelligent kontrol har strenge miljøkrav. I Indonesien kræver intelligente kontrolskabe generelt en relativ fugtighed på 5% - 95% og en omliggende temperatur på -5 - 55°C, uden tilladelse til frost dannelse. For at opnå køling, tørretid og forebyggelse af kondensering for udendørs kontrolskabe, anvender dette studie metoden med montering af airconditioner på sidefladen af skabedøren.
Angående hovedelektriske kabler, er det afgørende at sikre dens pålidelighed, økonomisk effektivitet, operativitet og sikkerhed under drift. For 110 kV elektriske kablers enkelte busbar, anvendes ofte sektioner eller brotype kabler. Brotype kabler har få spærapparater og lavere investering, men deres pålidelighed er dårligere end sektionernes, og vanskeligheden ved efterfølgende ændring og udvidelse er højere. Derfor anvender dette studie spærapparater til at dele busbar. Med denne sektionsmetode, når en sektion af busbar fejler, kan de resterende sektioner stadig levere strøm normalt, og sikrer pålidelig service. Enkelte busbar sektioner er relativt simple, med få udstyrskomponenter, og har høj pålidelighed og operativitet. Strukturen af den forbedrede intelligente understation vises i figur 1.
Transformatorer i understationen, som vigtigt udstyr, spiller en vital rolle i tilstandssporing. Ved at overveje investeringsomkostninger og anvendelsesscenarier, anvender designskemaet i dette studie en online løseligt gas overvågningsenhed i olie og en online jordstrøm detektionsenhed for jernkern. Den sidstnævnte, prissat til ca. 200.000 CNY per sæt, anvendes til at detektere den interne isolation af hovedtransformator, mens den anden anvendes til realtid detektion af jernkerns jordstrøm. Begge teknologier er relativt modne og bredt anvendte.
Den intelligente hovedtransformator integrerer primære og sekundære udstyr, hvilket gør det muligt at udføre tilstandsopfattelse og driftstillandsvurdering. For at lette daglig vedligeholdelse og overvågningsvagter og reducere vedligeholdelsesarbejde, vælges naturlig olie-cirkulationsluftkøling som kølemetode for hovedtransformator.
Hybrid-GIS integrerer spærapparater, kontakter og strømtransformatorer i en enhed, der strømliner genopbygningsprocessen ved at reducere antallet af udstyr. Desuden har udendørs hybrid-GIS få udstyr og flange, med højere pålidelighed og korrosionsbestandighed, hvilket gør, at det fungerer godt i målområdet. Nominel spænding for hybrid-GIS bays udstyr er 126 kV, og nominel strøm er 2000 A. Hvert hybrid-GIS bay udstyr består af sensorer, intelligente kontrolskabe og SF₆-gas tilstandsdetektionsenheder. Disse enheder kan detektere gassituationen og udstyrsdriftstilland, og gør det muligt at udføre digitale målinger, informationsoverførsel og tilstandsforespørgsler for højspændingskontakter.
Optimering af fordeleudstyr og generel layout
I det oprindelige intelligente understationsdesign fulgte konfigurationen af intelligente terminalskabe og hybrid-GIS kontrol-samlingskabe ordningen med to skabe per bay. Men denne metode fører til mange kabeloverskridende løkker, hvilket er ugunstigt for dagligt vedligehold. Derfor kan sekundære kredsløb af intelligente terminaler og hybrid-GIS mekanismer være integreret. Ved at kombinere kontrolpaneler, låsesammenkoblede løkker, mod-fald løkker og ikke-sammenfaldende løkker i den intelligente terminal, kan en integreret design opnås.
Optimeringen af intelligente kontrolskabe inkluderer hovedsagelig tre aspekter: (1) Forenkling af kredsløbet ved at erstatte hårdledningslogik med lokal terminalsoftware logik; (2) At gøre det muligt for bay-bay kommunikation gennem intelligente terminaler og understations begivenhedsorienteret objekt teknologi; (3) At anvende en integreret design af intelligente terminaler og spærapparat-kontrolkredsløb for at reducere redundante funktioner såsom tryk interswitch løkker. Udover disse kredsløbsforbedringer bevares placeringen af intelligente terminaler i de oprindelige kontrol-samlingskabe, og forbindelser mellem intelligente kontrol-samlingskabe og tilsvarende udstyr optimeres.
Designskemaet foreslået i dette studie anvender modular forhåndsmonteret hytte model. Layoutet af understationen skal være baseret på de naturlige forhold og ingeniørfordringene i målområdet, og have fordele som sikkerhed, pålidelighed, miljøvenlighed, brandbeskyttelse og bekvem operation og vedligehold. I målområdet er 110 kV fordeleudstyr og hovedtransformatorer placeret fra nord til syd. For at møde transportanforderinger, er der oprettet en cirkulær brandbekæmpelsesgang inden for understationen, og installation af lokalt udstyr anvender en minimaliseret layout. Gennem denne layout kan 18% af arealarealet blive sparet. Den generelle layout af fordeleudstyret i designskemaet vises i figur 2.
Med hensyn til optimering af fordelingsdimensioner
Designskemaet foreslået i forskningen arrangerer hybrid-GIS udstyr i to rækker, og 110 kV fordeleudstyr anvender udendørs aluminium-magnesium legir support tube busbars. Den standard sektionsbays layout har typisk en lineær arrangement af bløde ledning busbars på begge ender, hvilket optager stor mængde lateralt rum. Takket være integrationen af hybrid-GIS udstyr, er dets layout mere kompakt. Forskningen sætter den laterale dimension af sektionsbays til 8 m, hvilket er 2 m kortere end før. Den standard longitudinale længde er 39 m. For at optimere den longitudinale dimension, anvender foreslået skema integrerede udstyr, fjerner indkomstlinjestruktur, og ændrer busbar rammen, hvilket reducerer besættelsen af longitudinale rum. Gennem disse to forbedringer, er den longitudinale dimension i skemaet 25.2 m, 13.8 m kortere end standardlængden, hvilket effektivt reducerer det rum, som udstyret optager.
Ydeevne- og omkostningsanalyse af intelligente forhåndsmonterede understationer
Efter at forhåndsmonteret understation er blevet opført, skal relevante justerings trin udføres for at sikre, at funktionerne for hvert udstyr kan opfylde designkravene og muliggøre normal kommunikation mellem udstyr og software. Eksperimentet optager og analyser data som strøm, spændingsværdier, aktiv effekt, transformator temperatur, og effektfaktor for hver kontakt i forhåndsmonteret understation for at sikre stabilt drift af understationsudstyr. Blandt dem, de transformator temperaturværdier i forskellige tidsperioder vises i figur 3.
Ved at observere figur 3(a), kan det findes, at temperaturen for fase A, fase B og fase C alle forbliver i en relativt stabil tilstand. Temperaturen for fase B er den højeste, når 43.6 °C fra 8:31 til 8:32; temperaturen for fase A varierer mellem 42.0 - 43.2 °C; og temperaturen for fase C forbliver omkring 42.5 °C. I figur 3(b), variationen i de samlede transformator temperaturværdier i eftermiddags er også relativt lille. På grund af miljøændringer, er de samlede temperaturværdier for fase A, fase B, og fase C højere end morgens målte værdier, men stadig inden for den normale temperaturrange. Kl. 14:32, er temperaturen for fase B 44.1 °C, og på dette tidspunkt er temperaturen for fase A og fase C henholdsvis 42.9 °C og 42.6 °C. Gennem hele måleperioden, er den laveste temperatur for fase C 42.2 °C og den højeste er 43.7 °C, mens temperaturen for fase A varierer inden for intervallet 42.6 - 43.8 °C.
Analyse af påsted testdata viser, at data for forhåndsmonteret understation opfylder designkravene og er i overensstemmelse med relevante acceptstandarder. Med hensyn til økonomisk nytte, baseret på livscykluskostteori, analyserer og beregner eksperimentet de forskellige omkostninger for 110 kV fordeleudstyr, og vælger luft-isoleret spærapparat skema til sammenligning. Sammenligningsresultaterne vises i figur 4.
I figur 4 er den forhåndsinvesteringsomkostning for det optimerede hybrid-GIS designs skema 2.413 millioner RMB, hvilket er 0.133 millioner RMB højere end luft-isoleret spærapparat skema. Dette skyldes hovedsagelig, at udstyrsindkøbsomkostningen for det hybrid-GIS designs skema er højere end luft-isoleret spærapparat skema, og installationsomkostningen er også lidt højere.
Under drifts- og vedligeholdelsesfasen, er den påkrævede omkostningsandel relativt lille. Da understationen for det optimerede hybrid-GIS designs skema er en ubemandet understation, kræves kun en lille mængde regelmæssig manuel inspektion, hvilket reducerer daglige drifts- og vedligeholdelsesomkostninger. Derfor er drifts- og vedligeholdelsesomkostningen meget lavere end for luft-isoleret spærapparat skema.
Årlig fejl sandsynlighed for det optimerede hybrid-GIS designs skema er betydeligt reduceret, hvilket resulterer i en bemærkelsesværdig reduktion i vedligeholdelsesomkostninger. Desuden er dens nedrivningsomkostning kun 89% af luft-isoleret spærapparat skema. Med hensyn til alle faktorer, er nutidsværdien for livscyklusomkostningen for det optimerede hybrid-GIS designs skema 0.549 millioner RMB lavere end luft-isoleret spærapparat skema. Yderligere, 110 kV GIS intelligent understations skema er bedre end det konventionelle luft-isoleret spærapparat skema.
Konklusion
For at spare byarealressourcer, forkorte konstruktionsperioden, og forbedre økonomisk effektivitet og pålidelighed af forhåndsmonterede understationer, foreslår dette forskning et udendørs hybrid-GIS designs skema, der integrerer spærapparater og afkoblingskontakter. Ved at optimere kredsløb og anvende enkelte busbar sektion kabler, og optimere den generelle layout, reduceres antallet af fejl og vedligeholdelsesomkostninger.
Testresultater viser, at under indsamling af transformator temperatur, temperaturen for fase A, fase B, og fase C forbliver relativt stabil. Om morgenen, varierer temperaturen for fase A mellem 42.0 - 43.2 °C, mens temperaturen for fase C forbliver omkring 42.5 °C. Om eftermiddagen, ligger temperaturen for fase C mellem en minimum på 42.2 °C og en maksimum på 43.7 °C, og temperaturen for fase A varierer mellem 42.6 °C og 43.8 °C. Data for forhåndsmonteret understation opfylder designkravene og er i overensstemmelse med relevante acceptstandarder.
I livscyklusomkostningsanalyse, selvom den forhåndsinvesteringsomkostning for det optimerede hybrid-GIS designs skema er 2.413 millioner RMB, 0.133 millioner RMB højere end luft-isoleret spærapparat skema, kræver det optimerede hybrid-GIS designs skema kun en lille mængde regelmæssig manuel inspektion. Dette reducerer daglige drifts- og vedligeholdelsesomkostninger, gør drifts- og vedligeholdelsesomkostningen meget lavere end for luft-isoleret spærapparat skema, og reducerer betydeligt vedligeholdelsesomkostninger. Beregninger viser, at nutidsværdien for livscyklusomkostningen for det optimerede hybrid-GIS designs skema er 0.549 millioner RMB lavere end luft-isoleret spærapparat skema, som demonstrerer, at det optimerede 110 kV GIS intelligente understations skema er bedre end det konventionelle luft-isoleret spærapparat skema.
Dog, denne forskning analyserer og optimerer kun det primære understationsdesign. I fremtiden skal der udføres en mere omfattende intelligent design for sekundære understationer ved at tage hensyn til kommunikation og landkonstruktion.
