Älykäs laatikkomuotoinen alijakoasema 110 kV korkeanpaineisen GIS-sekoituslaitteen perusteella Suunnittelututkimus

Jakelujen valinta ja asennus perustuen GIS:een

Tällä hetkellä yleisimmin käytetty jakeluvaruste käsittää ulkoisen avoimen ilmakehän eristyskytkentät, perinteisen sisäisen GIS:n, teräskehyksen sisäisen GIS:n sekä ulkoisen hybrid-GIS:n. Tämä tutkimus pyrkii täydentämään älykkäiden valmisteilla olevien alijakoasemien varusteen asentamista Intiassa. Suurin osa intialaisista alijakoasemista sijaitsee monimutkaisten maastojen alueilla, joissa on matala kuormitus. Nykyisen suunnitelman mukaan alueen sähköverkon kehitysstrategia on käyttää olemassa olevia 110 kV -linjoja pienten kapasiteettisten alijakoasemien rakentamiseen. Tämän pohjalta jännitteet vähennetään asteittain investointien tehokkuuden maksimoimiseksi, laitteiston käyttöasteen parantamiseksi ja 35 kV -alijakoasemien roolin vähentämiseksi. Intian sähköverkon alijakoasemat ovat suuria, niissä on korkeat investoinnit ja laitteen ostokustannukset sekä pitkät rakennusaikataulut, mikä edellyttää lisäoptimointia laitteiston valinnassa ja jakeluvarusteen asennuksessa.

Ulkoiset hybrid-GIS-järjestelmät integroivat katkaisimet ja kytkimet käyttäen perinteisiä busbar-harjoja. Tämä järjestely vähentää flanssien ja ulkoisten laitteiden määrää, mikä lisää maankäytön tehokkuutta tavoitteena olevalla alueella. Lisäksi hybrid-GIS-menetelmä helpottaa asennusta ja laajentamista, mikä mahdollistaa laitteiden asentamisen ja huollon vuoristo- ja rinteellisillä alueilla.

Intiassa on suhteellisen kostea ilmasto, jossa on paljon lämpimiä päiviä, joten älykäs ohjaus vaatii tiukkoja ympäristövaatimuksia. Intiassa älykkäiden ohjauskabinetin yleensä vaaditaan olevan suhteellinen kosteus 5 % - 95 % välillä ja ympäristön lämpötila -5 - 55 °C, eikä lumetta saa muodostua. Ulkoisten ohjauskabinetin jäähtymisen, kosteudenpoisto- ja kondensaation estämiseksi tässä tutkimuksessa käytetään menetelmää, jossa ilmastointilaitteet asennetaan kabinetin oven puolelle.

Pääsähköjen johtosuunnittelun tulisi taata sen luotettavuus, taloudellisuus, käytettävyys ja turvallisuus toiminnassa. 110 kV:n sähköjohdon yksibusbar-rakenteessa on yleistä käyttää osituksen tai silta-asennusta. Silta-asennuksessa on vähemmän katkaisimia ja pienempi investointi, mutta sen luotettavuus on heikompi kuin osituksen, ja myöhemmän muuttamisen ja laajentumisen vaikeus on suurempi. Siksi tässä tutkimuksessa busbaria ositetaan katkaisimilla. Tällä ositusmenetelmällä, jos yksi busbar-osio epäonnistuu, muut osiot voivat edelleen tarjota sähköä normaalisti, mikä takaa luotettavan palvelun. Yksibusbar-ositus on suhteellisen yksinkertainen, sillä on vähemmän laiterakennetta, ja se tarjoaa korkeaa luotettavuutta ja käytettävyyttä. Paranneltuun älyasemaksi rakennetun rakenne on kuvattu kuvassa 1.

Asemien sisällä sijaitsevat muuntimet, jotka ovat olennaisia laitteita, ovat tärkeitä tilanteen havainnoinnin kannalta. Investointikustannusten ja sovelluspaikkojen huomioiden tämän tutkimuksen suunnitelma käyttää öljyssä olevaa hajautuneen kaasun valvontalaitetta ja rautaytimen maanvirta-valvontalaitetta. Jälkimmäinen, joka maksaa noin 200 000 RMB yksikköä kohden, käytetään päämuuntimen sisäisen eristyksen valvontaan, kun taas jälkimmäinen käytetään rautaytimen maanvirtauksen reaaliaikaiseen valvontaan. Molemmat teknologiat ovat suhteellisen kypsät ja laajasti käytettyjä.

Älypäämuuntin yhdistää ensimmäisen ja toisen asteen laitteet, mikä mahdollistaa sen tilanteen havainnoinnin ja toimintatilan arvioinnin. Arkipäiväisen huollon ja valvonnan siirtovuorojen helpottamiseksi ja huollon työmäärän vähentämiseksi päämuuntimen jähdytysmeneteksi on valittu luonnollinen öljyn kierron tuuletus.

Hybrid-GIS yhdistää katkaisimet, kytkimet ja virtasensorit yhdeksi kokonaisuudeksi, mikä yksinkertaistaa uudelleenrakennusta vähentämällä laitteen määrää. Lisäksi ulkoinen hybrid-GIS sisältää vähemmän laitteita ja flansseja, mikä tarjoaa korkeamman luotettavuuden ja korrosionkestävyyden, mikä tekee siitä hyvän toimijan tavoitteena olevalla alueella. Hybrid-GIS-bay-laitteen nimittävä jännite on 126 kV, ja nimittävä virta on 2000 A. Jokainen hybrid-GIS-bay-laitteisto sisältää sensorit, älykkäät ohjauskabinetit ja SF₆-kaasun tilan valvontalaitteet. Nämä laitteet voivat havaita kaasun tilan ja laitteen toimintatilan, mikä mahdollistaa korkean jännitteen kytkimien digitaaliset mittaukset, tiedonsaannot ja tilan kyselytoimintoja.

Jakeluvarusteen optimointi ja yleiskaava

Alkuperäisessä älyaseman suunnitelmassa älykäs terminaalikabinetin ja hybrid-GIS-ohjauskeräilykabinetin konfiguraatio noudatti käytäntöä, jossa kahdelle baylle oli kaksi kabinettiä. Kuitenkin tämä lähestymistapa johti lukuisiin kaapelisuuriin silmiin, mikä ei ole hyvä arkipäiväiselle huollossa. Siksi älykkäiden terminalien ja hybrid-GIS-mekanismien toissijaiset piirityypit voidaan yhdistää. Ohjauspaneelien, lukitsinten, pisteytyksen estävien ja ei-samanfaseisten silmien yhdistämällä älyterminaliin voidaan saavuttaa yhdennetty suunnittelu.

Älykkäiden ohjauskabinetin optimointi kattaa pääasiassa kolme näkökulmaa: (1) Piirin yksinkertaistaminen paikallisen terminaaliohjelmistologiikan käyttöön ottamalla; (2) Bay-to-bay-viestintä älyterminalien ja aseman tapahtuma-orientoidun objektiteknologian avulla; (3) Älyterminalien ja katkaisimen ohjauspiirien yhdennetty suunnittelu paineen lukitsemisen kaltaisten päällekkäisten toimintojen vähentämiseksi. Näiden piirien parannusten lisäksi alkuperäisessä keräilykabinetissa säilytetään älyterminalien sijoitus, ja älykäs keräilykabinetin ja vastaavien laitteiden väliset yhteydet optimoidaan.

Tässä tutkimuksessa ehdotettu suunnitelmamalli käyttää modulaarista valmisteverstasta. Aseman sijoitus tulisi perustua tavoitteena olevan alueen luonnollisiin olosuhteisiin ja insinöörimääritteisiin, ja sen tulisi olla etuja, kuten turvallisuus, luotettavuus, ympäristöystävällisyys, palopuolustus ja helppo toiminta ja huolto. Tavoitteena olevalla alueella 110 kV:n jakeluvaruste ja päämuuntimet sijoitetaan pohjoisesta etelään. Kuljetusvaatimusten täyttämiseksi aseman sisällä on asennettu ympyrämuotoinen paloauto-aisti, ja paikan päällä asennettavat laitteet käyttävät minimoitua sijoitusta. Tämän sijoituksen avulla voidaan säästää 18 % maapinta-alasta. Jakeluvarusteen yleiskaava suunnitelmassa on kuvattu kuvassa 2.

Jakeluulottuvuuksien optimoinnissa

Tutkimuksessa ehdotettu suunnitelmamalli sijoittaa hybrid-GIS-varusteet kahdelle riville, ja 110 kV:n jakeluvaruste käyttää ulkoisia alumiini-magnesium-mitallien tukiputkiharjoja. Standardiosaston leikkausrakenteessa on yleistä, että pehmeiden putkiharjojen lineaarinen sijoitus molemmissa päässä vie paljon sivusuuntaista tilaa. Kiitos hybrid-GIS-varusteen integrointi, sen sijoitus on tiiviimpi. Tutkimus asettaa osaston sivusuuntaisen ulottuvuuden 8 metriin, mikä on 2 metriä lyhyempi kuin aiemmin. Standardi pituussuunta on 39 metriä. Pituussuunnan optimoinnissa ehdotettu suunnitelma käyttää yhdennettyä varustetta, poistaa saapuvan linjan rakennuksen ja muuttaa harjoinfrastruktuurin, mikä vähentää pituussuuntaisen tilan käyttöä. Nämä kaksi parannusta ansiosta suunnitelman pituussuunta on 25,2 metriä, mikä on 13,8 metriä lyhyempi kuin standardi, mikä vähentää tehokkaasti varusteen käyttämää tilaa.

Älykkäiden valmisteverstan alijakoasemien suorituskyky- ja kustannusanalyysi

Valmisteverstan rakentamisen jälkeen on suoritettava liittyvät komissionointitoimet, jotta varmistetaan, että jokaisen laitteen toiminnallisuus vastaa suunnitteluparametreja ja mahdollistaa laitteiden ja ohjelmistojen välisten kommunikaatioiden normaalin toiminnan. Koe tallentaa ja analysoi dataa, kuten virta, jännite, aktiivinen teho, muuntimen lämpötila ja tehokerroin jokaisessa valmisteverstan kytkimessä, jotta varmistetaan alijakoasemien laitteen vakaa toiminta. Niistä muuntimen lämpötila-arvoihin eri aikoina on kuvattu kuvassa 3.

Kuvan 3(a) tarkastelusta voidaan huomata, että vaiheen A, B ja C lämpötila-arvot pysyvät suhteellisen vakaina. Vaiheen B lämpötila on korkein, saavuttaen 43,6 °C kello 8:31 - 8:32 välillä; vaiheen A lämpötila vaihtelee 42,0 - 43,2 °C välillä; ja vaiheen C lämpötila pysyy noin 42,5 °C. Kuvassa 3(b), iltapäivällä kerättyjen muuntimen lämpötila-arvojen vaihtelu on myös suhteellisen pieni. Ympäristöolosuhteiden muuttumisen vuoksi vaiheen A, B ja C yleiset lämpötila-arvot ovat korkeammat kuin aamun mittausarvot, mutta ne ovat edelleen normaali lämpötila-alueella. Kello 14:32 vaiheen B lämpötila-arvo on 44,1 °C, ja tämänhetkisesti vaiheen A ja C lämpötila-arvot ovat 42,9 °C ja 42,6 °C. Koko mittausjakson aikana vaiheen C lämpötila on ollut alhaisimmillaan 42,2 °C ja korkeimmillaan 43,7 °C, kun taas vaiheen A lämpötila vaihtelee 42,6 - 43,8 °C välillä.

Paikan päällä kerättyjen testidatan analyysin perusteella valmisteverstan data vastaa suunnitteluparametreja ja noudattaa liittyviä hyväksyntästandardieja. Taloudellisessa hyödyllisyydessä elinkaari-kustannusteorian pohjalta koe analysoi ja laskee 110 kV:n jakeluvarusteen eri kustannuksia, ja valitsee vertailukohtana ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman. Vertailutulokset on kuvattu kuvassa 4.

Kuvassa 4 optimoitu hybrid-GIS-suunnitelman ennakkoinvestointikustannus on 2,413 miljoonaa RMB, mikä on 0,133 miljoonaa RMB korkeampi kuin ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman. Tämä johtuu pääasiassa hybrid-GIS-suunnitelman korkeammista laiterakennetta ostamiseen liittyvistä kustannuksista, ja asennustyöt ovat myös hieman kalliimpia.

Toiminnan ja ylläpidon vaiheessa tarvittavat kustannukset ovat suhteellisen pieniä. Koska optimoidun hybrid-GIS-suunnitelman alijakoasema on automaattinen, vain pieni määrä säännöllisiä manuaalisia tarkastuksia on tarpeen, mikä vähentää päivittäisiä toimintakustannuksia. Siksi toiminta- ja ylläpito-kustannukset ovat huomattavasti alhaisempia kuin ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman.

Optimoitu hybrid-GIS-suunnitelman vuosittainen epäonnistumisen todennäköisyys on merkittävästi vähentynyt, mikä on johtanut huomattavaan ylläpito-kustannusten laskuun. Lisäksi sen purkukustannus on vain 89 % ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman verrattuna. Kaiken huomioon ottaen optimoitu hybrid-GIS-suunnitelman elinkaari-kustannusten nykyarvo on 0,549 miljoonaa RMB alhaisempi kuin ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman. Lisäksi 110 kV GIS-älyasemaluonnos on parempi kuin perinteinen ilmakehän eristyskytkentäluonnos.

Johtopäätös

Kaupunkimaaperäresurssien säästämiseksi, rakennusaikataulujen lyhentämiseksi ja valmisteverstan taloudellisen tehokkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi tämä tutkimus ehdottaa ulkoisen hybrid-GIS-suunnitelmaa, joka integroi katkaisimet ja kytkimet. Piirin optimoinnilla ja yksibusbar-ositusmenetelmällä sekä kokonaisvaltaisen sijoituksen optimoinnilla vähennetään epäonnistumismäärää ja ylläpito-kustannuksia.

Testitulokset osoittavat, että muuntimen lämpötilan keräämisessä vaiheen A, B ja C lämpötila-arvot pysyvät suhteellisen vakaina. Aamulla vaiheen A lämpötila vaihtelee 42,0 - 43,2 °C välillä, kun taas vaiheen C lämpötila pysyy noin 42,5 °C. Iltapäivällä vaiheen C lämpötila vaihtelee 42,2 °C:sta 43,7 °C:hen, ja vaiheen A lämpötila vaihtelee 42,6 - 43,8 °C välillä. Valmisteverstan data vastaa suunnitteluparametreja ja noudattaa liittyviä hyväksyntästandardieja.

Elinkaari-kustannusanalyysissa, vaikka optimoitu hybrid-GIS-suunnitelman ennakkoinvestointikustannus on 2,413 miljoonaa RMB, 0,133 miljoonaa RMB korkeampi kuin ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman, optimoitu hybrid-GIS-suunnitelma vaatii vain pienen määrän säännöllisiä manuaalisia tarkastuksia. Tämä vähentää päivittäisiä toimintakustannuksia, mikä tekee toiminta- ja ylläpito-kustannukset huomattavasti alhaisemmiksi kuin ilmakehän eristyskytkentäsuunnitelman, ja vähentää huomattavasti ylläpito-kustannuksia. Laskelmat osoittavat, että optimoitu 110 kV GIS-älyasemaluonnoksen elinkaari-kustannusten nykyarvo on 0,549 miljoonaa RMB alhaisempi kuin ilmakehän eristyskytkentäluonnoksen, mikä osoittaa, että optimoitu 110 kV GIS-älyasemaluonnos on parempi kuin perinteinen ilmakehän eristyskytkentäluonnos.

Tämä tutkimus kuitenkin analysoi ja optimoi vain ensisijaista alijakoaseman suunnittelua. Tulevaisuudessa on suoritettava kattavampi älysuunnittelu toissijaiselle alijakoasemalle, jossa huomioidaan kommunikaatio ja maarakennus.