Pagsasaliksik sa disenyo ng intelligent box-type substation batay sa 110 kV high-voltage GIS switchgear

Pagpili at Pagsasaayos ng mga Kakayahan sa Distribusyon Batay sa GIS

Sa kasalukuyan, ang mga karaniwang ginagamit na kakayahan sa distribusyon ay kasama ang panlabas na bukas na uri ng switchgear na may insulasyong hangin, tradisyonal na indoor GIS, steel-structured indoor GIS, at panlabas na hybrid GIS. Ang pag-aaral na ito ay naka-aim sa mga substation sa Indonesia upang matapos ang pagsasaayos ng mga kakayahan sa distribusyon para sa mga intelligent prefabricated substations. Karamihan sa mga substation sa Indonesia ay nakalokasyon sa mga lugar na may mahirap na terreno at mababang load density. Ayon sa kasalukuyang plano, ang estratehiya ng pag-unlad ng rehiyonal na grid ng kuryente ay ang paggamit ng umiiral na 110 kV lines upang makabuo ng mga substation na may maliit na kapasidad. Sa basehan nito, ang antas ng voltaje ay unti-unti ring bababa upang makamit ang pinakamataas na epektibidad ng investimento, mapataas ang paggamit ng mga kakayahan, at ibaba ang papel ng 35 kV substations. Ang mga substation sa grid ng kuryente ng Indonesia ay malaki, may mataas na gastos sa investimento at mga kakayahan, at mahabang panahon ng konstruksyon, kaya kinakailangan pa ng mas maayos na pagpili at pagsasaayos ng mga kakayahan.

Ang panlabas na hybrid GIS ay naglalaman ng circuit breakers at disconnectors, gamit ang mga tradisyonal na busbars. Ang pagkakalinya na ito ay maaaring bawasan ang bilang ng mga flanges at panlabas na kakayahan, kaya't lumalago ang epektibidad ng paggamit ng lupa sa target na lugar. Bukod dito, ang pamamaraan ng hybrid GIS ay maaaring bawasan ang hirap ng pagsasangguni at paglalawig, na nagpapadali ng pagsasangguni at pagmamasid ng mga kakayahan sa mga rehiyong bundok at burol.

Ang Indonesia ay may relatyibong maulap na klima na may maraming mainit na araw, kaya ang intelligent control ay may mahigpit na pangangailangan sa kapaligiran. Sa Indonesia, ang mga intelligent control cabinets ay karaniwang nangangailangan ng range ng relatibong humidity na 5% - 95% at ambient temperature na -5 - 55°C, at hindi pinapayagan ang pagkakaroon ng yelo. Upang makamit ang pagpapalamig, pagbawas ng humidity, at pag-iwas sa pagkakaroon ng condensation para sa mga panlabas na control cabinets, ang pag-aaral na ito ay gumagamit ng pamamaraan ng paglalagay ng air-conditioner sa gilid ng pinto ng cabinet.

Tungkol sa pangunahing electrical wiring, mahalaga na tiyakin ang kanyang reliabilidad, ekonomiko, operability, at kaligtasan sa paggamit. Para sa 110 kV electrical wiring na single-busbar, karaniwang ginagamit ang sectional wiring o bridge-type wiring. Ang bridge-type wiring ay may mas kaunting circuit breakers at mas mababang investimento, ngunit ang reliabilidad nito ay mas mababa kaysa sa sectional wiring, at mas mahirap ang pagbabago at paglalawig sa susunod. Kaya, ang pag-aaral na ito ay gumagamit ng circuit breakers upang bahaging ang busbar. Sa pamamaraan ng sectional wiring na ito, kapag ang isang seksyon ng busbar ay nabigo, ang natitirang mga seksyon ay maaari pa ring magbigay ng kuryente nang normal, na nagbibigay ng maasahang serbisyo. Ang single-busbar sectional wiring ay relatyibong simple, may kaunting mga komponente ng kakayahan, at may mataas na reliabilidad at operability. Ang istraktura ng improved intelligent substation ay ipinapakita sa Figure 1.

Ang mga transformer sa loob ng substation, bilang mga mahalagang kakayahan, ay naglalaro ng vital na papel sa state detection. Tinitingnan ang mga gastos sa investimento at application scenarios, ang disenyo ng pag-aaral na ito ay gumagamit ng on-line dissolved gas monitoring device sa langis at on-line iron core grounding current detection device. Ang unang-una, na may presyo ng humigit-kumulang 200,000 RMB per set, ay ginagamit para sa deteksiyon ng internal insulation ng main transformer, samantalang ang ikalawa ay para sa real-time detection ng iron core grounding current. Ang parehong teknolohiya ay relatyibong mature at malawakang inaapply.

Ang intelligent main transformer ay naglalaman ng primary at secondary equipment, na nagbibigay-daan upang makapag-implementa ng state perception at operational state assessment. Upang madaling i-maintain at imonitor sa araw-araw at mabawasan ang gawain sa maintenance, ang natural oil-circulation air-cooling ay napili bilang pamamaraan ng pagpapalamig para sa main transformer.

Ang hybrid GIS ay naglalaman ng circuit breakers, switches, at current transformers sa isang entity, na nagpapadali ng proseso ng reconstruction sa pamamagitan ng pagbabawas ng bilang ng mga kakayahan. Bukod dito, ang panlabas na hybrid GIS ay may mas kaunting mga kakayahan at flanges, na nagbibigay ng mas mataas na reliabilidad at corrosion resistance, na nagpapahusay ng performance nito sa target na lugar. Ang rated voltage ng hybrid GIS bay equipment ay 126 kV, at ang rated current ay 2000 A. Ang bawat hybrid GIS bay equipment ay binubuo ng mga sensors, intelligent control cabinets, at SF₆ gas state detection devices. Ang mga kakayahan na ito ay maaaring detektahin ang estado ng gas at operasyon ng mga kakayahan, na nagbibigay ng digital measurement, information interaction, at status inquiry functions para sa high-voltage switches.

Pagsasaayos ng Mga Kakayahan sa Distribusyon at General Layout

Sa orihinal na disenyo ng intelligent substation, ang pagkakalinya ng intelligent terminal cabinets at hybrid GIS control-gathering cabinets ay sumunod sa pagkakalinya ng dalawang cabinets bawat bay. Gayunpaman, ang pamamaraan na ito ay nagresulta sa maraming cable-crossing loops, na hindi kabutihan para sa araw-araw na maintenance. Kaya, ang secondary circuits ng intelligent terminals at hybrid GIS mechanisms ay maaaring i-integrate. Sa pamamagitan ng pag-combine ng control panels, interlocking loops, anti-tripping loops, at non-in-phase loops sa intelligent terminal, maaaring makamit ang integrated design.

Ang pagsasaayos ng intelligent control cabinets ay pangunahing nagsasaklaw sa tatlong aspeto: (1) Pag-simplify ng circuit sa pamamagitan ng pagpalit ng hard-wiring logic sa local terminal software logic; (2) Pag-enable ng communication sa pagitan ng mga bay sa pamamagitan ng intelligent terminals at substation event-oriented object technology; (3) Pag-adopt ng integrated design ng intelligent terminals at circuit breaker control circuits upang mabawasan ang mga redundant functions tulad ng pressure interlocking loops. Kasama sa mga pag-improve sa circuit, ang layout ng intelligent terminals sa orihinal na control-gathering cabinets ay inirerekta, at ang mga koneksyon sa pagitan ng intelligent control-gathering cabinets at katugon na mga kakayahan ay nai-optimize.

Ang disenyo ng pag-aaral na ito ay nag-adopt ng modular prefabricated cabin model. Ang layout ng substation ay dapat batayan sa mga natural na kondisyon at engineering requirements ng target area, at may mga abilidad tulad ng seguridad, reliabilidad, environmental friendliness, fire protection, at convenient operation and maintenance. Sa target area, ang 110 kV distribution equipment at main transformers ay inaarange mula hilaga hanggang timog. Upang tugunan ang mga pangangailangan sa transportasyon, isinasagawa ang circular fire-fighting passage sa loob ng substation, at ang on-site equipment installation ay gumagamit ng minimized layout. Sa pamamagitan ng layout na ito, maaaring makatipid ng 18% ang lupain. Ang general layout ng distribution equipment sa disenyo ng pag-aaral ay ipinapakita sa Figure 2.

Sa termino ng pagsasaayos ng mga dimensyon ng distribusyon

Ang disenyo ng pag-aaral na iniharap ay nag-aarange ng hybrid GIS equipment sa dalawang hanay, at ang 110 kV distribution equipment ay gumagamit ng panlabas na aluminum-magnesium alloy support tube busbars. Ang standard sectional bay layout ay karaniwang may linear arrangement ng soft conduit busbars sa parehong dulo, na kumukontrol ng malaking lateral space. Dahil sa integration ng hybrid GIS equipment, ang layout nito ay mas compact. Ang pag-aaral ay itinatakda ang lateral dimension ng sectional bay sa 8 m, na 2 m mas maikli kaysa dati. Ang standard longitudinal length ay 39 m. Upang i-optimize ang longitudinal dimension, ang iniharap na disenyo ay gumagamit ng integrated equipment, tinanggal ang incoming line structure, at binago ang busbar framework, na nagreresulta sa pagbawas ng okupasyon ng longitudinal space. Sa pamamagitan ng dalawang pag-improve na ito, ang longitudinal dimension sa disenyo ay 25.2 m, 13.8 m mas maikli kaysa standard length, na epektibong nagbabawas ng espasyo na okupado ng mga kakayahan.

Performance at Cost Analysis ng Intelligent Prefabricated Substations

Matapos ang pagtatayo ng prefabricated substation, kailangan ng mga komisyoning steps upang tiyakin na ang mga function ng bawat device ay tumutugon sa mga requirement ng disenyo at nagbibigay ng normal na komunikasyon sa pagitan ng mga device at software. Ang eksperimento ay narecord at inanalisa ang data tulad ng current, voltage values, active power, transformer temperature, at power factor ng bawat switch sa prefabricated substation upang tiyakin ang stable operation ng mga kakayahan ng substation. Sa kanila, ang mga temperatura ng transformer sa iba't ibang oras ay ipinapakita sa Figure 3.

Sa pamamagitan ng pag-observe ng Figure 3(a), makikita na ang temperatura ng phase A, phase B, at phase C ay nasa relatyibong stable state. Ang temperatura ng phase B ang pinakamataas, na umabot sa 43.6 °C mula 8:31 hanggang 8:32; ang temperatura ng phase A ay nasa range ng 42.0 - 43.2 °C; at ang temperatura ng phase C ay nasa paligid ng 42.5 °C. Sa Figure 3(b), ang variation ng temperatura ng transformer na nakuha sa hapon ay din nasa relatyibong maliit. Dahil sa mga pagbabago sa kapaligiran, ang overall temperature values ng phase A, phase B, at phase C ay mas mataas kaysa sa morning measurement values ngunit nasa normal temperature range pa rin. Sa 14:32, ang temperatura value ng phase B ay 44.1 °C, at sa oras na ito, ang temperatura values ng phase A at phase C ay 42.9 °C at 42.6 °C, respectively. Sa buong panahon ng pagsukat, ang pinakamababang temperatura ng phase C ay 42.2 °C at ang pinakamataas ay 43.7 °C, habang ang temperatura ng phase A ay nasa range ng 42.6 - 43.8 °C.

Ang analisis ng on-site test data ay nagpapakita na ang lahat ng data ng prefabricated substation ay tumutugon sa mga requirement ng disenyo at sumusunod sa mga relevant na acceptance standards. Sa termino ng economic utility, batay sa life-cycle cost theory, ang eksperimento ay nagsasagawa ng analisis at pagkalkula ng iba't ibang costs ng 110 kV distribution equipment, at pinili ang air-insulated switchgear scheme para sa paghahambing. Ang resulta ng paghahambing ay ipinapakita sa Figure 4.

Sa Figure 4, ang upfront investment cost para sa optimized hybrid GIS design scheme ay 2.413 million RMB, na 0.133 million RMB mas mataas kaysa sa air-insulated switchgear scheme. Ito ay dahil ang equipment procurement cost ng hybrid GIS design scheme ay mas mataas kaysa sa air-insulated switchgear scheme, at ang installation engineering cost ay din mas mataas.

Sa panahon ng operation at maintenance, ang required cost proportion ay relatyibong maliit. Dahil ang substation ng optimized hybrid GIS design scheme ay unmanned substation, kailangan lamang ng kaunting regular na manual inspections, na nagreresulta sa pagbawas ng daily operation at maintenance costs. Kaya, ang operation at maintenance cost ay mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme.

Ang taunang failure probability ng optimized hybrid GIS design scheme ay nagsimulang bumaba, na nagreresulta sa notable decrease sa maintenance costs. Bukod dito, ang demolition cost nito ay tanging 89% ng air-insulated switchgear scheme. Inilapat ang lahat ng factors, ang present value ng life-cycle cost ng optimized hybrid GIS design scheme ay 0.549 million RMB mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme. Bukod dito, ang 110 kV GIS intelligent substation scheme ay mas superior kaysa sa conventional air-insulated switchgear scheme.

Kasimpulan

Upang makatipid sa urban land resources, maikliin ang construction period, at mapataas ang economic efficiency at reliability ng prefabricated substations, ang pag-aaral na ito ay nagpopropose ng outdoor hybrid GIS design scheme na naglalaman ng circuit breakers at disconnectors. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng circuit at pag-adopt ng single-busbar sectional wiring, at pagsasaayos ng overall layout, ang bilang ng failures ay nabawasan at ang maintenance cost ay nabawasan.

Ang resulta ng test ay nagpapakita na sa panahon ng collection ng temperatura ng transformer, ang temperatura values ng phase A, phase B, at phase C ay nasa relatyibong stable state. Sa umaga, ang temperatura ng phase A ay nasa range ng 42.0 - 43.2 °C, habang ang temperatura ng phase C ay nasa paligid ng 42.5 °C. Sa hapon, ang temperatura ng phase C ay nasa minimum na 42.2 °C at maximum na 43.7 °C, at ang temperatura ng phase A ay nasa range ng 42.6 °C at 43.8 °C. Ang data ng prefabricated substation ay tumutugon sa mga requirement ng disenyo at sumusunod sa mga relevant na acceptance standards.

Sa life-cycle cost analysis, bagama't ang upfront investment cost ng optimized hybrid GIS design scheme ay 2.413 million RMB, 0.133 million RMB mas mataas kaysa sa air-insulated switchgear scheme, ang optimized hybrid GIS design scheme ay nangangailangan lamang ng kaunting regular na manual inspections. Ito ay nagreresulta sa pagbawas ng daily operation at maintenance costs, kaya ang operation at maintenance cost ay mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme, at ang maintenance cost ay din significantly reduced. Ang kalkulasyon ay nagpapakita na ang present value ng life-cycle cost ng optimized hybrid GIS design scheme ay 0.549 million RMB mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme, na nagpapakita na ang optimized 110 kV GIS intelligent substation scheme ay mas superior kaysa sa conventional air-insulated switchgear scheme.

Gayunpaman, ang pag-aaral na ito ay nag-analisa at nagsasaayos lamang ng primary substation design. Sa hinaharap, kinakailangan ng mas comprehensive na intelligent design para sa secondary substations sa pamamagitan ng pag-consider ng komunikasyon at land construction.