Inteligentna kutijska podstanica temeljena na visokonaponskom GIS prekidaču od 110 kV IEE-Business Dizajn i istraživanje

Odabir i postavljanje distribucijskog opreme temeljeno na GIS-u

Trenutno, uobičajena distribucijska oprema uglavnom uključuje vanjsku otvorenu zračno izoliranu aparaturu, tradicionalnu unutarnju GIS, čelikovu strukturnu unutarnju GIS i vanjsku hibridnu GIS. Ovo istraživanje ima za cilj potpuno postavljanje distribucijske opreme za inteligentne prefabricirane podstanice u Indoneziji. Većina podstaniča u Indoneziji nalazi se u područjima s kompleksnim terenom i niskom gustoćom opterećenja. Prema trenutnom planu, strategija razvoja regionalnog električnog sustava temelji se na korištenju postojećih linija od 110 kV za izgradnju podstanica male snage. Na tom temelju, naponski nivoi će se postupno smanjivati kako bi se maksimizirala učinkovitost ulaganja, povećala iskorištavanje opreme i umanjila uloga podstanica od 35 kV. Podstanice u indonezijskom električnom mreži su velike, s visokim troškovima investicija i opreme te dugim vremenom izgradnje, što zahtijeva daljnju optimizaciju u odabiru i postavljanju distribucijske opreme.

Vanjska hibridna GIS integriše prekidnike i odvojače, koristeći konvencionalne matične šine. Ova raspodjela može smanjiti broj flanža i vanjske opreme, time povećavajući učinkovitost korištenja zemljišta u ciljnom području. Također, pristup hibridne GIS može smanjiti težinu instalacije i proširenja, olakšavajući instalaciju i održavanje opreme u planinskim i brdskim područjima.

Indonezija ima relativno vlažan klimu s mnogo dana visoke temperature, stoga inteligentno upravljanje ima stroga zahtjeva okoliša. U Indoneziji, inteligentni kontrolni ormari obično zahtijevaju raspon relativne vlažnosti od 5% - 95% i okolinu temperaturu od -5 - 55°C, bez dozvoljenja za nastanak leda. Za hlađenje, sušenje i sprečavanje kondenzacije vanjskih kontrolnih ormara, ovo istraživanje usvaja metodu instalacije klima uređaja na stranama vrata ormara.

U pogledu glavnog električnog spoja, važno je osigurati njegovu pouzdanost, ekonomičnost, operativnost i sigurnost tijekom rada. Za jednosmjernu matičnu šinu od 110 kV električnog spoja, često se koristi odjeljiva ili mostasta povrsina. Mostasti spoj ima manje prekidnika i niže investicije, ali manju pouzdanost od odjeljive povrsine, a težak je za kasniju modifikaciju i proširenje. Stoga ovo istraživanje koristi prekidnike za odjeljivanje matične šine. S ovom metodom odjeljivanja, kada jedan odjeljak matične šine ne radi, preostali odjeljci mogu nastaviti sa normalnom snabdijevanjem strujom, osiguravajući pouzdanu uslugu. Jednosmjerna matična odjeljiva povrsina je relativno jednostavna, s manjim brojem komponenti opreme, i nudi visoku pouzdanost i operativnost. Struktura poboljšane inteligentne podstanice prikazana je na slici 1.

Transformatori unutar podstanice, kao ključna oprema, igraju vitalnu ulogu u detekciji stanja. Uzimajući u obzir troškove investicija i primjene, dizajnerski projekt ove studije koristi on-line nadzorno uređaje za rastvorjene plinove u ulju i on-line uređaj za detekciju strujnog toka grudnjaka. Prvi, cijenjen oko 200.000 RMB po kompletu, koristi se za detekciju unutarnje izolacije glavnog transformatora, dok drugi služi za stvarno-vrijeme detekciju strujnog toka grudnjaka. Obje tehnologije su relativno zrele i široko primjenjene.

Inteligentni glavni transformator integrira primarnu i sekundarnu opremu, omogućujući mu da provodi percepciju stanja i procjenu operativnog stanja. Radi olakšanja svakodnevnog održavanja i nadzora smjena te smanjenja radova održavanja, kao metoda hlađenja glavnog transformatora odabrano je prirodno hlađenje ulja cirkulacijom zraka.

Hibridna GIS integriše prekidnike, prekidače i transformatore struje u jednu cjelinu, pojednostavljujući proces rekonstrukcije smanjenjem broja opreme. Također, vanjska hibridna GIS ima manji broj opreme i flanža, nudeći veću pouzdanost i otpornost na koroziju, što joj omogućuje dobro performanse u ciljnom području. Nominirani napon opreme baze hibridne GIS iznosi 126 kV, a nominirana struja 2000 A. Svaki hibridni GIS uređaj baze sastoji se od senzora, inteligentnih kontrolnih ormara i uređaja za detekciju stanja SF₆ plina. Ovi uređaji mogu detektirati stanje plina i stanje rada opreme, omogućujući digitalno mjerenje, informacijski razmjenu i upite o stanju visokonaponskih prekidača.

Optimizacija distribucijske opreme i općeg rasporeda

U originalnom dizajnu inteligentne podstanice, konfiguracija inteligentnih terminalnih ormara i hibridnih GIS kontrolnih skupljačkih ormara slijedila je raspored dvaju ormara po bazi. Međutim, ovaj pristup rezultira brojnim presjecima kablova, što nije povoljno za svakodnevno održavanje. Stoga se sekundarni krugovi inteligentnih terminala i mehanizama hibridne GIS mogu integrirati. Kombinirajući kontrolne ploče, interlokne petlje, protuzapalne petlje i neproporcionalne petlje u inteligentni terminal, može se postići integrirani dizajn.

Optimizacija inteligentnih kontrolnih ormara uglavnom uključuje tri aspekta: (1) Pojednostavljenje kruga zamjenom hardver logike lokalnom softverskom logikom terminala; (2) Omogućavanje komunikacije između bazom putem inteligentnih terminala i objektnih tehnologija orijentiranih na događaje podstanice; (3) Usvojavanje integriranog dizajna inteligentnih terminala i kontrolnih krugova prekidnika kako bi se smanjili redundantni funkcionaliteti poput petlji tlaka. Pored ove poboljšane logike, originalni raspored inteligentnih terminala unutar kontrolnih skupljačkih ormara se zadržava, a veze između inteligentnih kontrolnih skupljačkih ormara i odgovarajuće opreme se optimiziraju.

Dizajnerski projekt predložen u ovoj studiji usvaja modularni model prefabriciranih kabina. Raspored podstanice treba temeljiti se na prirodnim uvjetima i inženjerskim zahtjevima ciljnog područja, te posjedovati prednosti poput sigurnosti, pouzdanosti, prijateljskog odnosa prema okolišu, zaštite od požara i praktičnosti u upotrebi i održavanju. U ciljnom području, 110 kV distribucijska oprema i glavni transformatori su raspoređeni sjevero-jugo. Radi zadovoljenja transportnih zahtjeva, unutar podstanice postavljen je kružni vatrogasni prolaz, a montaža opreme na mjestu koristi minimizirani raspored. Tim rasporedom može se uštedjeti 18% površine zemljišta. Opći raspored distribucijske opreme u dizajnerskom projektu prikazan je na slici 2.

U pogledu optimizacije dimenzija distribucije

Dizajnerski projekt predložen u istraživanju raspoređuje hibridnu GIS opremu u dvije vrste, a 110 kV distribucijska oprema koristi vanjske aluminij-magnezijumske nosače truba. Standardni odjeljak baze tipično ima linearni raspored mekih cevovodnih šina na obje strane, što zauzima veliku količinu bočnog prostora. Zahvaljujući integraciji hibridne GIS opreme, njen raspored je kompaktniji. Istraživanje postavlja bočnu dimenziju odjeljka baze na 8 m, što je 2 m kraće od prijašnjeg. Standardna dužinska duljina iznosi 39 m. Za optimizaciju dužinske dimenzije, predloženi projekt koristi integriranu opremu, uklanja strukturu dolazne linije i mijenja okvir šine, smanjujući time zauzetost dužinskog prostora. Putem ova dva poboljšanja, dužinska dimenzija u projektu iznosi 25.2 m, 13.8 m kraće od standardne duljine, efektivno smanjujući zauzet prostor opreme.

Analiza performansi i troškova inteligentnih prefabriciranih podstanica

Nakon završetka izgradnje prefabricirane podstanice, potrebno je izvršiti relevantne testne korake kako bi se osiguralo da funkcije svakog uređaja mogu zadovoljiti zahtjeve dizajna i omogućiti normalnu komunikaciju između uređaja i softvera. Eksperiment bilježi i analizira podatke poput struja, vrijednosti napona, aktivne snage, temperature transformatora i faktora snage svakog prekidača u prefabriciranoj podstanici kako bi se osigurala stabilna radnja opreme podstanice. Između ostalog, vrijednosti temperature transformatora u različitim vremenskim periodima prikazane su na slici 3.

Pregledom slike 3(a) može se vidjeti da su vrijednosti temperature faza A, B i C sve ostale u relativno stabilnom stanju. Temperatura faze B je najviša, dosežući 43.6 °C između 8:31 i 8:32; temperatura faze A varira između 42.0 - 43.2 °C; a temperatura faze C ostaje oko 42.5 °C. Na slici 3(b), varijacija vrijednosti temperature transformatora sakupljena popodne također je relativno mala. Zbog promjena u okolišu, ukupne vrijednosti temperature faza A, B i C su više od jutarnjih vrijednosti, ali i dalje u normalnom temperaturnom rasponu. U 14:32, vrijednost temperature faze B iznosi 44.1 °C, a u tom trenutku, vrijednosti temperature faza A i C iznose 42.9 °C i 42.6 °C redom. Tijekom cijelog mjerenja, najniža temperatura faze C iznosi 42.2 °C, a najviša 43.7 °C, dok temperatura faze A oscilira u rasponu od 42.6 - 43.8 °C.

Analiza podataka s mjesta pokazuje da svi podaci prefabricirane podstanice zadovoljavaju zahtjeve dizajna i sukladni su relevantnim prihvatnim standardima. U pogledu ekonomske korisnosti, temeljeno na teoriji životnog ciklusa, eksperiment analizira i računa različite troškove 110 kV distribucijske opreme, i odabire shemu zračno izolirane aparature za usporedbu. Rezultati usporedbe prikazani su na slici 4.

Na slici 4, trošak prvotnog ulaganja za optimiziranu shemu hibridne GIS iznosi 2.413 milijuna RMB, što je 0.133 milijuna RMB više od sheme zračno izolirane aparature. To je uglavnom zbog toga što je trošak nabave opreme za shemu hibridne GIS veći od sheme zračno izolirane aparature, a trošak instalacijskih radova je također malo veći.

Tijekom faze rada i održavanja, potreban udio troškova je relativno mali. Budući da je podstanica optimizirane sheme hibridne GIS bezzaslonog tipa, potrebne su samo male redovne ručne inspekcije, što smanjuje dnevne troškove rada i održavanja. Stoga su troškovi rada i održavanja znatno manji od sheme zračno izolirane aparature.

Godišnja vjerojatnost otkaza optimizirane sheme hibridne GIS značajno je smanjena, što dovodi do značajnog smanjenja troškova održavanja. Također, trošak demontiranja iznosi samo 89% od troška demontiranja sheme zračno izolirane aparature. Uzimajući u obzir sve faktore, sadašnja vrijednost životnog ciklusa optimizirane sheme hibridne GIS je 0.549 milijuna RMB niža od sheme zračno izolirane aparature. Također, 110 kV GIS inteligentna shema podstanice je superiorna u odnosu na konvencionalnu shemu zračno izolirane aparature.

Zaključak

Radi smanjenja gradskih resursa zemljišta, skraćivanja vremena izgradnje i povećanja ekonomskih učinkova i pouzdanosti prefabriciranih podstanica, ovo istraživanje predlaže vanjsku hibridnu GIS shemu koja integriše prekidnike i odvojače. Optimizacijom kruga i usvajanjem jednosmjerne matične odjeljive povrsine, te optimizacijom općeg rasporeda, smanjuju se broj otkaza i troškovi održavanja.

Rezultati testiranja pokazuju da tokom sakupljanja temperature transformatora, vrijednosti temperature faza A, B i C ostaju relativno stabilne. Jutrom, temperatura faze A varira između 42.0 - 43.2 °C, dok temperatura faze C ostaje oko 42.5 °C. Popodne, temperatura faze C varira od najniže vrijednosti od 42.2 °C do najviše od 43.7 °C, a temperatura faze A oscilira između 42.6 °C i 43.8 °C. Podaci prefabricirane podstanice zadovoljavaju zahtjeve dizajna i sukladni su relevantnim prihvatnim standardima.

U analizi troškova životnog ciklusa, iako je prvotni trošak ulaganja optimizirane sheme hibridne GIS 2.413 milijuna RMB, 0.133 milijuna RMB više od sheme zračno izolirane aparature, optimizirana shema hibridne GIS zahtijeva samo male redovne ručne inspekcije. To smanjuje dnevne troškove rada i održavanja, čime se trošak rada i održavanja znatno smanjuje u odnosu na shemu zračno izolirane aparature, a trošak održavanja se značajno smanjuje. Računi pokazuju da je sadašnja vrijednost troškova životnog ciklusa optimizirane sheme hibridne GIS 0.549 milijuna RMB niža od sheme zračno izolirane aparature, što pokazuje da je optimizirana 110 kV GIS inteligentna shema podstanice superiorna u odnosu na konvencionalnu shemu zračno izolirane aparature.

Međutim, ovo istraživanje analizira i optimizira samo primarni dizajn podstanice. U budućnosti, potrebno je izvršiti kompletniji inteligentni dizajn za sekundarne podstanice, uzimajući u obzir komunikaciju i građevinske radove.