Intelligent boksformet understasjon basert på 110 kV høyspenn GIS-bryterutstyr Designforskning

Valg og oppsett av distribusjonsteknikk basert på GIS

For øyeblikket inkluderer vanlig brukt distribusjonsteknikk hovedsakelig utendørs åpen luftisolert bryterutstyr, tradisjonelt innendørs GIS, stålrammet innendørs GIS, og utendørs hybrid GIS. Dette studiet har som mål å fullføre oppsettet av distribusjonsteknikk for intelligente forhåndsmonterte understasjoner i Indonesias understasjoner. De fleste understasjonene i Indonesia ligger i områder med komplekse terrengforhold og lav lasttethet. Ifølge gjeldende plan er regional utviklingsstrategi for kraftnettet å utnytte eksisterende 110 kV linjer til å bygge små kapasitetsunderstasjoner. På denne grunn vil spenningen gradvis bli redusert for å maksimere investeringsrentabiliteten, forbedre utstyrsbruk, og nedtone rollen til 35 kV-understasjoner. Understasjonene i Indonesias kraftnett er stor-skala, med høy investering og utstyrskostnader samt lange konstruksjonsperioder, noe som krever videre optimalisering i utstyrvalg og distribusjonsteknikkoppsett.

Utendørs hybrid GIS integrerer brytere og skillebrytere, ved bruk av konvensjonelle busser. Denne oppsettet kan redusere antallet flanger og utendørsutstyr, noe som øker arealbrukseffektiviteten i målområdet. I tillegg kan hybrid GIS-metoden redusere installasjons- og utvidelsesvanskeligheter, noe som forenkler utstyrinstallasjon og vedlikehold i fjellområder og bakker.

Indonesia har et relativt fuktig klima med mange høyttempestdager, så intelligent kontroll har streng miljøkrav. I Indonesia krever intelligente kontroller generelt en relativ fuktighet på 5% - 95% og en omgivelsesstemperatur på -5 - 55°C, uten at det skal dannes frost. For å oppnå kjøling, tørking, og forebygging av kondensering for utendørs kontroller, bruker dette studiet metoden med å montere luftkjølere på siden av døren til kabinetet.

Angående hovedelektriske kabler, er det viktig å sikre deres pålitelighet, økonomisk effektivitet, operativhet, og sikkerhet under drift. For 110 kV elektriske kablers enkle busser, blir ofte seksjonale kabler eller brotype kabler brukt. Brotype kabler har færre brytere og lavere investering, men dens pålitelighet er dårligere enn seksjonale kablers, og vanskeligheten med senere modifikasjon og utvidelse er større. Derfor bruker dette studiet brytere til å dele busser. Med denne seksjonale kablemetoden, når en seksjon av busser mislykkes, kan de resterende seksjonene fremdeles levere strøm normalt, noe som sikrer pålitelig service. Enkel bussekablen er relativt enkel, med færre utstyrkomponenter, og gir høy pålitelighet og operativhet. Strukturen til den forbedrede intelligente understasjonen vises i figur 1.

Transformatorer i understasjonen, som viktige utstyr, spiller en vital rolle i tilstandsoppdaging. Gitt investeringskostnader og anvendelsesscenarier, bruker designskissen i dette studiet en online løseliggassovervåkningsenhet i olje og en online jordstrømovervåkningsenhet for jernkjerne. Den første, priset på omtrent 200 000 RMB per sett, brukes til å overvåke intern isolasjon av hovedtransformator, mens den siste er for sanntidsovervåking av jernkjerne-jordstrøm. Begge teknologier er relativt modne og vidt anvendte.

Den intelligente hovedtransformatoren integrerer primære og sekundære utstyr, noe som gjør at den kan utføre tilstandsoppdaging og driftstillstandsvurdering. For å forenkle daglig vedlikehold og overvåkingsskyvinger, og for å redusere vedlikeholdsbelastning, velges naturlig olje-sirkulasjon luftkjøling som kjølemetode for hovedtransformator.

Hybrid GIS integrerer brytere, skillebrytere, og strømtransformatorer i ett enhet, forenkler rekonstruksjonsprosessen ved å redusere antallet utstyr. I tillegg har utendørs hybrid GIS færre utstyr og flanger, gir høyere pålitelighet og korrosjonsbestandighet, noe som gjør at den fungerer godt i målområdet. Nominell spenning for hybrid GIS-bayutstyr er 126 kV, og nominell strøm er 2000 A. Hvert hybrid GIS-bayutstyr inneholder sensorer, intelligente kontroller, og SF₆-gass tilstandsoppdagingenheter. Disse enhetene kan oppdage gass tilstand og utstyr driftstillstand, muliggjør digitale målinger, informasjon interaksjon, og status forespørsel funksjoner for høyspenningsbrytere.

Optimalisering av distribusjonsteknikk og generell oppsett

I det opprinnelige intelligente understasjon designet, fulgte konfigurasjonen av intelligente terminalkabinetter og hybrid GIS-kontroll-samling kabinetter oppsettet av to kabinetter per bay. Imidlertid fører denne metoden til mange kabel-kryssende løkker, noe som ikke er gunstig for daglig vedlikehold. Derfor kan sekundære kretser for intelligente terminaler og hybrid GIS-mekanismer bli integrert. Ved å kombinere kontrollpaneler, låseoppløsningssirkler, motstikkingssirkler, og ufasestikkrelser inn i intelligente terminaler, kan en integrert design oppnås.

Optimaliseringen av intelligente kontroller omfatter hovedsakelig tre aspekter: (1) Forenkling av kretsen ved å erstatte hard-wiring logikk med lokal terminal programlogikk; (2) Muliggjøring av bay-to-bay kommunikasjon gjennom intelligente terminaler og substasjon hending-orientert objekt teknologi; (3) Bruk av en integrert design av intelligente terminaler og bryterkontrollkretser for å redusere redundante funksjoner som trykkinterlocksirkler. I tillegg til disse kretsfremdriften, beholder det originale kontroll-samling kabinettets intelligente terminalers oppsett, og forbedrer forbindelsene mellom intelligente kontroll-samling kabinetter og tilhørende utstyr.

Designskissen foreslått i dette studiet bruker modulær forhåndsmontert hyttemodell. Oppsettet av understasjonen bør være basert på naturlige forhold og ingeniørkrav i målområdet, og ha fordeler som sikkerhet, pålitelighet, miljøvennlighet, brandsikkerhet, og bekvem operasjon og vedlikehold. I målområdet er 110 kV distribusjonsteknikk og hovedtransformatorer organisert fra nord til sør. For å møte transportbehov, er det satt opp en sirkulær brandslukningsvei innenfor understasjonen, og plassering av utstyr på stedet bruker en minimalisert oppsett. Gjennom dette oppsettet kan 18% av arealbruken bli spart. Generelt oppsett av distribusjonsteknikk i designskissen vises i figur 2.

Når det gjelder optimalisering av distribusjonsdimensjoner

Designskissen foreslått i forskningen organiserer hybrid GIS-utstyr i to rader, og 110 kV distribusjonsteknikk bruker utendørs aluminium-magnesium legering støtte rørbusser. Standard seksjonale bayoppsett har typisk en lineær oppstilling av myke ledningsbusser på begge ender, noe som okkuperer en stor mengde horisontal rom. Takk til integrasjonen av hybrid GIS-utstyr, er dens oppsett mer kompakt. Forskningen setter den horisontale dimensjonen av seksjonale bay på 8 m, som er 2 m kortere enn før. Standard lengde er 39 m. For å optimalisere den vertikale dimensjonen, bruker foreslått skisse integrerte utstyr, fjerner inngangslinjestruktur, og endrer busserammeverket, noe som reduserer okkupasjonen av vertikal rom. Gjennom disse to forbedringene, er den vertikale dimensjonen i skissen 25.2 m, 13.8 m kortere enn standardlengden, noe som effektivt reduserer romokkupasjonen av utstyr.

Ytelse og kostnadsanalyse av intelligente forhåndsmonterte understasjoner

Etter at forhåndsmonterte understasjon er fullført, må relevante justeringstrinn utføres for å sikre at funksjonene til hver enhet kan oppfylle designkravene og muliggjøre normal kommunikasjon mellom enheter og programvare. Eksperimentet registrerer og analyserer data som strøm, spenning, aktiv effekt, transformator temperatur, og effektfaktor for hver bryter i forhåndsmonterte understasjon for å sikre stabil drift av understasjonsutstyr. Blant dem, vises transformator temperaturverdier i ulike tidsperioder i figur 3.

Ved å observere figur 3(a), kan det sees at temperaturverdiene for fase A, fase B, og fase C alle holder seg i en relativt stabil tilstand. Fase B har den høyeste temperaturen, som når 43.6 °C fra 8:31 til 8:32; fase A varierer mellom 42.0 - 43.2 °C; og fase C holder seg rundt 42.5 °C. I figur 3(b), er variasjonen i samlede transformator temperaturverdier i ettermiddag også relativt liten. På grunn av miljøendringer, er de samlede temperaturverdiene for fase A, fase B, og fase C høyere enn morgentilstandsmålingen, men fortsatt innenfor normal temperaturrom. Klokken 14:32, er temperaturverdien for fase B 44.1 °C, og på dette tidspunktet er temperaturverdiene for fase A og fase C henholdsvis 42.9 °C og 42.6 °C. Gjennom hele målepérioden, er den laveste temperaturen for fase C 42.2 °C og den høyeste er 43.7 °C, mens temperaturen for fase A fluktuert innenfor området 42.6 - 43.8 °C.

Analyse av testdata på stedet viser at dataene fra forhåndsmonterte understasjon alltid oppfyller designkravene og er i samsvar med relevante akseptanstandarder. Angående økonomisk nytte, basert på livssykluskostnadsteori, analyserer og beregner forsøket de ulike kostnadene for 110 kV distribusjonsteknikk, og velger luftisolert bryterutstyr skisse for sammenligning. Sammenligningsresultatene vises i figur 4.

I figur 4, er den opprinnelige investeringskostnaden for optimalisert hybrid GIS-designskisse 2.413 millioner RMB, som er 0.133 millioner RMB høyere enn luftisolert bryterutstyr skisse. Dette skyldes hovedsakelig at utstyrskjøpskostnaden for hybrid GIS-designskisse er høyere enn luftisolert bryterutstyr skisse, og installasjonskostnaden er også litt høyere.

Under drift og vedlikehold fasen, er den nødvendige kostnadandel relativt liten. Siden understasjonen av optimalisert hybrid GIS-designskisse er en ubemannet understasjon, trengs bare en liten mengde regelmessig manuell inspeksjon, noe som reduserer daglige drifts- og vedlikeholdsutgifter. Derfor er drifts- og vedlikeholdskostnaden mye lavere enn luftisolert bryterutstyr skisse.

Årlig feilprosent for optimalisert hybrid GIS-designskisse er betydelig redusert, noe som resulterer i en markant reduksjon i vedlikeholdskostnader. I tillegg er dens nedrivingskostnad kun 89% av luftisolert bryterutstyr skisse. Gitt alle faktorer, er nutidsverdien av livssykluskostnaden for optimalisert hybrid GIS-designskisse 0.549 millioner RMB lavere enn luftisolert bryterutstyr skisse. I tillegg er 110 kV GIS-intelligente understasjon skisse superiør til konvensjonelle luftisolert bryterutstyr skisse.

Konklusjon

For å spare byarealressurser, forkorte konstruksjonsperiode, og forbedre økonomisk effektivitet og pålitelighet av forhåndsmonterte understasjoner, foreslår denne forskningen en utendørs hybrid GIS-designskisse som integrerer brytere og skillebrytere. Ved å optimalisere kretsen og bruke enkel bussekabler, og optimalisere det generelle oppsettet, reduseres antallet feil og vedlikeholdskostnader.

Testresultatene viser at under samling av transformator temperatur, forbli temperaturverdiene for fase A, fase B, og fase C relativt stabile. Om morgenen, varierer temperaturen for fase A mellom 42.0 - 43.2 °C, mens fase C holder seg rundt 42.5 °C. Om ettermiddagen, varierer temperaturen for fase C fra en minimum på 42.2 °C til en maksimum på 43.7 °C, og temperaturen for fase A fluktuert mellom 42.6 °C og 43.8 °C. Dataene fra forhåndsmonterte understasjon oppfyller designkravene og er i samsvar med relevante akseptanstandarder.

I livssykluskostnadsanalysen, selv om den opprinnelige investeringskostnaden for optimalisert hybrid GIS-designskisse er 2.413 millioner RMB, 0.133 millioner RMB høyere enn luftisolert bryterutstyr skisse, krever optimalisert hybrid GIS-designskisse bare en liten mengde regelmessig manuell inspeksjon. Dette reduserer daglige drifts- og vedlikeholdsutgifter, gjør drifts- og vedlikeholdskostnaden mye lavere enn luftisolert bryterutstyr skisse, og reduserer signifikant vedlikeholdskostnader. Beregninger viser at nutidsverdien av livssykluskostnaden for optimalisert hybrid GIS-designskisse er 0.549 millioner RMB lavere enn luftisolert bryterutstyr skisse, noe som demonstrerer at optimalisert 110 kV GIS-intelligente understasjon skisse er superiør til konvensjonelle luftisolert bryterutstyr skisse.

Imidlertid analyserer og optimaliserer denne forskning bare primær understasjon design. I fremtiden, må en mer omfattende intelligent design for sekundære understasjoner utføres ved å ta hensyn til kommunikasjon og arealkonstruksjon.