Inteligentna kutijska transformatorska stanica bazirana na visokonaponskom GIS prekidaču od 110 kV Dizajn i istraživanje

Izbor i postavljanje distribucijskog opreme na osnovu GIS-a

Trenutno, često korišćena distribucijska oprema uključuje otvorenu zračnu izolovanu opremu za spoljašnju upotrebu, tradicionalni unutrašnji GIS, GIS od čelikove konstrukcije i hibridni GIS za spoljašnju upotrebu. Ova studija ima za cilj da završi postavljanje distribucijske opreme za inteligentne prefabricirane podstajice u Indoneziji. Većina podstajica u Indoneziji se nalazi u područjima sa složenim terenom i niskom gustoćom opterećenja. Prema trenutnom planu, strategija razvoja regionalne mreže je da se iskoriste postojeće linije od 110 kV za izgradnju podstajica male kapaciteta. Na osnovu toga, naponi će se postepeno smanjivati kako bi se maksimalizirala efikasnost investicija, poboljšala iskorištenost opreme i umanjila uloga 35 kV podstajica. Podstajice u indonezijskoj mreži su velike, sa visokim troškovima investicija i opreme te dugim vremenom izgradnje, što zahteva dalju optimizaciju izbora i postavljanja opreme.

Hibridni GIS za spoljašnju upotrebu integriše prekidače i odvojače, koristeći konvencionalne busbare. Ova aranžmana može smanjiti broj flanža i spoljašnje opreme, time povećavajući efikasnost korišćenja zemljišta u ciljanoj regiji. Takođe, pristup hibridnog GIS-a može smanjiti težinu instalacije i proširenja, olakšavajući postavljanje i održavanje opreme u brdskim i planinskim regionima.

Indonezija ima relativno vlazan klimatski režim sa mnogo dana visokih temperatura, pa inteligentna kontrola ima stroge zahteve za okruženjem. U Indoneziji, inteligentne kontrolne kabineti obično zahtevaju relativnu vlagoznost od 5% - 95% i temperaturu okruženja od -5 - 55°C, bez nastanka mraka. Za hlađenje, sušenje i sprečavanje kondenzacije kod spoljašnjih kontrolnih kabinetov, ova studija usvaja metodu instalacije klima uređaja na strani vrata kabinetov.

Što se tiče glavnog električnog vezanja, neophodno je da se osigura njegova pouzdanost, ekonomičnost, operativnost i sigurnost tokom rada. Za jednobusbarsku vezu od 110 kV, često se koristi sekcioni ili mostovi tip veza. Mostovi tip veza imaju manje prekidača i niže investicije, ali su manje pouzdani od sekcioni tip veza, a težina kasnijih modifikacija i proširenja je veća. Stoga ova studija koristi prekidače za sekcioni busbar. Sa ovim sekcioni vezom, ukoliko jedna sekcija busbara padne, preostale sekcije mogu dalje isporučivati struju, osiguravajući pouzdanu uslugu. Jednobusbarska sekcioni vez je relativno jednostavna, sa manjim brojem komponenata opreme, i pruža visoku pouzdanost i operativnost. Struktura poboljšane inteligentne podstajice prikazana je na Slici 1.

Transformatori unutar podstajice, kao ključna oprema, igraju važnu ulogu u detekciji stanja. Imajući u vidu troškove investicija i primene, dizajn ove studije koristi on-line uređaj za praćenje rastvorenih gasova u ulju i on-line uređaj za detekciju strujnog toka grnda transformatora. Prvi, cijenjen oko 200.000 RMB po kompletu, koristi se za detekciju interne izolacije glavnog transformatora, dok drugi služi za stvarno-vremensku detekciju strujnog toka grnda. Obe tehnologije su relativno dovršene i široko primenjene.

Inteligentni glavni transformator integriše primarnu i sekundarnu opremu, omogućavajući mu da vrši percepciju stanja i procenu radnog stanja. Da bi se olakšao svakodnevni održavanje i nadzor smene, kao i smanjio radni opterećenje, za hlađenje glavnog transformatora biramo prirodnu cirkulaciju ulja sa zračnim hlađenjem.

Hibridni GIS integriše prekidače, prekidače i transformatore struje u jednu celinu, pojednostavljujući proces rekonstrukcije smanjenjem broja opreme. Takođe, hibridni GIS za spoljašnju upotrebu ima manji broj opreme i flanža, pružajući veću pouzdanost i otpornost na koroziju, što ga čini dobro performantnim u ciljanoj regiji. Nominovani napon hibridne GIS bay opreme je 126 kV, a nominovani struja je 2000 A. Svaki hibridni GIS bay oprema uključuje senzore, inteligentne kontrolne kabinetove i uređaje za detekciju stanja SF₆ gasa. Ovi uređaji mogu detektovati stanje gasa i stanje rada opreme, omogućavajući digitalnu merenja, informacionu interakciju i funkcije upitivanja stanja visokonaponskih prekidača.

Optimizacija distribucijske opreme i opšteg rasporeda

U originalnom dizajnu inteligentne podstajice, konfiguracija inteligentnih terminalnih kabinetov i hibridnih GIS kontrolnih-kupovnih kabinetov sledila je raspored dodeljivanja dva kabinetov po baju. Međutim, ovaj pristup rezultira velikim brojem presecanja kabela, što nije povoljno za svakodnevno održavanje. Stoga se sekundarne petlje inteligentnih terminala i mehanizama hibridnog GIS-a mogu integrirati. Kombiniranjem kontrolnih panela, interlok petlji, anti-prekid petlji i neproporcionalnih petlji u inteligentni terminal, može se postići integralni dizajn.

Optimizacija inteligentnih kontrolnih kabinetov uglavnom obuhvata tri aspekta: (1) Pojednostavljenje kruga zamjenom hardver logike sa softverskom logikom lokalnog terminala; (2) Omogućavanje komunikacije između bajeva putem inteligentnih terminala i tehnologije objektno orijentisanog događaja podstajice; (3) Usvojavanje integralnog dizajna inteligentnih terminala i kontrolnih krugova prekidača kako bi se smanjili redundantni funkciji poput petlji za interlok pritiska. Pored ove poboljšane kruga, originalni raspored inteligentnih terminala unutar kontrolno-kupovnih kabinetov se zadržava, a veze između inteligentnih kontrolno-kupovnih kabinetov i odgovarajuće opreme se optimizuju.

Dizajn predlog koji se predlaže u ovoj studiji usvaja modularni prefabricirani model kabine. Raspored podstajice treba da se temelji na prirodnim uslovima i inženjerskim zahtevima ciljane regije, i posjeduje prednosti kao što su sigurnost, pouzdanost, ekološka prihvatljivost, zaštita od požara i lako održavanje i rad. U ciljanoj regiji, 110 kV distribucijska oprema i glavni transformatori su raspoređeni sa sjevera na jug. Da bi se ispunili transportni zahtevi, unutar podstajice je postavljena kružna protupožarna prometnica, a na mestu postavljanje opreme koristi minimizovani raspored. Putem ovog rasporeda, može se uštedeti 18% površine zemljišta. Opšti raspored distribucijske opreme u dizajn predlogu prikazan je na Slici 2.

U pogledu optimizacije dimenzija distribucije

Dizajn predlog koji se istražuje raspoređuje hibridnu GIS opremu u dva reda, a 110 kV distribucijska oprema koristi spoljašnje aluminijum-magnezijumske nosače truboprovoda. Standardni sekcioni raspored bajeva obično ima linearno raspoređene mekane truboprovode na oba kraja, što zauzima veliku količinu bočnog prostora. Zahvaljujući integraciji hibridne GIS opreme, njegov raspored je kompaktniji. Istraživanje postavlja bočnu dimenziju sekcioni bajeva na 8 m, što je 2 m kraće od prethodnog. Standardna dužinska dimenzija iznosi 39 m. Da bi se optimizovala dužinska dimenzija, predloženi dizajn koristi integriranu opremu, uklanja strukture za dolazne linije i menja okvir busbara, smanjujući time zauzetost dužinske prostora. Putem ova dva poboljšanja, dužinska dimenzija u predlogu iznosi 25.2 m, što je 13.8 m kraće od standardne dužine, efektivno smanjujući zauzetost prostora opremom.

Analiza performansi i troškova inteligentnih prefabriciranih podstajica

Nakon završetka izgradnje prefabricirane podstajice, potrebno je izvršiti relevantne korake za komisiju kako bi se osiguralo da funkcije svakog uređaja mogu da ispune dizajnerske zahteve i omogućiti normalnu komunikaciju između uređaja i softvera. Eksperiment beleži i analizira podatke kao što su struja, vrednosti napona, aktivna snaga, temperatura transformatora i faktor snage svakog prekidača u prefabriciranoj podstajici kako bi se osigurala stabilna radnja opreme podstajice. Između ostalog, vrednosti temperature transformatora u različitim periodima prikazane su na Slici 3.

Pregledom Slike 3(a), može se uočiti da vrednosti temperature faza A, B i C ostaju u relativno stabilnom stanju. Temperatura faze B je najviša, dostizajući 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), variranje vrednosti temperature transformatora koje su sakupljene popodne takođe je relativno malo. Zbog promena okruženja, ukupne vrednosti temperature faza A, B i C su više nego jutarnje mere, ali još uvek su u normalnom opsegu temperature. U 14:32, vrednost temperature faze B je 44.1 °C, a u tom trenutku, vrednosti temperature faza A i C su 42.9 °C i 42.6 °C redom. Tokom cijelog perioda merenja, najniža temperatura faze C je 42.2 °C, a najviša 43.7 °C, dok temperatura faze A varira u opsegu od 42.6 - 43.8 °C.

Analiza podataka sa terena pokazuje da svi podaci prefabricirane podstajice zadovoljavaju dizajnerske zahteve i sukladni su relevantnim prihvatnim standardima. U pogledu ekonomske korisnosti, na osnovu teorije troškova životnog ciklusa, eksperiment analizira i izračunava različite troškove 110 kV distribucijske opreme, i bira shemu zračno izolovanih prekidača za usporedbu. Rezultati usporedbe prikazani su na Slici 4.

Na Slici 4, apstraktni trošak investicije za optimizovan dizajn hibridnog GIS-a iznosi 2.413 miliona RMB, što je 0.133 miliona RMB više od sheme zračno izolovanih prekidača. To je uglavnom zato što je trošak nabavke opreme za dizajn hibridnog GIS-a viši od sheme zračno izolovanih prekidača, a trošak inženjerskih radova je takođe blizu.

Tokom faze održavanja i servisa, potreban udio troškova je relativno mali. Budući da je podstajica optimizovanog dizajna hibridnog GIS-a besposadna, potrebne su samo mali regularni ručni pregledi, što smanjuje dnevne troškove održavanja i servisa. Stoga su troškovi održavanja i servisa znatno manji od sheme zračno izolovanih prekidača.

Godišnja verovatnoća greške u optimizovanom dizajnu hibridnog GIS-a je značajno smanjena, što dovodi do značajnog smanjenja troškova održavanja. Takođe, njegov trošak demontiranja iznosi samo 89% troška demontiranja sheme zračno izolovanih prekidača. Uzimajući u obzir sve faktore, sadašnja vrednost troška životnog ciklusa optimizovanog dizajna hibridnog GIS-a je 0.549 miliona RMB niža od sheme zračno izolovanih prekidača. Takođe, 110 kV GIS inteligentna shema podstajice je superiorna u odnosu na konvencionalnu shemu zračno izolovanih prekidača.

Zaključak

Da bi se sačuvale urbana zemljišna resursa, skraćen rok izgradnje i poboljšana ekonomsko-efikasnost i pouzdanost prefabriciranih podstajica, ovo istraživanje predlaže dizajn hibridnog GIS-a za spoljašnju upotrebu koji integriše prekidače i odvojače. Optimizacijom krugova, usvajanjem sekcioni vezanje jednobusbara i optimizacijom opšteg rasporeda, smanjuju se broj grešaka i troškovi održavanja.

Rezultati testiranja pokazuju da tokom sakupljanja temperature transformatora, vrednosti 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 minimalne 42.2 °C do maksimalne 43.7 °C, a temperatura faze A varira između 42.6 °C i 43.8 °C. Podaci prefabricirane podstajice zadovoljavaju dizajnerske zahteve i sukladni su relevantnim prihvatnim standardima.

U analizi troškova životnog ciklusa, iako je apstraktni trošak investicije optimizovanog dizajna hibridnog GIS-a 2.413 miliona RMB, 0.133 miliona RMB više od sheme zračno izolovanih prekidača, optimizovan dizajn hibridnog GIS-a zahteva samo mali broj regularnih ručnih pregleda. To smanjuje dnevne troškove održavanja, čime su troškovi održavanja i servisa znatno manji od sheme zračno izolovanih prekidača, a troškovi održavanja su značajno smanjeni. Izračuni pokazuju da je sadašnja vrednost troška životnog ciklusa optimizovanog dizajna hibridnog GIS-a 0.549 miliona RMB niža od sheme zračno izolovanih prekidača, što pokazuje da je optimizovana 110 kV GIS inteligentna shema podstajice superiorna u odnosu na konvencionalnu shemu zračno izolovanih prekidača.

Međutim, ovo istraživanje analizira i optimizuje samo primarni dizajn podstajice. U budućnosti, potrebno je izvršiti kompleksniji inteligentni dizajn sekundarnih podstajica, uzimajući u obzir komunikaciju i gradnju zemljišta.