Pagsasaliksik sa disenyo ng intelligent box-type substation batay sa 110 kV high-voltage GIS switchgear
Paggamit at Pagsasaayos ng mga Kagamitan sa Distribusyon Batay sa GIS
Sa kasalukuyan, ang mga karaniwang ginagamit na kagamitan sa distribusyon ay pangunahing kinabibilangan ng panlabas na bukas na tipo ng air-insulated switchgear, tradisyonal na indoor GIS, steel-structured indoor GIS, at panlabas na hybrid GIS. Ang pag-aaral na ito ay nagsasalamin sa mga substation sa Indonesia upang matapos ang pagsasaayos ng mga kagamitan sa distribusyon para sa mga intelligent prefabricated substations. Karamihan sa mga substation sa Indonesia ay matatagpuan 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 kapangyarihan ay ang paggamit ng umiiral na 110 kV lines upang makabuo ng maliliit na kapasidad na mga substation. Sa batayan na ito, ang mga lebel ng voltag ay unti-unting bababa upang makamit ang pinakamataas na epekto ng investimento, mapataas ang paggamit ng mga kagamitan, at bawasan ang papel ng 35 kV substations. Ang mga substation sa grid ng kapangyarihan ng Indonesia ay malaki-iskala, may mataas na gastos sa investimento at mga kagamitan, at mahabang panahon ng konstruksyon, kaya nangangailangan ng mas karne na optimisasyon sa pagpili ng mga kagamitan at pagsasaayos ng mga kagamitan sa distribusyon.
Ang panlabas na hybrid GIS ay naglalaman ng circuit breakers at disconnectors, gamit ang mga tradisyonal na busbars. Ang pagkakasunod-sunod na ito ay maaaring mabawasan ang bilang ng mga flanges at panlabas na kagamitan, kaya't tumataas ang efisiensiya ng paggamit ng lupain sa target na lugar. Bukod dito, ang pamamaraan ng hybrid GIS ay maaaring mabawasan ang hirap ng pag-install at pag-lapit, na nagpapadali sa pag-install at pag-maintain ng mga kagamitan sa mga rehiyong bundok at burol.
May mas mababang klima ang Indonesia, at maraming mainit na araw, kaya ang intelligent control ay may mahigpit na environmental requirements. Sa Indonesia, ang mga intelligent control cabinets ay pangkalahatang nangangailangan ng relative humidity range na 5% - 95% at ambient temperature range na -5 - 55°C, at hindi pinapayagan ang pagkakaroon ng yelo. Upang makamit ang pag-palamig, 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 pag-install ng air-conditioners sa gilid ng mga pintuan ng cabinet.
Tungkol sa pangunahing electrical wiring, mahalaga na tiyakin ang kanyang reliabilidad, ekonomiko, operability, at seguridad sa oras ng pag-operate. Para sa single-busbar ng 110 kV electrical wiring, karaniwang tinatanggap ang sectional wiring o bridge-type wiring. Ang bridge-type wiring ay may mas kaunting circuit breakers at mas mababang investimento, ngunit ang kanyang reliabilidad ay mas mababa kaysa sa sectional wiring, at mas mataas ang hirap sa susunod na pag-modify at pag-lapit. Kaya, ang pag-aaral na ito ay gumagamit ng circuit breakers upang hatiin ang busbar. Sa pamamaraang ito ng sectional wiring, kapag nabigo ang isang seksyon ng busbar, ang natitirang mga seksyon ay maaari pa ring magbigay ng normal na supply ng power, na nagtitiyak ng reliable service. Ang single-busbar sectional wiring ay relatibong simple, may kaunti lang na mga komponente ng kagamitan, at nagbibigay ng 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 kagamitan, ay may mahalagang 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 oil at on-line iron core grounding current detection device. Ang una, na may halaga ng humigit-kumulang 200,000 RMB per set, ay ginagamit upang detektahin ang internal insulation ng main transformer, samantalang ang huli ay para sa real-time detection ng iron core grounding current. Ang parehong teknolohiya ay relatibong mature at malawakang ina-apply.
Ang intelligent main transformer ay naglalaman ng primary at secondary equipment, na nagbibigay-daan para maging capable ito ng state perception at operational state assessment. Upang mapadali ang daily maintenance at monitoring shifts at bawasan ang gastos sa maintenance, ang natural oil-circulation air-cooling ay pinili bilang cooling method para sa main transformer.
Ang hybrid GIS ay naglalaman ng circuit breakers, switches, at current transformers sa isang iisang entity, na nagpapadali ng proseso ng reconstruction sa pamamagitan ng pagbabawas ng bilang ng mga kagamitan. Bukod dito, ang panlabas na hybrid GIS ay may kaunti lang na mga kagamitan at flanges, na nagbibigay ng mas mataas na reliabilidad at corrosion resistance, kaya ito ay maganda ang performance sa target area. Ang rated voltage ng hybrid GIS bay equipment ay 126 kV, at ang rated current ay 2000 A. Bawat hybrid GIS bay equipment ay binubuo ng sensors, intelligent control cabinets, at SF₆ gas state detection devices. Ang mga device na ito ay maaaring detektahin ang estado ng gas at operasyon ng kagamitan, na nagbibigay ng digital measurement, information interaction, at status inquiry functions para sa high-voltage switches.
Pag-optimize ng Mga Kagamitan sa Distribusyon at General Layout
Sa orihinal na disenyo ng intelligent substation, ang pagkakalagay ng mga intelligent terminal cabinets at hybrid GIS control-gathering cabinets ay sumunod sa pagkakalagay na dalawang cabinets per bay. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nagreresulta sa maraming cable-crossing loops, na hindi kapaki-pakinabang para sa daily maintenance. Kaya, ang secondary circuits ng intelligent terminals at hybrid GIS mechanisms ay maaaring ma-integrate. Sa pamamagitan ng pag-combine ng mga control panels, interlocking loops, anti-tripping loops, at non-in-phase loops sa intelligent terminal, maaaring makamit ang integrated design.
Ang pag-optimize ng mga intelligent control cabinets pangunahing nagsasama ng tatlong aspeto: (1) Pag-simplify ng circuit sa pamamagitan ng pagpalit ng hard-wiring logic sa local terminal software logic; (2) Pag-enable ng bay-to-bay communication 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 redundant functions tulad ng pressure interlocking loops. Kasama sa mga pag-improve ng circuit, ang layout ng mga intelligent terminals sa orihinal na control-gathering cabinets ay ina-retain, at ang mga koneksyon sa pagitan ng mga intelligent control-gathering cabinets at corresponding equipment ay ino-optimize.
Ang disenyo ng pag-aaral na ito ay gumagamit ng modular prefabricated cabin model. Ang layout ng substation ay dapat batay sa natural conditions at engineering requirements ng target area, at may mga advantage tulad ng safety, reliability, environmental friendliness, fire protection, at convenient operation and maintenance. Sa target area, ang 110 kV distribution equipment at main transformers ay ina-arrange mula hilaga hanggang timog. Upang tugunan ang mga requirement sa transport, ang circular fire-fighting passage ay itinayo sa loob ng substation, at ang on-site equipment installation ay gumagamit ng minimized layout. Sa pamamagitan ng layout na ito, 18% ng land area ay maaaring makuha. Ang general layout ng mga kagamitan sa distribusyon sa disenyo ng pag-aaral ay ipinapakita sa Figure 2.
Tungkol sa pag-optimize ng mga dimension ng distribusyon
Ang disenyo ng pag-aaral na ito ay ina-arrange ang mga hybrid GIS equipment sa dalawang row, 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 nakaka-occupy ng malaking lateral space. Dahil sa integration ng mga 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 noon. Ang standard longitudinal length ay 39 m. Upang i-optimize ang longitudinal dimension, ang proposed scheme ay gumagamit ng integrated equipment, nagrere-remove ng incoming line structure, at nagmo-modify ng busbar framework, na nagreresulta sa pagbawas ng occupation ng longitudinal space. Sa pamamagitan ng dalawang pag-improve na ito, ang longitudinal dimension sa scheme ay 25.2 m, 13.8 m mas maikli kaysa sa standard length, na nagreresulta sa epektibong pagbawas ng space na occupied ng mga kagamitan.
Performance at Cost Analysis ng Intelligent Prefabricated Substations
Pagkatapos matapos ang konstruksyon ng prefabricated substation, ang mga relevant commissioning steps ay kailangang gawin upang tiyakin na ang mga function ng bawat device ay makakamit ang mga requirement ng disenyo at magagamit ang normal na communication sa pagitan ng mga device at software. Ang eksperimento ay nag-record at nag-analyze ng 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 kagamitan 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), maaaring makita na ang mga temperatura ng phase A, phase B, at phase C ay nasa isang relatively 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 pagitan ng 42.0 - 43.2 °C; at ang temperatura ng phase C ay nasa paligid ng 42.5 °C. Sa Figure 3(b), ang pagbabago ng mga temperatura ng transformer na in-collect sa hapon ay din naman relatively small. Dahil sa mga pagbabago sa environment, ang overall temperatures ng phase A, phase B, at phase C ay mas mataas kaysa sa morning measurement values ngunit nandoon pa rin sa normal temperature range. Sa 14:32, ang temperatura ng phase B ay 44.1 °C, at sa oras na ito, ang mga temperatura ng phase A at phase C ay 42.9 °C at 42.6 °C, respectively. Sa buong panahon ng pag-measure, 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 pagitan ng 42.6 - 43.8 °C.
Ang analisis ng on-site test data ay nagpapakita na ang lahat ng data ng prefabricated substation ay sumasalamin sa mga requirement ng disenyo at sumusunod sa mga related acceptance standards. Sa aspeto ng economic utility, batay sa life-cycle cost theory, ang eksperimento ay nag-analyze at nag-compute ng iba't ibang costs ng 110 kV distribution equipment, at pinili ang air-insulated switchgear scheme para sa comparison. Ang resulta ng comparison 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 naman medyo mas mataas.
Sa operation and maintenance phase, ang required cost proportion ay relatively small. Dahil ang substation ng optimized hybrid GIS design scheme ay unmanned substation, kaya ang kaunti lamang na regular manual inspections ang kailangan, na nagreresulta sa pagbawas ng daily operation and maintenance costs. Kaya, ang operation and maintenance cost ay mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme.
Ang annual failure probability ng optimized hybrid GIS design scheme ay significantly reduced, na nagreresulta sa notable decrease sa maintenance costs. Bukod dito, ang demolition cost nito ay tanging 89% ng air-insulated switchgear scheme. Sa pag-consider ng 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.
Conclusion
Upang makonserva ang urban land resources, maikliin ang construction period, at mapataas ang economic efficiency at reliability ng prefabricated substations, ang pag-aaral na ito ay nagpropose ng outdoor hybrid GIS design scheme na naglalaman ng circuit breakers at disconnectors. Sa pamamagitan ng pag-optimize ng circuit at pag-adopt ng single-busbar sectional wiring, at pag-optimize ng overall layout, ang bilang ng failures ay nabawasan at ang maintenance cost ay nabawasan.
Ang resulta ng mga test ay nagpapakita na sa panahon ng collection ng temperatura ng transformer, ang mga temperatura ng phase A, phase B, at phase C ay nasa isang relatively stable state. Sa umaga, ang temperatura ng phase A ay nasa pagitan 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 pagitan ng minimum na 42.2 °C at maximum na 43.7 °C, at ang temperatura ng phase A ay nasa pagitan ng 42.6 °C at 43.8 °C. Ang data ng prefabricated substation ay sumasalamin sa mga requirement ng disenyo at sumusunod sa mga related 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 kaunti na regular manual inspections. Ito ay nagreresulta sa pagbawas ng daily operation and maintenance costs, kaya ang operation and maintenance cost nito ay mas mababa kaysa sa air-insulated switchgear scheme, at significant reduction sa maintenance cost. Ang computations 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-analyze at nago-optimize lamang ang primary substation design. Sa hinaharap, ang mas comprehensive intelligent design para sa secondary substations ay kailangang gawin sa pamamagitan ng pag-consider ng communication at land construction.
