Інтелектуальна бокс-підстанція на основі високовольтного комутаційного спорядження GIS напругою 110 кВ Дослідження проектування
Вибір та налаштування розподільчого обладнання на основі ГІС
На даний момент найчастіше використовуване розподільче обладнання включає зовнішні відкриті повітряно-ізоляційні комутаційні пристрої, традиційні внутрішні ГІС, металеві внутрішні ГІС та зовнішні гібридні ГІС. Це дослідження спрямовано на підстанції Індонезії для завершення встановлення розподільчого обладнання для інтелектуальних заздалегідь виготовлених підстанцій. Більшість підстанцій у Індонезії розташовані в регіонах з складним рельєфом та низькою щільністю навантаження. Згідно з поточним планом, стратегія розвитку регіональної електричної мережі полягає у використанні існуючих ліній напруги 110 кВ для будівництва підстанцій малих потужностей. На цій основі рівні напруги будуть поступово знижатися, щоб максимально ефективно використовувати інвестиції, підвищити використання обладнання та знизити роль підстанцій 35 кВ. Підстанції в електричній мережі Індонезії є великомасштабними, з високими витратами на інвестиції та обладнання, а також довгим періодом будівництва, що вимагає подальшої оптимізації вибору та встановлення обладнання.
Зовнішні гібридні ГІС інтегрують автоматичні вимикачі та відкидачі, використовуючи традиційні шинопроводи. Така конфігурація може зменшити кількість фланців та зовнішнього обладнання, що збільшує ефективність використання земельних площ в цільовій зоні. Крім того, підхід гібридного ГІС може знизити складність встановлення та розширення, сприяючи встановленню та обслуговуванню обладнання в гористих та схильних регіонах.
У Індонезії відносно вологий клімат з численними днями високої температури, тому інтелектуальне управління має жорсткі вимоги до оточуючої середовища. У Індонезії інтелектуальні шафи загалом потребують відносної вологості в межах 5% - 95% та температурного діапазону навколишнього середовища від -5 до 55°C, без утворення инею. Для забезпечення охолодження, зниження вологості та запобігання утворенню конденсату для зовнішніх керуючих шаф це дослідження використовує метод встановлення кондиціонерів біля дверей шаф.
Щодо основного електричного з’єднання, важливо забезпечити його надійність, економічну ефективність, операційність та безпеку під час експлуатації. Для однієї шини електричного з’єднання 110 кВ зазвичай використовуються секційне з’єднання або мостове з’єднання. Мостове з’єднання має менше вимикачів та нижчі витрати, але його надійність нижча за секційне з’єднання, а складність подальших модифікацій та розширення вища. Тому це дослідження використовує вимикачі для розбиття шини. За допомогою такого секційного з’єднання, коли одна секція шини виходить з ладу, решта секцій все ще можуть забезпечувати живлення, забезпечуючи надійне обслуговування. Секційне з’єднання однієї шини є відносно простим, з меншою кількістю компонентів обладнання, і має високу надійність та операційність. Структура покращеної інтелектуальної підстанції показана на рисунку 1.
Трансформатори в підстанції, як ключове обладнання, відіграють важливу роль у виявленні стану. враховуючи витрати на інвестиції та сценарії застосування, проектний план цього дослідження використовує пристрій для онлайн-моніторингу розчинених газів у маслі та пристрій для онлайн-виявлення струму заземлення серцевини. Перший, який коштує приблизно 200 000 юанів за одиницю, використовується для виявлення внутрішньої ізоляції головного трансформатора, а другий — для реального виявлення струму заземлення серцевини. Обидві технології є відносно зрілими та широко застосованими.
Інтелектуальний головний трансформатор інтегрує первинне та вторинне обладнання, що дозволяє йому виконувати виявлення стану та оцінку операційного стану. Для спрощення щоденного обслуговування та моніторингу змін та зменшення обсягу обслуговування вибирається природне масляне циркуляційне повітряне охолодження як метод охолодження головного трансформатора.
Гібридна ГІС інтегрує вимикачі, відкидачі та трансформатори струму в одну цілісну систему, спрощуючи процес реконструкції за рахунок зменшення кількості обладнання. Крім того, зовнішня гібридна ГІС має меншу кількість обладнання та фланців, що забезпечує вищу надійність та корозійну стійкість, що дозволяє їй добре проявляти себе в цільовій зоні. Номінальна напруга обладнання гібридної ГІС становить 126 кВ, а номінальний струм — 2000 А. Кожне обладнання гібридної ГІС складається з датчиків, інтелектуальних керуючих шаф та пристроїв для виявлення стану газу SF₆. Ці пристрої можуть виявляти стан газу та роботу обладнання, дозволяючи цифрові вимірювання, обмін інформацією та запити стану для високовольтних вимикачів.
Оптимізація розподільчого обладнання та загальна планировка
У оригінальному проекті інтелектуальної підстанції, конфігурація інтелектуальних термінальних шаф та керуючих шаф гібридної ГІС відповідала принципу розподілу двох шаф на кожну секцію. Однак, цей підхід призводить до численних перехрестів кабелів, що не сприяє щоденному обслуговуванню. Тому вторинні контури інтелектуальних терміналів та механізмів гібридної ГІС можна інтегрувати. Комбінування керуючих панелей, взаємоблокуючих контурів, протипротивних контурів та некофазних контурів в інтелектуальному терміналі дозволяє досягти інтегрованого дизайну.
Оптимізація інтелектуальних керуючих шаф включає три аспекти: (1) спрощення контуру за рахунок заміни жорсткого проводження на програмне логічне керування через локальні термінали; (2) забезпечення зв'язку між секціями за допомогою інтелектуальних терміналів та технології об'єктів, орієнтованих на події підстанції; (3) використання інтегрованого дизайну інтелектуальних терміналів та контурів керування вимикачів для зменшення зайвих функцій, таких як контури взаємоблокування тиску. Окрім цих покращень контуру, в оригінальній керуючій шафі зберігається розташування інтелектуальних терміналів, а зв'язки між інтелектуальними керуючими шафами та відповідним обладнанням оптимізовані.
Проектний план, запропонований в цьому дослідженні, використовує модульну модель заздалегідь виготовлених кабінетів. Планировка підстанції повинна базуватися на природних умовах та технічних вимогах цільової зони, а також мати переваги, такі як безпека, надійність, екологічність, пожежна безпека та зручність експлуатації та обслуговування. У цільовій зоні розподільче обладнання напруги 110 кВ та головні трансформатори розташовані з півночі на південь. Для задоволення транспортних вимог у підстанції встановлено круговий пожежний проїзд, а монтаж обладнання на місці використовує мінімізований розклад. Завдяки такому розкладу можна зекономити 18% площі. Загальна планировка розподільчого обладнання в проектному плані показана на рисунку 2.
Щодо оптимізації розмірів розподілу
Запропонований в дослідженні проект розташовує гібридне обладнання GIS у двох рядах, а розподільче обладнання 110 кВ використовує зовнішні алюмінієво-магнієві сплавні підтримуючі трубчасті шини. Типова секційна компоновка зазвичай має лінійну розташування м'яких шинних каналів на обох кінцях, що займає велику площу в поперечному напрямку. Благодіяючи інтеграції гібридного обладнання GIS, його компоновка стає більш компактною. У дослідженні поперечний розмір секційної комірки встановлено на 8 м, що на 2 м менше, ніж раніше. Стандартна довжина в продовжному напрямку становить 39 м. Для оптимізації продовжного розміру запропонований проект використовує інтегроване обладнання, вилучає конструкцію входу і модифікує каркас шин, таким чином зменшуючи займання простору в продовжному напрямку. За допомогою цих двох покращень, продовжний розмір в проекті становить 25,2 м, що на 13,8 м коротше стандартної довжини, ефективно зменшуючи займання простору обладнанням.
Аналіз продуктивності та вартості інтелектуальних заводських підстанцій
Після завершення будівництва заводської підстанції необхідно провести відповідні етапи введення в експлуатацію, щоб забезпечити, що функції кожного пристрою відповідають проектним вимогам і можливе нормальне взаємодія між пристроями та програмним забезпеченням. Експеримент записує та аналізує дані, такі як значення струму, напруги, активної потужності, температури трансформатора та коефіцієнту ефективності для кожного вмикача в заводській підстанції, щоб забезпечити стабільну роботу обладнання підстанції. Зокрема, значення температури трансформатора в різні періоди часу показано на рисунку 3.
Спостерігаючи за рисунком 3(а), можна помітити, що значення температури фаз А, В та С утримуються в відносно стабільному стані. Температура фази В найвища, досягаючи 43,6 °C о 8:31-8:32; температура фази А коливається від 42,0 до 43,2 °C; а температура фази С залишається близько 42,5 °C. На рисунку 3(б) зміна значень температури трансформатора, зібраних вдень, також є відносно невеликою. Через зміни середовища, загальні значення температури фаз А, В та С вищі, ніж уранішні значення, але все ще в межах нормального температурного діапазону. О 14:32, значення температури фази В становить 44,1 °C, а в цей момент значення температури фаз А та С становлять 42,9 °C та 42,6 °C відповідно. Протягом всього періоду вимірювання, найнижча температура фази С становить 42,2 °C, а найвища — 43,7 °C, тоді як температура фази А коливається в межах 42,6 - 43,8 °C.
Аналіз даних на місці показує, що дані заводської підстанції відповідають проектним вимогам та відповідають відповідним прийняттям стандартів. Щодо економічної корисності, на основі теорії циклової вартості, експеримент аналізує та розраховує різні витрати для розподільчого обладнання 110 кВ, і вибирає схему повітряно-ізоляційного вмикача для порівняння. Результати порівняння показані на рисунку 4.
На рисунку 4, початкові вкладення для оптимізованої схеми гібридного обладнання GIS становлять 2,413 млн юанів, що на 0,133 млн юанів більше, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача. Це переважно тому, що вартість закупівлі обладнання для схеми гібридного обладнання GIS вища, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача, а також трохи вища вартість монтажних робіт.
Під час етапу експлуатації та обслуговування, відсоток необхідних витрат відносно невеликий. Оскільки підстанція за оптимізованою схемою гібридного обладнання GIS є безлюдною, потрібні лише невеликі регулярні ручні перевірки, що зменшує щоденні витрати на експлуатацію та обслуговування. Тому витрати на експлуатацию та обслуговування значно нижчі, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача.
Річна ймовірність виникнення аварій за оптимізованої схеми гібридного обладнання GIS значно зменшилася, що призводить до значного зниження витрат на обслуговування. Крім того, вартість демонтажу становить лише 89% від вартості демонтажу схеми повітряно-ізоляційного вмикача. враховуючи всі фактори, теперішня вартість циклової вартості для оптимізованої схеми гібридного обладнання GIS нижча на 0,549 млн юанів, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача. Крім того, схема 110 кВ GIS інтелектуальної підстанції краща, ніж традиційна схема повітряно-ізоляційного вмикача.
Висновок
Для збереження міських земельних ресурсів, скорочення термінів будівництва та підвищення економічної ефективності та надійності заводських підстанцій, це дослідження пропонує проект зовнішнього гібридного обладнання GIS, що інтегрує вмикачі та відключаючі пристрої. Шляхом оптимізації схеми та використання одиночної шини з роздільними секціями, а також оптимізації загальної компоновки, зменшується кількість аварій та витрати на обслуговування.
Результати тестування показують, що під час збору температури трансформатора, значення температури фаз А, В та С утримуються відносно стабільними. Вранці, температура фази А коливається від 42,0 до 43,2 °C, а температура фази С залишається близько 42,5 °C. Вдень, температура фази С коливається від мінімуму 42,2 °C до максимуму 43,7 °C, а температура фази А коливається від 42,6 °C до 43,8 °C. Дані заводської підстанції відповідають проектним вимогам та відповідають відповідним прийняттям стандартів.
У аналізі циклової вартості, хоча початкові вкладення для оптимізованої схеми гібридного обладнання GIS становлять 2,413 млн юанів, що на 0,133 млн юанів більше, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача, оптимізованій схемі гібридного обладнання GIS потрібні лише невеликі регулярні ручні перевірки. Це зменшує щоденні витрати на експлуатацію та обслуговування, роблячи витрати на експлуатацію та обслуговування значно нижчими, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача, і значно зменшує витрати на обслуговування. Обчислення показують, що теперішня вартість циклової вартості для оптимізованої схеми гібридного обладнання GIS нижча на 0,549 млн юанів, ніж для схеми повітряно-ізоляційного вмикача, що свідчить про те, що оптимізованій схемі 110 кВ GIS інтелектуальної підстанції краща, ніж традиційна схема повітряно-ізоляційного вмикача.
Проте це дослідження аналізує та оптимізує лише основний проект підстанції. У майбутньому необхідно провести більш всебічне інтелектуальне проектування для вторинних підстанцій, враховуючи комплексно зв'язок та будівництво на земельному участку.
