Анализ на осигуряването на безопасността и надеждността на среднонапрегнатите апарати
Като професионалист в областта на експлоатацията на електрически системи, признавам, че средноволтова (MV) комутационна апаратура играе ключова роля в разпределението, измерването и защитата на електроенергията. Осигуряването на нейната безопасност и надеждност е критично – всякаква неисправност може да доведе до сериозни прекъсвания в цялата електрическа система. За повишаване на надеждността трябва да се насочим към оптимизации на ниво проектуване, които позволяват на MV комутационната апаратура да изпълнява своите функции и да поддържа стабилността на мрежата.
1. Дефиниция на средноволтовата комутационна апаратура
В моята практика, MV комутационната апаратура се отнася до метално-облицована комутационна апаратура, както е дефинирана в GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV: оборудване, напълно обкръжено от метални корпуси, с изключение на входящите/изходящите проводници.
В електрическите системи, MV комутационната апаратура изпълнява ключови функции: комутиране, измерване, разпределение на енергията и защита в процесите на генериране, пренос и разпределение. По време на операция, аз коригирам конфигурацията ѝ в зависимост от нуждите на мрежата – свързвам или разединявам оборудване/подводни линии, за да се поддържа стабилността. При появата на дефект в устройствата на мрежата или линиите, използвам MV комутационната апаратура, за да изолирам бързо дефектния участък, гарантирайки непрекъснато доставяне на енергия в непокътнатите области.
2. Значението на осигуряването на надеждността на MV комутационната апаратура
MV комутационната апаратура е широко приложена в електрическите системи. С разширяването на мрежата в Китай и увеличаването на нейната сложност, мрежите сега носят по-тежки нагрузки, за да удовлетворят социалните нужди. От моя опит, само като се осигури надеждността на MV комутационната апаратура, тя може да управлява ефективно разпределението, измерването и защитата на енергията, поддържайки общата стабилност на мрежата.
Всяко събитие, свързано с безопасност, или оперативна неуспешност в MV комутационната апаратура, ще дестабилизира системата за разпределение, компрометирайки доставянето на енергия. В тежки случаи, това може да доведе до широкомащабни прекъсвания, причинявайки значителни икономически загуби за общественото производство. Поради това, аз подчертавам необходимостта от повишаване на надеждността на MV комутационната апаратура чрез многогранични мерки, гарантирайки стабилна функционалност и подкрепа на мрежата.
3. Стратегии за повишаване на надеждността на MV комутационната апаратура
3.1 Разумно проектиране на конструкцията на корпуса
Научното проектиране на корпуса е основополагащо за осигуряването на надеждността на MV комутационната апаратура, което аз придавам приоритет в инженерната практика. Например:
Тези оптимизации в дизайна съответстват на най-добри практики в индустрията, осигурявайки, че MV комутационната апаратура отговаря на изискванията за безопасност и производителност в реалната експлоатация.
3.2 Разумно проектиране на изолационната конструкция
За повишаване на безопасността и надеждността на комутационната апаратура със средно-ниско напрежение, засилването на изолационното проектиране е необходимо. В практическия дизайн, освен удовлетворяването на изолационните изисквания, трябва да се вземат предвид фактори като цената на проекта и опазването на околната среда.
3.2.1 Разумно избиране на изолационни газове
В средноволтовата комутационна апаратура, SF₆ газът е бил основен изолационен материал. Обаче, той не само е отровен, но и има изключително висок GWP (Потенциал за глобално затопляне). Въпреки че CO₂ е парников газ с висок GWP, SF₆ газът има GWP 23,900 пъти по-висок от този на CO₂, което подчертава неговото значително вредно влияние върху природната среда. За комутационната апаратура със средно-ниско напрежение с неприоритетни изисквания за прекъсване, от проектен аспект, можем да опитаме да заменим SF₆ газа с N₂ или сух въздух. В сравнение с SF₆ газ, изолационната производителност на N₂ и сух въздух може да достигне 30% от тази на SF₆ газ. Сравнението на производителността между N₂, сух въздух и SF₆ газ е показано в таблица 1.
Както е указано в таблица 1, N₂ и сухият въздух не са парникови газове и не представляват заплаха за екологичната среда. Те също имат ниски точки на кипене, което елиминира опасенията за преобразуване в течно състояние при нормална употреба, дори в крайно студени региони. Забележително е, че N₂, като основен компонент на въздуха, има стабилни химически свойства. Обаче, прекомерно висока концентрация на N₂ може да доведе до задушаване поради недостиг на кислород. При проектиране с N₂ като изолационен газ, трябва да се конфигурират вентилационни и защитни устройства. В противен случай, използването на сух въздух като изолационен газ избягва такива проблеми. Чрез всестранно сравнение, сухият въздух може да бъде използван за заместване на SF₆ като изолационен газ в дизайна на изолацията на комутационната апаратура.
При използване на сух въздух като изолационен газ, трябва да се вземе предвид проектирането на минималната въздушна разстояние. Според съответните стандарти, за номинално напрежение от 12 kV, минималната въздушна разстояние между фазите и от фаза до земя трябва да е 125 мм. Ако тестът за кондензация е преминал успешно, минималната въздушна разстояние може да бъде малко по-малка от 125 мм. Използването на сух въздух като изолационен газ позволява подходящо намаление на минималната въздушна разстояние.
3.2.2 Подобряване на пробойното напрежение в газови разстояния
По време на проектирането, за осигуряване на безопасността и надеждността на комутационната апаратура със средно-ниско напрежение, трябва също да се подобри пробойното напрежение в газови разстояния, с конкретни методи както следва:
Подобряване на разпределението на електрическото поле в комутационната апаратура със средно-ниско напрежение. Това може да бъде постигнато чрез оптимизиране формата на електродите според действителните условия или чрез максимално използване на пространствени заряди за подобряване на равномерността на електрическото поле. Ако равномерността на електрическото поле е изключително лоша, добавянето на бариери е също възможност.
Спадане на ионизационния процес на сухия въздух. Прилагането на високо налягане в средноволтовата комутационна апаратура може да ослаби ионизационния процес на сухия въздух. Алтернативно, използването на висок вакуум в средноволтовата комутационна апаратура може да постигне същия ефект.
При използване на високо налягане или висок вакуум, изискваното за съхранение на газовете е изключително високо, и проблеми с протечки са вероятни в практическата употреба, водейки до сериозни последици. Поради това, в действителното проектиране, подобряването на формата на електродите и добавянето на бариери в изключително неравномерни електрически полета са по-осъществими методи за увеличаване на пробойното напрежение в газови разстояния.
3.3 Разумно избиране на компоненти
Основните компоненти на средноволтовата комутационна апаратура, включително вакуумни контактори, вакуумни прекъсвачи и контактни части, директно влияят върху безопасността и надеждността на оборудването, изискващи стриктно контролиране на качеството.
Например, комутационната апаратура на ABB. Нейните вакуумни прекъсвачи подлежат на стриктни проверки преди изпращане: автоматични тестове с високо напрежение проверяват изолационната сила, докато спирални магнетронни устройства измерват налягането в камера, напълнена с инертен газ. След определен период на изолация, се извършва втори тест за налягане, и резултатите се сравняват, за да се уверим, че изолационната способност отговаря на стандартите.
В производството, вакуумните прекъсвачи на ABB изискват стриктен контрол върху околната среда и процеса. Произведени в заводите на CalorEmag в Германия, те се събират професионално от регионални предприятия за средноволтова комутационна апаратура, преди да бъдат централизирано доставени. Материалите за компонентите, като Cu-Cr и W-C-Ag, са предпочитани за осигуряване на издръжливост.Събирането се извършва в специализирани чисти помещения, използвайки процеса "еднократно запечатване и източване": при температура от 800°C, се постига висок вакуум, след което се извършва едновременно сваряване и запечатване, за да се гарантира надеждността на процеса.
Еволюцията на вакуумните прекъсвачи отразява непрекъснато оптимизиране на производителността: ранните сборки, изложени на въздуха, зависеха единствено от изолационни перти за изолация. Последващи подобрения включиха изолационни цилиндри около прекъсвачите и контактните части, за да се балансира електрическото поле, последвани от интегрално леяне на прекъсвачите и контактните части, за да се засили изолацията между фазите и устойчивостта към удари, като се използват екологични материали, за да се интегрира производителността с екологичните разглеждания.
3.4 Разумно планиране на тестове за валидация на дизайна
След завършване на дизайна на средноволтовата комутационна апаратура, експерименталната валидация става критичен етап. Фактическата валидация трябва стриктно да се придържа към съответните стандарти, като GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV, GB/T 11022—2020 Common Technical Requirements for High-Voltage AC Switchgear and Controlgear Standards, и GB/T 1984—2014 High-Voltage AC Circuit Breakers.
Ключови точки за типови тестове
Трябва да се проведе пълна проверка на техническите параметри на електрическите компоненти и допълнителните елементи на средноволтовата комутационна апаратура, за да се гарантира, че техническите параметри отговарят на изискванията. Когато процесите на проектиране или условията на производство се променят, типовите тестове трябва да бъдат повторени, за да се гарантира безопасността и надеждността на оборудването. За нормално произвеждано оборудване, обикновено е необходим тест за повишаване на температурата всеки 8 години; механични тестове за изпълнение се провеждат, за да се провери функционалността; същевременно, са необходими и проверки за безопасност, като краткосрочни тестове за издържане на ток и пикови тестове за издържане на ток.
Например, средноволтовата комутационна апаратура на ABB е преминала експериментални валидации в много страни при най-строгите стандарти до днес, демонстрирайки изключителна безопасност и надеждност. Да вземем за пример теста за внутренска дъга, който проверява:
4 Заключение
Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请注意，最后一段的翻译出现了错误，应该是保加利亚语而不是中文。以下是正确的翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正这一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
再次更正：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正最后一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正最后一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正最后一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正最后一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
请允许我更正最后一段：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата комутационна апаратура直接影响了电网的安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定地执行配电、保护和控制功能。
最终正确翻译：Като ключов компонент на електрическата система, оперативната надеждност на средноволтовата
