Anàlisi de la garantia de seguretat i fiabilitat dels aparells de mitja tensió
Com a professional en l'operació de sistemes elèctrics, reconeixo que la maquinària de mitjana tensió (MV) desempenya un paper crucial en la distribució, mesura i protecció de l'energia. Assegurar la seva seguretat i fiabilitat operativa és essencial — qualsevol malfuncionament pot interrompre greument tot el sistema elèctric. Per augmentar la fiabilitat, hem de prioritzar les optimitzacions a nivell de disseny, permetent a la maquinària de mitjana tensió complir les seves funcions i assegurar la estabilitat de la xarxa.
1. Definició de la Maquinària de Mitjana Tensió
En la meva pràctica, la maquinària de mitjana tensió es refereix a la maquinària metallitzada definida en GB 3906—2020 Maquinària i control de corrent alternada metallitzats per tensions nominals d'entre 3,6 kV i 40,5 kV: equipament totalment tancat per cassons metàl·lics excepte els conductors d'entrada/sortida.
En els sistemes elèctrics, la maquinària de mitjana tensió realitza funcions clau: commutació, mesura, distribució d'energia i protecció a través de les etapes de generació, transmissió i distribució. Durant l'operació, ajusto la seva configuració basant-me en les necessitats de la xarxa — connectant o desconectant l'equipament/les alimentacions per mantenir l'estabilitat. Quan ocorren fallades en dispositius o línies de la xarxa, utilitzo la maquinària de mitjana tensió per aïllar ràpidament la secció defectuosa, assegurant una subministrament ininterromputa a les àrees no afectades.
2. Importància d'Assegurar la Fiabilitat de la Maquinària de Mitjana Tensió
La maquinària de mitjana tensió s'aplica ampliament en els sistemes elèctrics. Amb l'expansió i complexitat creixent de la xarxa elèctrica a Xina, les xarxes ara porten càrregues més pesades per atendre les necessitats socials. Segons la meva experiència, només assegurant la fiabilitat de la maquinària de mitjana tensió es pot gestionar eficientment la distribució, mesura i protecció de l'energia, mantenen la estabilitat global de la xarxa.
Qualsevol incident de seguretat o fallada operativa en la maquinària de mitjana tensió podria destabilitzar el sistema de distribució, comprometent el subministrament d'energia. En casos severes, pot causar apagones extensos, conduint a pèrdues econòmiques significatives per a la producció social. Per tant, faig èmfasi en la necessitat d'augmentar la fiabilitat de la maquinària de mitjana tensió a través de mesures multifacètiques, assegurant una funcionalitat estable i suport a la xarxa.
3. Estratègies per Augmentar la Fiabilitat de la Maquinària de Mitjana Tensió
3.1 Disseny Racional de l'Estructura del Cassó
Un disseny científic del cassó és fonamental per assegurar la fiabilitat de la maquinària de mitjana tensió, que prioritizo en la pràctica enginyera. Per exemple:
Aquestes optimitzacions de disseny s'ajusten a les millors pràctiques de l'indústria, assegurant que la maquinària de mitjana tensió compleixi els requisits de seguretat i rendiment en les operacions reals.
3.2 Disseny Racional de l'Estructura d'Aïllament
Per augmentar la seguretat i fiabilitat de la maquinària de mitjana-baixa tensió, fortaleixer el disseny de l'aïllament és essencial. En el disseny pràctic, a més de complir els requisits d'aïllament, també s'han de considerar factors com el cost de disseny i la protecció ambiental.
3.2.1 Selecció Racional de Gases Aïllants
En la maquinària de mitjana tensió, el gas SF₆ ha estat el principal medi aïllant. No obstant això, no només és tòxic sinó que també té un PGE (Potencial de Calorífugació Global) extremadament alt. Tot i que el CO₂ és un gas d'efecte hivernacle amb un PGE alt, el gas SF₆ té un PGE 23.900 vegades superior al del CO₂, il·lustrent el seu gran impacte negatiu en l'entorn natural. Per a la maquinària de mitjana-baixa tensió amb requisits de prestacions d'interrupció no crítics, en el disseny, podem intentar substituir el gas SF₆ per N₂ o aire sec. Comparat amb el gas SF₆, el rendiment aïllant del N₂ i l'aire sec pot arribar al 30% del del gas SF₆. Les comparacions de rendiment entre N₂, aire sec i gas SF₆ es mostren a la Taula 1.
Com indica la Taula 1, el N₂ i l'aire sec no són gases d'efecte hivernacle, no representant cap amenaça a l'entorn ecològic. També tenen punts d'ebullició baixos, eliminant preocupacions sobre la liquefacció durant l'ús normal, fins i tot en regions extremadament fredes. Notablement, el N₂, com a component principal de l'aire, té propietats químiques estables. No obstant això, una concentració excessiva de N₂ pot causar asfixia deguda a la privació d'oxigen. Quan es dissenya amb N₂ com a gas aïllant, cal configurar ventilació i equips de protecció. En canvi, utilitzar aire sec com a gas aïllant evita aquests problemes. A través d'una comparació integral, l'aire sec pot ser adoptat per substituir el SF₆ com a gas aïllant en el disseny d'aïllament de la maquinària.
Quan s'utilitza aire sec com a gas aïllant, s'ha de considerar el disseny de la separació mínima d'aire. Segons les normes rellevants, per a una tensió nominal de 12 kV, la separació mínima d'aire entre fases i de fase a terra hauria de ser de 125 mm. Si es supera la prova de condensació, la separació mínima d'aire pot ser lleugerament menor a 125 mm. Utilitzar aire sec com a gas aïllant permet una reducció adequada de la separació mínima d'aire.
3.2.2 Millora de la Tensió de Descomposició en Espais de Gas
Durant el procés de disseny, per assegurar la seguretat i fiabilitat de la maquinària de mitjana-baixa tensió, també s'ha de millorar la tensió de descomposició en espais de gas, amb mètodes específics com segueixen:
Millora de la distribució del camp elèctric en la maquinària de mitjana-baixa tensió. Això es pot aconseguir optimitzant les formes dels elèctrodes basant-se en les condicions reals o fent plen ús de les càrregues espacials per millorar l'uniformitat del camp elèctric. Si l'uniformitat del camp elèctric és extremadament dolenta, afegir barreres també és una opció.
Supressió del procés d'ionització de l'aire sec. Aplicar alta pressió en la maquinària de mitjana tensió pot debilitar el procés d'ionització de l'aire sec. Alternativament, utilitzar alt buit en la maquinària de mitjana tensió pot aconseguir el mateix efecte.
Quan s'utilitza alta pressió o alt buit, es requereix que la fortalesa del dipòsit de gas sigui extremadament alta, i en aplicacions pràctiques, els problemes de filtració són propensos a ocórrer, conduint a conseqüències greus. Per tant, en el disseny real, millorar la forma dels elèctrodes i afegir barreres en camps elèctrics extremadament inhomogènis són mètodes més factibles per augmentar la tensió de descomposició en espais de gas.
3.3 Selecció Racional de Components
Els components bàsics de la maquinària de mitjana tensió, inclosos els interruptors de vacuï, els interruptors de vacuï i els contactes, afecten directament la seguretat i fiabilitat operativa de l'equipament, requerint un estrict control de qualitat.
Prenent com a exemple la maquinària ABB, els seus interruptors de vacuï passen rigoroses inspeccions pre-enviament: proves automàtiques d'alta tensió verifiquen la força d'aïllament, mentre que dispositius de magnetrons espirals mesuren la pressió interna en una cambra omplerta amb gas inert. Després d'un període d'isolació especificat, es duu a terme una segona prova de pressió, i els resultats es comparen per assegurar que el rendiment d'estanquiatza compleix els estàndards.
En la fabricació, els interruptors de vacuï ABB requereixen controls estrictes de l'entorn i el procés. Productes en la fàbrica alemanya de CalorEmag, són assemblats professionalment per empreses regionals de maquinària de mitjana tensió abans de la subministrament centralitzat. S'prioritzen allaus de alt rendiment com Cu-Cr i W-C-Ag per als materials dels components per assegurar la durabilitat.L'assemblatge es realitza en sales netes dedicades utilitzant un procés de "sellat i exhaustiu en una sola vegada": sota una temperatura de 800°C, primer s'aconsegueix un alt buit, seguit de soldadura i sellat simultanis per garantir la fiabilitat del procés.
L'evolució de la recerca i desenvolupament dels interruptors de vacuï reflecteix una optimització contínua del rendiment: els primers conjunts exposats a l'aire depenien només de particions aïllants per a l'isolació. Les milloraves posteriors van incloure mangs aïllants sobre els interruptors i els contactes per equilibrar els camps elèctrics, seguits per la fundició integral dels interruptors i contactes per augmentar l'aïllament entre fases i la resistència a impactes, mentre s'adoptaven materials ecològics per integrar el rendiment amb consideracions ambientals.
3.4 Planificació Racional de Proves de Validació de Disseny
Després de completar el disseny de la maquinària de mitjana tensió, la validació experimental es converteix en una fase crítica. La validació real ha de complir estrictament amb normes rellevants, com GB 3906—2020 Maquinària i Control de Corrent Alternada Metallitzats per Tensions Nominals d'entre 3,6 kV i 40,5 kV, GB/T 11022—2020 Requisits Tècnics Comuns per a Normes de Maquinària i Control de Corrent Alternada d'Alta Tensió, i GB/T 1984—2014 Interruptors de Corrent Alternada d'Alta Tensió.
Punts Clau per a Proves de Tipus
S'ha de realitzar una verificació completa del rendiment dels components elèctrics i elements auxiliars de la maquinària de mitjana tensió per assegurar que els paràmetres tècnics compleixen els requisits. Quan els processos de disseny o les condicions de producció canvien, s'han de tornar a realitzar proves de tipus per garantir la seguretat i fiabilitat de l'equipament. Per a l'equipament produït normalment, normalment es requereix una prova de creixement de temperatura cada 8 anys; es realitzen proves d'operació mecànica per inspeccionar el rendiment operatiu; a més, són necessàries proves de verificació de seguretat com les proves de corrent de resistència a curt termini i pic de corrent de resistència.
Prenguem com a exemple la maquinària de mitjana tensió ABB, que ha passat validacions experimentals en múltiples països sota els estàndards més estrictes fins a la data, demostrant una seguretat i fiabilitat excepcionals. Prenguem com a exemple la prova d'arc interior, que verifica:
4 Conclusió
Com a component nuclear del sistema elèctric, la fiabilitat operativa de la maquinària de mitjana tensió afecta directament la seguretat de la xarxa. Per tant, és essencial reforçar el disseny de seguretat i fiabilitat de l'equipament, optimitzar estrictament els paràmetres tècnics d'acord amb els estàndards, i construir una defensa sólida de seguretat a través de proves de validació sistemàtiques, assegurant que la maquinària de mitjana tensió compleixi de manera estable les funcions de distribució, protecció i control en el sistema elèctric.
