Keskvoolu lülitustehnika turvalisuse ja usaldusväärsuse tagamise analüüs
Kui professionaalne inimene, kes on seotud elektrivõrgu tööga, tunnistan, et keskpinge (MV) lülitusseadmed mängivad olulist rolli elektri jaotamises, mõõtmises ja kaitseks. Nende toimimise ohutuse ja usaldusväärsuse tagamine on kriitiline – igasugune pettumine võib tõsiselt häirida terve elektrivõrgu. Usaldusväärsuse tõstmiseks tuleb eelistada disainitasandil optimeerimist, mis võimaldab MV lülitusseadmest täita oma funktsioone ja kaitsta võrgustiku stabiilsust.
1. Keskpinge lülitusseadme definitsioon
Minu praktikas viitab MV lülitusseade metalliga kaetud lülitusseadmel, mis on defineeritud GB 3906–2020 Alternatiivkorruga metallaastatud lülitus- ja juhtseadmed nimiajavesktel 3,6 kV kuni 40,5 kV: seadmet, mis on täielikult metallkaevates sellest välja arvatud sissetuleva/väljaviiva joonte.
Elektrivõrkudes täidab MV lülitusseade olulisi funktsioone: lülitamist, mõõtmist, elektri jaotamist ja kaitset tootmise, edastamise ja jaotamise etappides. Töös muudan ma selle konfiguratsiooni võrgunõuetega kooskõlas – ühendan või lahutan seadmeid/joonte, et säilitada stabiilsust. Kui võrguseadmes või -joontes esineb viga, kasutan MV lülitusseadme, et kiiresti eraldada vigane osa, tagades mittepuudutatud piirkondadele jätkuv elektri tarnimine.
2. MV lülitusseadme usaldusväärsuse tagamise tähtsus
MV lülitusseadmed on laialdaselt rakendatud elektrivõrkudes. Hiina võrgu laienemisega ja keerukuse kasvuga kannavad võrgud nüüd suuremaid koormusi, et rahuldada ühiskondlikke nõudeid. Minu kogemuse kohaselt saab MV lülitusseade tõhusalt haldada elektri jaotamist, mõõtmist ja kaitset, jäädes usaldusväärseks, ja nii säilitada üldist võrgustiku stabiilsust.
Igal MV lülitusseadmes tekkinud turvalisusjuhtumi või töötajärgi korral destabiliseeritakse jaotussüsteemi, mis kompromiteerib elektri tarnimist. Tõsistel juhtudel võib see põhjustada laiaulatuslikku katkestust, mis toob kaasa tõsised majanduslikud kahjud ühiskonnatootmisele. Seetõttu rõhutan MV lülitusseadme usaldusväärsuse tõstmise vajalikkust mitmekülgsed meetodid kaudu, tagades stabiilse funktsioneerimise ja võrgu toetuse.
3. Meetodid MV lülitusseadme usaldusväärsuse tõstmiseks
3.1 Kaevstruktuuri loogiline disain
Teaduslik kaevdisain on aluspõhiline MV lülitusseadme usaldusväärsuse tagamisel, mille ma prioriteediks teen oma inseneripraktikas. Näiteks:
Need disainioptimeeringud vastavad tööstuse parimatele tavadele, tagades, et MV lülitusseadmed rahuldavad turvalisuse ja jõudluse nõuded reaalsetes töötingimustes.
3.2 Isolatsioonistruktuuri loogiline disain
Keskpinge lülitusseadmete turvalisuse ja usaldusväärsuse tõstmiseks on oluline tugevdada isolatsioonidisaini. Praktikas peab lisaks isolatsiooninõuete rahuldamisele arvesse võtma ka disainikulusid ja keskkonnakaitset.
3.2.1 Isolatsioonigaaside loogiline valik
Keskpinge lülitusseadmetes on SF₆ gaas olnud peamiselt kasutuses isolatsioonigaasina. See on aga mitte ainult mürgine, vaid ka tal on äärmiselt kõrge globaalne soojenemise potentsiaal (GWP). Kuigi CO₂ on ka kasvuhoonegaas, mille GWP on kõrge, on SF₆ gaasi GWP 23 900 korda suurem kui CO₂-d. Selliseks on selle mõju looduskeskkonnale tõsine. Keskpinge lülitusseadmete puhul, kus ei ole kriitilisi katkestamisnõudeid, võib disainis proovida asendada SF₆ gaasi N₂-ga või kuivavõrugaga. N₂ ja kuivavõru isolatsioonijõudlus võib ulatuda SF₆ gaasi 30%ni. N₂, kuivavõru ja SF₆ gaasi jõudluse võrdlused on näidatud tabelis 1.
Nagu tabelis 1 näidatud, ei moodusta N₂ ja kuivavõru kasvuhoonegaase ega ohustata ökosüsteemi. Nad omavad madalat keemilist kestet, mistõttu need ei pruugi normaalse kasutamise käigus leevenduda, isegi äärmiselt külmadel piirkondadel. Märgatavasti on N₂, õhu peamine komponent, keemiliselt stabiilne. Siiski võib liiga suur N₂-konsentratsioon põhjustada hapnikupuuduse tõttu tuikut. Disainides N₂-isolatsioonigaasina tuleb seadistada ventilatsiooni ja kaitsevarustust. Vastupidiselt, kuivavõru kasutamine isolatsioonigaasina vältib selliseid probleeme. Üldise võrdluse kaudu võib kuivavõrut kasutada SF₆-isolatsioonigaasi asendamiseks lülitusseadme isolatsioonidisainis.
Kui kasutatakse kuivavõrugaasi isolatsioonigaasina, tuleb arvestada minimaalse õhuvahema disainiga. Vastavalt standarditele, 12 kV nimiajaveskta jaoks peaks fasete vaheline ja fased-maapinna vaheline minimaalne õhuvahemaa olema 125 mm. Kui kondenseerimistest läbitakse, võib minimaalne õhuvahemaa olla veidi väiksem kui 125 mm. Kuivavõru kasutamine isolatsioonigaasina lubab minimaalset õhuvahema mõõdikult asjakohast vähendada.
3.2.2 Gaasivahema hüppeteenuspannungu tõstmine
Disainiprotsessi käigus, et tagada keskpinge lülitusseadme turvalisus ja usaldusväärsus, tuleb tõsta ka gaasivahema hüppeteenuspannungut, konkreetsete meetoditega järgmiselt:
Parandada keskpinge lülitusseadme elektrivälja jaotust. Seda saab teha reaalsete tingimuste põhjal elektrodditide kuju optimiseerimise või ruumlaadete täielikuks kasutamise kaudu, et parandada elektrivälja ühtlust. Kui elektrivälja ühtlustus on äärmiselt halb, võib lisada ka takistusi.
Piirata kuivavõru ioniseerimisprotsessi. Keskpinge lülitusseadmes saab tugevdada kuivavõru ioniseerimisprotsessi, rakendades kõrget rõhku. Alternatiivselt võib kasutada kõrget vakuumit keskpinge lülitusseadmes, et saavutada sama tulemus.
Kõrge rõhu või vakuumi kasutamisel on gaasitankide tugevuseks väga suured nõuded, ja tegelikus rakenduses võivad ilmneda tõsised tagajärjed, sealhulgas vedeluste ekstreemne tõenäosus. Seetõttu on tegelikus disainis paremad meetodid elektrodditte kuju parandamine ja takistuste lisamine äärmiselt ebavõrdsele elektriväljale, et suurendada gaasivahema hüppeteenuspannungut.
3.3 Komponentide loogiline valik
Keskpinge lülitusseadme tuumkomponendid, sealhulgas vakuumkatkestid, vakuumkatkestid ja kontaktid, mõjutavad otse seadme tööohutust ja usaldusväärsust, nõudes rangeid kvaliteedikontrolle.
Võttes ABB lülitusseadmete näite, läbib nende vakuumkatkestid rangeid enne saadetamist toimuvaid kontrollimisi: automaatsete kõrgerõhutestide abil kontrollitakse isolatsioonitugevust, samas kui spiraalmagnetronseadmed mõõdavad inertgaasi täitvat kambriviimikku. Pärast määratud isoleerimisperioodi toimub teine rõhutest, mille tulemused võrreldakse, et tagada, et tiivitusvõime vastab standarditele.
Tootmisel nõuavad ABB vakuumkatkestid rangeid keskkonna- ja protsessikontrolle. Need toodetakse CalorEmag’i Saksa tehases ja profiilis monteeritakse piirkondlike keskpinge lülitusseadmete ettevõtete poolt enne tsentraliseeritud tarne. Komponentide materjalideks eelistatakse kõrge jõudlusega alliaheksi Cu-Cr ja W-C-Ag, et tagada kestvus.Monteerimine toimub spetsiaalselt puhtustoitetes "ühekordse tiivituse ja tyhjendamise" protsessi kaudu: 800°C kõrge temperatuuri all saavutatakse kõrge vakuum, millele järgnevad samal ajal lasermehaaniline tiivitus, et tagada protsessi usaldusväärsus.
Vakuumkatkestite arendusreforumeerimine näitab järjepidevat jõudluse optimeerimist: varases etapis oli monteerimine õhu kaudu, kasutades ainult isolatsioonilootusi isolatsiooniks. Hilisematel arenemistel lisati katkestitele ja kontaktidele isolatsioonisülearvud, et tasakaalustada elektrivälju, järgnenud lõplik integratsioon katkestite ja kontaktide jaoks, et tugevdada fasete vahelist isolatsiooni ja lõhnemist, kasutades keskkonnasõbralikke materjale, et integreerida jõudlust ja keskkonnakindlust.
3.4 Loogiline disaini kinnitustestide planeerimine
Pärast keskpinge lülitusseadme disaini lõpetamist muutub eksperimentaalne kinnitamine kriitiliseks faasiks. Tegelik kinnitamine peab rangelt vastama vastavatele standarditele, nagu GB 3906–2020 Alternatiivkorruga metallaastatud lülitus- ja juhtseadmed nimiajavesktel 3,6 kV kuni 40,5 kV, GB/T 11022–2020 Kõrgepinge alternatiivkorras lülitus- ja juhtseadmete üldised tehnilised nõuded ja GB/T 1984–2014 Kõrgepinge alternatiivkorras katkestid.
Tüübitestide peamised punktid
Keskpinge lülitusseadme elektriliste komponentide ja abielementide täielik jõudluse kinnitamine tagab, et tehnilised parameetrid vastavad nõuetele. Kui disainiprotsess või tootmistingimused muutuvad, tuleb tüübittestid uuesti läbi viia, et garanteerida seadme ohutus ja usaldusväärsus. Tavaliselt toodetud seadmete puhul on vaja läbi viia temperatuuritõusu test umbes iga 8. aasta järel; mehaanilised töötestid toimuvad operatsioonide jõudluse kontrollimiseks; samuti on vajalikud turvalisuse kinnitustestid, nagu lühiajaline sellestusvool ja huippvool.
Võttes ABB keskpinge lülitusseadmete näite, on need läbinud mitmes riigis kõige rangemate standarditega eksperimentaalseid kinnitusi, näitades erakordset ohutust ja usaldusväärsust. Võttes sisemise arkide testi näiteks, kontrollitakse:
4 Järeldus
Kuna keskpinge lülitusseade on elektrivõrgu üks põhitükke, mõjutab tema töö usaldusväärsus otse võrguohutust. Seetõttu on oluline tugevdada seadme turvalisuse ja usaldusväärsuse disaini, rangeid tehnilisi parameetreid standarditega optimeerides, ja ehitada solidaarne turvakaitse süsteemsed kinnitustestide kaudu, et tagada keskpinge lülitusseadme stabiilne jaotus, kaitse ja juhtimisfunktsioonid elektrivõrgus.
