Analisis ng Siguridad at Pananatili ng Pagkakatiwala sa Gitnang Voltaheng Switchgear
Bilang isang propesyonal na nakasentro sa operasyon ng sistema ng enerhiya, naiintindihan kong ang medium-voltage (MV) switchgear ay may mahalagang papel sa pagbahagi, pagsukat, at pangangalaga ng enerhiya. Mahalaga na tiyakin ang kaligtasan at kapani-paniwalang operasyon nito—ang anumang pagkakamali ay maaaring malubhang mapagkumpol ang buong sistema ng enerhiya. Upang mapataas ang kapani-paniwan, kailangan nating bigyan ng prayoridad ang mga optimisasyon sa antas ng disenyo, nagbibigay-daan para sa MV switchgear na makapagpuno ng kanyang mga tungkulin at mapanatili ang estabilidad ng grid.
1. Paglalarawan ng Medium-Voltage Switchgear
Sa aking praksiyon, ang MV switchgear ay tumutukoy sa metal-clad switchgear na inilarawan sa GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV: kagamitan na lubos na nakabalot ng metal na casing maliban sa mga incoming/outgoing conductors.
Sa mga sistema ng enerhiya, ang MV switchgear ay gumaganap ng mga pangunahing tungkulin: switching, pagsukat, pagbahagi ng enerhiya, at pangangalaga sa iba't ibang yugto ng paglikha, paglipat, at pagbahagi. Sa panahon ng operasyon, inaayos ko ang kanyang konfigurasyon batay sa mga demand ng grid—pinag-uugnay o pinaghihiwalay ang mga kagamitan/feeders upang mapanatili ang estabilidad. Kapag may mga pagkakamali sa mga aparato o linya ng grid, ginagamit ko ang MV switchgear upang agad na i-isolate ang bahaging may problema, matiyak ang walang pagkaputol ng suplay ng enerhiya sa mga hindi naapektuhan na lugar.
2. Kahalagahan ng Paghahanda ng Kapani-paniwan ng MV Switchgear
Ang MV switchgear ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng enerhiya. Dahil sa paglalago at pagiging mas komplikado ng grid sa Tsina, ang mga grid ngayon ay nagdadala ng mas mabigat na load upang matugunan ang mga pangangailangan ng lipunan. Batay sa aking karanasan, tanging sa pamamagitan ng pagtiyak sa kapani-paniwan ng MV switchgear maaari itong mabisa na mag-manage ng pagbahagi, pagsukat, at pangangalaga ng enerhiya, kaya napapanatili ang kabuuang estabilidad ng grid.
Anumang insidente ng kaligtasan o pagkakamali sa operasyon ng MV switchgear ay maaaring mag-resulta sa pagkakalito ng sistema ng pagbahagi, na nagpapahina sa suplay ng enerhiya. Sa mga malubhang kaso, maaari itong magsanhi ng malawakang pagkaputol, nagreresulta sa malaking economic loss para sa social production. Kaya, inihaharap ko ang pangangailangan ng pagtaas ng kapani-paniwan ng MV switchgear sa pamamagitan ng maraming paraan, matiyak ang stable na pagganap at suporta sa grid.
3. Strategiya para sa Pagtaas ng Kapani-paniwan ng MV Switchgear
3.1 Makatwirang Disenyo ng Estruktura ng Enclosure
Ang siyentipikong disenyo ng enclosure ay pundamental para sa pagtiyak ng kapani-paniwan ng MV switchgear, na inuuna ko sa aking praktikal na gawain. Halimbawa:
Ang mga disenyo ng optimisasyon na ito ay sumasang-ayon sa mga best practices ng industriya, nagpapatiyak na ang MV switchgear ay sumasagot sa mga requirement ng kaligtasan at performance sa tunay na operasyon.
3.2 Makatwirang Disenyo ng Insulation Structure
Upang mapataas ang kaligtasan at kapani-paniwan ng medium-low voltage switchgear, mahalaga ang pagpapatigas ng disenyo ng insulation. Sa praktikal na disenyo, kasama sa pagtugon sa mga requirement ng insulation, kailangan ding isaalang-alang ang disenyo cost at environmental protection.
3.2.1 Makatwirang Piliin ng Insulating Gases
Sa medium-voltage switchgear, ang SF₆ gas ay ang pangunahing insulating medium. Gayunpaman, ito ay hindi lamang toxic kundi may napakataas din na GWP (Global Warming Potential). Habang ang CO₂ ay isang greenhouse gas na may mataas na GWP, ang SF₆ gas ay may GWP na 23,900 beses ang CO₂, nagpapakita ng malaking pinsala sa natural na kapaligiran. Para sa medium-low voltage switchgear na may hindi kritikal na interrupting performance requirements, sa disenyo, maaari nating subukan ang pagpalit ng SF₆ gas sa N₂ o dry air. Sa paghahambing sa SF₆ gas, ang insulation performance ng N₂ at dry air ay maaaring umabot sa 30% ng SF₆ gas. Ang mga paghahambing ng performance sa pagitan ng N₂, dry air, at SF₆ gas ay ipinapakita sa Table 1.
Tulad ng ipinapakita sa Table 1, ang N₂ at dry air ay hindi greenhouse gases, walang banta sa ecological environment. May mababang boiling points, walang alamin ang liquefaction sa normal na paggamit, kahit sa mga napakalamig na rehiyon. Nararapat, ang N₂, bilang pangunahing komponente ng hangin, ay may stable chemical properties. Gayunpaman, ang sobrang mataas na concentration ng N₂ ay maaaring sanhi ng asphyxiation dahil sa oxygen deprivation. Sa pagdidisenyo gamit ang N₂ bilang insulating gas, kinakailangan ang ventilation at protective equipment. Sa katunayan, ang paggamit ng dry air bilang insulating gas ay nag-iwas sa mga isyung ito. Sa pamamagitan ng comprehensive comparison, maaaring gamitin ang dry air upang palitan ang SF₆ bilang insulating gas sa disenyo ng insulation ng switchgear.
Kapag ginagamit ang dry air bilang insulating gas, kinakailangan ang pagdisenyo ng minimum air gap. Ayon sa mga relevant na standards, para sa rated voltage na 12 kV, ang minimum air gap sa pagitan ng phases at mula phase to ground ay dapat 125 mm. Kung ang condensation test ay pumasa, ang minimum air gap ay maaaring medyo mas maliit kaysa 125 mm. Ang paggamit ng dry air bilang insulating gas ay nagpapahintulot ng appropriate reduction sa minimum air gap.
3.2.2 Paghahanda ng Breakdown Voltage sa Gas Gaps
Sa panahon ng proseso ng disenyo, upang matiyak ang kaligtasan at kapani-paniwan ng medium-low voltage switchgear, ang breakdown voltage sa gas gaps ay dapat rin mapataas, na may mga sumusunod na paraan:
Paghahanda ng electric field distribution sa medium-low voltage switchgear. Ito ay maaaring maabot sa pamamagitan ng pag-optimize ng electrode shapes batay sa aktwal na kondisyon o full use ng space charges upang mapataas ang electric field uniformity. Kung ang electric field uniformity ay napakamalala, ang pagdagdag ng barriers ay isang opsyon.
Pagsuppres ng ionization process ng dry air. Ang pag-apply ng high pressure sa medium-voltage switchgear ay maaaring mapahina ang ionization process ng dry air. Alternatibo, ang paggamit ng high vacuum sa medium-voltage switchgear ay maaaring magresulta ng parehong epekto.
Kapag ginagamit ang high pressure o high vacuum, ang strength ng gas tank ay kinakailangan na napakataas, at ang leakage problems ay madaling mangyari sa praktikal na aplikasyon, nagreresulta sa seryosong mga resulta. Kaya, sa aktwal na disenyo, ang pag-optimize ng electrode shape at pagdagdag ng barriers sa napakainhomogeneous na electric fields ay mas feasible na mga paraan upang mapataas ang breakdown voltage sa gas gaps.
3.3 Makatwirang Piliin ng Components
Ang core components ng medium-voltage switchgear, kasama ang vacuum circuit breakers, vacuum interrupters, at contacts, direktang nakakaapekto sa operational safety at kapani-paniwan ng kagamitan, na nangangailangan ng mahigpit na quality control.
Isa sa halimbawa ang ABB switchgear. Ang mga vacuum interrupters nito ay dadaanan ng mahigpit na pre-shipment inspections: automatic high-voltage tests upang iprove ang insulation strength, habang ang spiral magnetron devices ay sumusukat ng internal pressure sa loob ng chamber na puno ng inert gas. Pagkatapos ng isang specified isolation period, isinasagawa ang second pressure test, at ina-compare ang mga resulta upang matiyak ang sealing performance ay sumasang-ayon sa standards.
Sa manufacturing, ang ABB vacuum interrupters ay nangangailangan ng mahigpit na environmental at process controls. Ina-produce sa German factory ng CalorEmag, at professionally assembled ng regional medium-voltage switchgear enterprises bago centralized supply. Ang high-performance alloys tulad ng Cu-Cr at W-C-Ag ay binibigyan ng prayoridad para sa mga component materials upang matiyak ang durability.Nagaganap ang assembly sa dedicated cleanrooms gamit ang "one-time sealing and exhausting" process: sa ilalim ng 800°C high temperature, unang natatamo ang high vacuum, sumunod ang simultaneous welding at sealing upang matiyak ang process reliability.
Ang R&D evolution ng vacuum interrupters ay nagpapakita ng continuous performance optimization: ang mga early assemblies exposed sa hangin ay umaasa lamang sa insulating partitions para sa isolation. Ang mga sumunod na improvement ay kinabibilangan ng insulating sleeves over interrupters at contacts upang balansehin ang electric fields, sumunod ang integral casting para sa interrupters at contacts upang mapataas ang phase-to-phase insulation at impact resistance, habang ang adoption ng eco-friendly materials upang integrin ang performance at environmental considerations.
3.4 Makatwirang Pagplano ng Design Validation Tests
Pagkatapos ng pag-disenyo ng medium-voltage switchgear, ang experimental validation ay naging critical phase. Ang aktwal na validation ay dapat mahigpit na sumunod sa relevant na standards, tulad ng 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, at GB/T 1984—2014 High-Voltage AC Circuit Breakers.
Key Points para sa Type Tests
Comprehensive performance verification ay dapat gawin para sa electrical components at auxiliary elements ng medium-voltage switchgear upang matiyak na ang technical parameters ay sumasang-ayon sa mga requirement. Kapag ang mga design processes o production conditions ay nagbago, kailangan ang type tests na muling isagawa upang matiyak ang equipment safety at kapani-paniwan. Para sa normally produced equipment, karaniwang kinakailangan ang temperature rise test tuwing 8 years; ang mechanical operation tests ay isinasagawa upang suriin ang operational performance; samantala, ang mga safety verification items tulad ng short-time withstand current at peak withstand current tests ay din kinakailangan.
Isa sa halimbawa ang ABB medium-voltage switchgear, na naka-pasa ng experimental validations sa maraming bansa sa ilalim ng pinakamahigpit na standards hanggang ngayon, nagpapakita ng extraordinary safety at kapani-paniwan. Bilang halimbawa, ang internal arcing test ay nagve-verify:
4 Conclusion
Bilang isang core component ng sistema ng enerhiya, ang operational reliability ng medium-voltage switchgear ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan ng grid. Kaya, mahalaga na mapataas ang seguridad at kapani-paniwan ng disenyo ng kagamitan, mahigpit na optimize ang teknikal na parameters ayon sa standards, at itayo ang solid na defense ng seguridad sa pamamagitan ng systematic validation tests, matiyak na ang medium-voltage switchgear ay stable na gumagampan ng mga tungkulin ng pagbahagi, pangangalaga, at kontrol sa sistema ng enerhiya.
