Орта басындағы жүйелердің қауіпсіздігі мен иттикрасының талдауы
Энергетикалық жүйелерде жұмыс істеумен астанаған өндірістік мүшелермен, орта басындағы (MV) коммутаторлық кабинеттердің энергия үлестіру, өлшемдерлендіру және қорғауда маңызды рөлін түсіндірген. Оның қолдану қауіпсіздігі мен икемділігі маңызды – қандай да бір қате энергетикалық жүйенің барлығына зиян келтіре алады. Икемділікті жақсарту үшін, біз MV коммутаторлық кабинеттердің функцияларын атқаратын және түзетілетін дизайнды өнімдерге назар аударуымыз керек.
1. Орта басындағы коммутаторлық кабинеттердің анықтамасы
Менің практикамда, MV коммутаторлық кабинеттері GB 3906-2020 AC Металл ішкі кабинеттері және контроллерлері 3,6 кВ-дан 40,5 кВ-ға дейінгі аралықта: металл ішкі кабинеттерден тұратын жабдық, гілдер мен шығындар басқа.
Энергетикалық жүйелерде, MV коммутаторлық кабинеттер өнімдердің, передачада және үлестіруде негізгі функцияларын атқарады: коммутация, өлшемдерлендіру, энергия үлестіру және қорғау. Жұмыс істеу уақытында, мен қоғамдық талаптарға сай конфигурациясын өзгерту арқылы стабилділікті сақтаймын – қосымша немесе жолаушыларды байланыстырып, же ажыратып, қолданамын. Түзілістерде немесе линияларда қателер пайда болғанда, MV коммутаторлық кабинеттер арқылы қате бөлігін тез ажырату қажет, басқа аймақтарға энергия үнемі қамтамасыз етеді.
2. MV коммутаторлық кабинеттердің икемділігін қамтамасыз ету қажеттілігі
MV коммутаторлық кабинеттер энергетикалық жүйелерде кеңінен қолданылады. Китаидің түзілісінің қауіпсіздігі және қиындығы артқанда, электр жүйелері социальдық талаптарға сәйкес артықшы заттарды қамтамасыз ету үшін артықшы заттарды қолдану керек. Менің тәжірибем бойынша, MV коммутаторлық кабинеттердің икемділігін қамтамасыз ету арқылы тексерілу, өлшемдерлендіру және қорғау үшін қолданылатын қоғамдық түзіліс қамтамасыз ету үшін қажет.
Егер MV коммутаторлық кабинеттерде қауіпсіздік инциденттері немесе операциялық қателер пайда болса, үлестіру жүйесін бұзылады, энергия қамтамасыз ету үшін. Соңғы жағдайда, олар өте кеңінен өткізілген қателерге әкеледі, қоғамдық өндіріс үшін өте қатынасын қауіпсіздікке әкеледі. Сондықтан, мен MV коммутаторлық кабинеттердің икемділігін көптеген қадамдар арқылы жақсарту қажеттілігін басқару үшін, стабилділікті және қоғамдық қолдау қамтамасыз ету үшін ұсынуымды қозғалтырамын.
3. MV коммутаторлық кабинеттердің икемділігін жақсарту стратегиялары
3.1 Айналмалы құрылғының құрылымын рационалдуу дизайны
Айналмалы құрылғының ғылыми дизайны MV коммутаторлық кабинеттердің икемділігін қамтамасыз ету үшін негізгі болып табылады, бұл менің инженерлердің практикасында өзінің алдын ала берілетін маңыздылығын көрсетеді. Мысалы:
Бұл дизайн оптимизациялары отрасындағы ең жақсы практикаларға сәйкес, MV коммутаторлық кабинеттердің нақты жұмыс істеу уақытында қауіпсіздік және жетістік талаптарын қанағаттандырады.
3.2 Изоляциялық құрылымды рационалдуу дизайны
Орта-төмен басындағы коммутаторлық кабинеттердің қауіпсіздігі мен икемділігін жақсарту үшін, изоляциялық дизайнды күшейту маңызды. Назарында, изоляциялық талаптарды қанағаттандыру үшін, дизайның құны және экологиялық қауіпсіздік факторлары да қарастырылуы керек.
3.2.1 Изоляциялық газдарды рационалдуу таңдау
Орта басындағы коммутаторлық кабинеттерде SF₆ газы бастапқы изоляциялық медиум болып саналады. Бірақ, ол не только ядовит, но и имеет чрезвычайно высокий потенциал глобального потепления (GWP). Хотя CO₂ также является парниковым газом с высоким GWP, SF₆ газ имеет GWP, в 23 900 раз превышающий GWP CO₂, что подчеркивает его значительный вред для окружающей среды. Для коммутационных аппаратов среднего и низкого напряжения с невысокими требованиями к характеристикам отключения, в проектном решении можно попытаться заменить SF₆ газ на N₂ или сухой воздух. По сравнению с SF₆ газом, изоляционные характеристики N₂ и сухого воздуха могут достигать 30% от характеристик SF₆ газа. Сравнение характеристик N₂, сухого воздуха и SF₆ газа показано в таблице 1.
Как указано в таблице 1, N₂ и сухой воздух не являются парниковыми газами, не представляют угрозы для экологической среды. Они также имеют низкие точки кипения, что исключает опасность их перехода в жидкое состояние при нормальной эксплуатации, даже в очень холодных регионах. Важно отметить, что N₂, будучи основным компонентом воздуха, обладает стабильными химическими свойствами. Однако чрезмерно высокая концентрация N₂ может вызвать удушье из-за недостатка кислорода. При проектировании с использованием N₂ в качестве изоляционного газа необходимо предусмотреть вентиляцию и средства защиты. В отличие от этого, использование сухого воздуха в качестве изоляционного газа позволяет избежать таких проблем. После всестороннего сравнения, сухой воздух может быть принят для замены SF₆ в качестве изоляционного газа в проекте изоляции коммутационных аппаратов.
При использовании сухого воздуха в качестве изоляционного газа следует учитывать минимальный воздушный зазор. Согласно соответствующим стандартам, для номинального напряжения 12 кВ минимальный воздушный зазор между фазами и от фазы до земли должен составлять 125 мм. Если тест на конденсацию пройден, минимальный воздушный зазор может быть немного меньше 125 мм. Использование сухого воздуха в качестве изоляционного газа позволяет несколько уменьшить минимальный воздушный зазор.
3.2.2 Повышение пробивного напряжения в газовых зазорах
В процессе проектирования, чтобы обеспечить безопасность и надежность коммутационных аппаратов среднего и низкого напряжения, также необходимо повысить пробивное напряжение в газовых зазорах, с конкретными методами следующими:
Улучшение распределения электрического поля в коммутационных аппаратах среднего и низкого напряжения. Это можно достичь путем оптимизации формы электродов в зависимости от фактических условий или полного использования пространственных зарядов для повышения однородности электрического поля. Если однородность электрического поля крайне низкая, добавление барьеров также является вариантом.
Подавление процесса ионизации сухого воздуха. Применение высокого давления в коммутационных аппаратах среднего напряжения может ослабить процесс ионизации сухого воздуха. Альтернативно, использование высокого вакуума в коммутационных аппаратах среднего напряжения также может достичь того же эффекта.
При использовании высокого давления или высокого вакуума требуется, чтобы прочность газового бака была чрезвычайно высокой, и в реальных условиях применения легко возникают проблемы с утечками, что приводит к серьезным последствиям. Поэтому в реальном проектировании более осуществимыми методами увеличения пробивного напряжения в газовых зазорах являются улучшение формы электродов и добавление барьеров в крайне неоднородных электрических полях.
3.3 Рациональный выбор компонентов
Основные компоненты коммутационных аппаратов среднего напряжения, такие как вакуумные выключатели, вакуумные прерыватели и контакты, непосредственно влияют на безопасность и надежность оборудования, требуя строгого контроля качества.
Например, коммутационные аппараты ABB. Их вакуумные прерыватели проходят строгую предотгрузочную проверку: автоматические высоковольтные испытания проверяют изоляционную прочность, а спиральные магнетронные устройства измеряют внутреннее давление в камере, заполненной инертным газом. После определенного периода изоляции проводится второе испытание на давление, и результаты сравниваются, чтобы убедиться, что герметичность соответствует стандартам.
В производстве вакуумные прерыватели ABB требуют строгого контроля окружающей среды и процессов. Производятся на немецком заводе CalorEmag, они профессионально собираются региональными предприятиями по производству коммутационных аппаратов среднего напряжения перед централизованной поставкой. Для материалов компонентов приоритет отдается высокопроизводительным сплавам, таким как Cu-Cr и W-C-Ag, чтобы обеспечить долговечность.Сборка осуществляется в специальных чистых помещениях с использованием процесса "одноразовой герметизации и откачки": при температуре 800°C сначала создается высокий вакуум, затем одновременно происходит сварка и герметизация, что гарантирует надежность процесса.
Развитие исследований и разработок вакуумных прерывателей отражает непрерывное совершенствование производительности: ранние сборки, подверженные воздействию воздуха, зависели только от изоляционных перегородок для изоляции. Последующие улучшения включали установку изоляционных рукавов на прерыватели и контакты для балансировки электрического поля, за которыми следовало интегральное литье прерывателей и контактов для улучшения фазной изоляции и ударопрочности, а также использование экологически чистых материалов для интеграции производительности с экологическими соображениями.
3.4 Рациональное планирование испытаний по проверке дизайна
После завершения проектирования коммутационных аппаратов среднего напряжения, экспериментальная проверка становится критическим этапом. Фактическая проверка должна строго соответствовать соответствующим стандартам, таким как GB 3906-2020 Металлические элегазовые коммутационные аппараты и аппараты управления для номинальных напряжений от 3,6 кВ до 40,5 кВ, GB/T 11022-2020 Общие технические требования к стандартам высоковольтных коммутационных аппаратов и аппаратов управления переменного тока и GB/T 1984-2014 Высоковольтные выключатели переменного тока.
Ключевые моменты типовых испытаний
Должна быть проведена комплексная проверка производительности электрических компонентов и вспомогательных элементов коммутационных аппаратов среднего напряжения, чтобы убедиться, что технические параметры соответствуют требованиям. При изменении процессов проектирования или производственных условий должны быть повторно проведены типовые испытания, чтобы гарантировать безопасность и надежность оборудования. Для нормально выпускаемого оборудования обычно требуется проводить испытание на нагрев каждые 8 лет; проводятся механические операционные испытания для проверки эксплуатационных характеристик; также необходимы проверки безопасности, такие как испытания на короткое время и пиковый ток.
Например, коммутационные аппараты среднего напряжения ABB прошли экспериментальную проверку во многих странах по самым строгим стандартам, демонстрируя превосходную безопасность и надежность. Возьмем, к примеру, внутренний тест на дугу, который проверяет:
4 Заключение
Коммутационные аппараты среднего напряжения, являясь ключевым компонентом энергетической системы, их эксплуатационная надежность напрямую влияет на безопасность сети. Поэтому необходимо усилить безопасность и надежность конструкции оборудования, строго оптимизировать технические параметры в соответствии со стандартами и построить надежную систему защиты через систематические испытания, чтобы коммутационные аппараты среднего напряжения стабильно выполняли функции распределения, защиты и управления в энергетической системе.
