Vidutsprieguma slēdžu drošības un uzticamības nodrošinājuma analīze
Kā profesionālis, kas strādā pie elektrotīklu operācijām, es atzīstu, ka vidējā sprieguma (VS) pārslēgšanas iekārtas spēlē būtisku lomu enerģijas sadalīšanā, mērīšanā un aizsardzībā. Tās darbības drošība un uzticamība ir kritiska – jebkura defekta izraisītais traucējums var smagi satrauktu visu elektrotīklu. Lai uzlabotu uzticamību, mums jāpievērš prioritāte konstrukcijas optimizācijai, lai VS pārslēgšanas iekārtas varētu veikt savas funkcijas un aizsargāt tīkla stabilitāti.
1. Vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu definīcija
Manā praksē, VS pārslēgšanas iekārta attiecas uz metāla apklāto pārslēgšanas iekārtu, kā to definē GB 3906—2020 AC Metāla apklātā pārslēgšanas un kontrolēšanas iekārtas ar nominālo spriegumu no 3,6 kV līdz 40,5 kV: iekārta, kas pilnībā apklāta ar metāla korpusu, izņemot ieplūsto/izplūstojošo vadītājus.
Elektrotīklos VS pārslēgšanas iekārtas veic galvenās funkcijas: pārslēgšana, mērīšana, enerģijas sadalīšana un aizsardzība visos posmos – ražošanā, pārnesmē un sadalīšanā. Darbībā es pielāgoju tās konfigurāciju tīkla vajadzībām – savienojot vai atsaucot iekārtas/piedziņas, lai nodrošinātu stabilitāti. Ja notiek kļūdas tīkla ierīcēs vai līnijās, es izmantoju VS pārslēgšanas iekārtas, lai ātri izolētu kļūdaino daļu, nodrošinot neaizstāvīgu enerģijas piegādi neatkarīgiem apgabaliem.
2. Vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu uzticamības nodrošināšanas nozīme
VS pārslēgšanas iekārtas tiek plaši izmantotas elektrotīklos. Ar Ķīnas tīkla paplašināšanos un sarežģītības pieaugumu, tīkli tagad nes vairāk slodzes, lai sasniedzētu sabiedrības vajadzības. No manām pieredzes, tikai nodrošinot VS pārslēgšanas iekārtu uzticamību, tās var efektīvi pārvaldīt enerģijas sadalīšanu, mērīšanu un aizsardzību, saglabājot kopējo tīkla stabilitāti.
Jebkura drošības incidenta vai darbības traucējums VS pārslēgšanas iekārtās destabilizēs sadalīšanas sistēmu, kompromitējot enerģijas piegādi. Sanktīgos gadījumos tas var izraisīt plašas izkliedes, radot nozīmīgas ekonomiskas zaudējumus sabiedriskai produkcijai. Tādēļ, es uzsvēru nepieciešamību uzlabot VS pārslēgšanas iekārtu uzticamību, izmantojot daudzas stratēģijas, lai nodrošinātu stabilu funkcionālumu un tīkla atbalstu.
3. Stratēģijas, lai uzlabotu VS pārslēgšanas iekārtu uzticamību
3.1 Racionāls korpusa struktūras dizains
Zinātnisks korpusa dizains ir pamatā, lai nodrošinātu VS pārslēgšanas iekārtu uzticamību, ko es prioritizēju inženierpraksē. Piemēram:
Šie dizaina optimizācijas pasākumi atbilst industrijas labākajām praksei, nodrošinot, ka VS pārslēgšanas iekārtas atbilst drošības un veiktspējas prasībām reālajā darbībā.
3.2 Izolācijas struktūras racionāls dizains
Lai uzlabotu vidēja-sprieguma pārslēgšanas iekārtu drošību un uzticamību, ir būtiski pastiprināt izolācijas dizainu. Praktiskā dizainā, saskaņā ar izolācijas prasībām, jāņem vērā arī faktori, piemēram, dizaina izmaksas un vides aizsardzība.
3.2.1 Izolējošo gāzu racionāls izvēle
Vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtās SF₆ gāze ir bijusi galvenā izolējošā medija. Tomēr, tā nav tikai toxiska, bet arī ir ļoti augsts GWP (Global Warming Potential). Lai gan CO₂ ir siltumnīcefekta gāze ar augstu GWP, SF₆ gāze ir 23 900 reizes vairāk nekā CO₂, kas liecina par tās lielo kaitējumu dabai. Vidējā un zema sprieguma pārslēgšanas iekārtām, kur nav kritiskas pārtraukšanas prasībām, mēs varētu mēģināt aizstāt SF₆ gāzi ar N₂ vai sausā gaisu. Salīdzinājumā ar SF₆ gāzi, N₂ un sausā gaisa izolācijas veiktspēja var sasniegt 30% no SF₆ gāzes. Tabulā 1 ir parādīts N₂, sausā gaisa un SF₆ gāzes salīdzinājums.
Kā redzams tabulā 1, N₂ un sausais gaisa nav siltumnīcefekta gāzes, tādējādi nedod vides draudus. Tās arī ir ar zemu viršanas temperatūru, kas nozīmē, ka normālā izmantošanā netiek izveidots šķidruma stāvoklis, pat ļoti aukstās apvidū. Jāatzīmē, ka N₂, kā gara galvenais sastāvdaļa, ir ar stabiliem ķīmiskajiem īpašumiem. Tomēr, pārāk augsta N₂ koncentrācija var izraisīt asfikses risku, jo trūkst skābekļa. Izstrādājot dizainu ar N₂ kā izolācijas gāzi, jākonfigurē ventilācijas un aizsardzības aprīkojums. Sausais gaisa kā izolācijas gāze izvairās no šādiem jautājumiem. Pārskatot visu, sausais gaisa var tikt izmantots, lai aizstātu SF₆ kā izolācijas gāzi pārslēgšanas iekārtu dizainā.
Izmantojot sausā gaisa kā izolācijas gāzi, jāņem vērā minimālais gaisa gabals. Saskaņā ar attiecīgajiem standartiem, nominālam spriegumam 12 kV, minimālais gaisa gabals starp fāzēm un no fāzes līdz zemei ir jābūt 125 mm. Ja kondensācijas tests ir izpildīts, minimālais gaisa gabals var būt nedaudz mazāks par 125 mm. Izmantojot sausā gaisa kā izolācijas gāzi, var pieļaut minimālā gaisa gabala samazināšanu.
3.2.2 Gāzes gabalu slepenuma sprieguma paaugstināšana
Dizaina procesā, lai nodrošinātu vidējā un zema sprieguma pārslēgšanas iekārtu drošību un uzticamību, jāpaaugmina gāzes gabalu slepenuma spriegums, ar specifiskiem paņēmieniem tālāk:
Vidējā un zema sprieguma pārslēgšanas iekārtu elektriskā lauka sadalījuma uzlabošana. Tas var tikt sasniegts, optimizējot elektrodu formas, pamatojoties uz reālajām situācijām, vai pilnībā izmantojot telpas lādiņus, lai uzlabotu elektriskā lauka vienmērību. Ja elektriskā lauka vienmērība ir ļoti sliktā, var pievienot barjerus.
Sausā gaisa jonizācijas process. Augstā spiediens vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtās var samazināt sausā gaisa jonizācijas procesu. Alternatīva ir arī augstais vakuumā vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtās, lai sasniegtu to pašu efektu.
Izmantojot augstu spiedienu vai vakuumu, gāzes rezervuāra stiprumam jābūt ļoti augstam, un praktiskajā lietošanā ir viegli radīties cietumu problēmas, kas var izraisīt nopietnas sekas. Tādēļ, reālajā dizainā, lai paaugstinātu gāzes gabalu slepenuma spriegumu, efektīvāki ir metodes, kuras uzlabo elektrodu formu un pievieno barjerus ļoti nevienmērījos elektriskajos laukos.
3.3 Komponentu racionāla izvēle
Vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu galvenie komponenti, ieskaitot vakuumā pārtraukumu, vakuumā pārtraukuma elementus un kontaktus, tieši ietekmē iekārtas darbības drošību un uzticamību, prasot stingru kvalitātes kontroli.
Piemēram, ABB pārslēgšanas iekārtas. Tās vakuumā pārtraukuma elementi pārdodas tikai pēc stingras priekšnosūtījuma pārbaudes: automātiski augstā sprieguma testi verificē izolācijas stiprumu, savukārt spirāles magnetroni mēra iekšējo spiedienu inertā gāzē aizpildītā kamerā. Pēc noteiktā izolācijas laika veidojas otrs spiediena tests, un rezultāti tiek salīdzināti, lai pārliecinātos, ka sērpāšanas veiktspēja atbilst standartiem.
Ražošanā ABB vakuumā pārtraukuma elementi prasa stingrus vides un procesa kontroles. Tie tiek ražoti CalorEmag Vācijas rūpnīcā, profesionāli montēti regionālajām vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu uzņēmumiem pirms centralizētas piegādes. Prioritāte tiek dota augstveidotām legēmām, piemēram, Cu-Cr un W-C-Ag, lai nodrošinātu ilgumu.Montāža notiek speciālos čistajos telpās, izmantojot "vienreizēju sērpāšanu un izsūknēšanu" procesu: 800°C augstā temperatūrā, pirmajā vietā tiek panākts augsts vakuumā, pēc tam tiek veikta sērpāšana un sērpāšana, lai garantētu procesa uzticamību.
Vakuumā pārtraukuma elementu izstrādes evolūcija atspoguļo nepārtrauktu veiktspējas optimizāciju: agrākās montāžas, kas tika izpostītas gaismā, atkarīgas tikai no izolējošiem septiņiem, lai nodrošinātu izolāciju. Tālākās uzlabojumi ietvēra izolējošas mantas pārtraukuma elementiem un kontaktiem, lai balansētu elektriskā lauka, tālāk veselu pārtraukuma elementu un kontaktu lejupceļu, lai uzlabotu fāzes starpību izolāciju un iedarbības izturību, izmantojot videi draudzīgus materiālus, lai integrētu veiktspēju ar vides apsvērumiem.
3.4 Dizaina validācijas testu racionāla plānošana
Pēc vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu dizaina izstrādes, eksperimentālā validācija kļūst par kritisko posmu. Reālā validācija jāievēro stingri atbilstoši attiecīgajiem standartiem, piemēram, GB 3906—2020 AC Metāla apklātā pārslēgšanas un kontrolēšanas iekārtas ar nominālo spriegumu no 3,6 kV līdz 40,5 kV, GB/T 11022—2020 Augstā sprieguma AC pārslēgšanas un kontrolēšanas iekārtu standarta kopīgie tehniskie prasības, un GB/T 1984—2014 Augstā sprieguma AC pārtraukušanas iekārtas.
Galvenie punkti tipa testiem
Vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu elektriskajiem komponentiem un palīgelementiem jāveic visaptveroša veiktspējas verifikācija, lai nodrošinātu, ka tehniskie parametri atbilst prasībām. Ja dizaina procesi vai ražošanas apstākļi mainās, tipa testi jāveic atkal, lai garantētu iekārtu drošību un uzticamību. Parasti regulāri ražotajām iekārtām ik 8 gados jāveic temperatūras paaugstināšanas tests; mehāniskās darbības testi, lai pārbaudītu darbības veiktspēju; kā arī drošības verifikācijas testi, piemēram, īslaicīgs izturības strāvas un maksimālais izturības strāvas testi.
Piemēram, ABB vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārta ir veikusi eksperimentālas validācijas vairākās valstīs, saskaņā ar līdz šim visstingrākajiem standartiem, demonstrējot izcilu drošību un uzticamību. Šķidruma arces testa piemērs, kas apstiprina:
4. Secinājums
Kā elektrotīklu galvenais komponents, vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtu darbības uzticamība tieši ietekmē tīkla drošību. Tādēļ, ir būtiski pastiprināt iekārtu drošības un uzticamības dizainu, stingri optimizēt tehniskos parametrus saskaņā ar standartiem un izveidot solidu drošības aizsardzību sistēmiskajiem validācijas testiem, nodrošinot, ka vidējā sprieguma pārslēgšanas iekārtas stabilā veidā veic sadalīšanas, aizsardzības un kontrolēšanas funkcijas elektrotīklā.
