Анализа на сигурноста и надеждноста на средноволтажната комутација
Как професионал во енергетски системи, јас се сециртам дека среднонапонската (MV) комутационска опрема игра критичка улога во дистрибуцијата, мерењето и заштитата на електрична енергија. Осигурувањето на неговата функционална безопасност и надежност е од клучно значење - било какво неисправност може да сериозно наруши целата енергетска система. За да се подобри надежноста, треба да се даде приоритет на оптимизациите на нивото на дизајн, овозможувајќи MV комутационската опрема да изврши своите функции и да го заштити стабилноста на мрежата.
1. Дефиниција на среднонапонската комутационска опрема
Во мојата практика, MV комутационската опрема се однесува на метална обложена комутационска опрема како што е дефинирано во GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV: опрема целосно обложена со метални куќи, освен за влез/излез на проводници.
Во енергетските системи, MV комутационската опрема извршува ключни функции: комутација, мерење, дистрибуција на енергија и заштита во фазите на производство, пренос и дистрибуција. Токму во операција, јас приспособувам неговата конфигурација според потребите на мрежата - поврзувајќи или одсечувајќи опрема/преводници за да се одржи стабилност. Кога се појават неисправности во уредите или линиите на мрежата, јас користам MV комутационска опрема за брзо изолирање на дефектната секција, за да се осигура непрекинато снабдување со енергија на непострадалите области.
2. Значење на осигурувањето на надежноста на MV комутационската опрема
MV комутационската опрема е широко применета во енергетските системи. Со ширењето и сложеноста на кинеската мрежа, мрежите сега носат тешки терети за да задоволат социјалните потреби. Според мојата искуства, само со осигурување на надежноста на MV комутационската опрема може ефикасно да се управува со дистрибуцијата, мерењето и заштитата на енергија, со тоа одржувајќи целостната стабилност на мрежата.
Било какво инцидент или оперативна неисправност на MV комутационската опрема ќе дестабилизира системот за дистрибуција, компрометирајќи снабдувањето со енергија. Во тешки случаи, може да предизвика масивни прекини, доведувајќи до значајни економски загуби за социјалното производство. Поради тоа, јас подчертавам потребата од подобрување на надежноста на MV комутационската опрема преку многуаспектни мерки, за да се осигура стабилна функционалност и поддршка на мрежата.
3. Стратегии за подобрување на надежноста на MV комутационската опрема
3.1 Рационален дизајн на структурата на куќата
Научно-техничкиот дизајн на куќата е основен за осигурување на надежноста на MV комутационската опрема, која јас го давам приоритет во инженерската практика. На пример:
Овие оптимизации на дизајн се во согласност со најдобри практики во индустријата, осигурувајќи дека MV комутационската опрема исполнува стандарди за безбедност и перформанси во реалните операции.
3.2 Рационален дизајн на структурата на изолацијата
За да се подобри безбедноста и надежноста на средно-низконапонската комутационска опрема, јачањето на дизајнот на изолацијата е суштинско. Во практичниот дизајн, поради исполнување на изолативните барања, треба да се земат предвид и фактори како цена на дизајнот и заштита на околината.
3.2.1 Рационална избор на изолативни гасови
Во среднонапонската комутационска опрема, SF₆ гасот бил главниот изолативен медиум. Меѓутоа, тој не само што е токсичен, туку и има екстремно висок GWP (Глобален потенцијал за загревување). Иако CO₂ е парников гас со висок GWP, SF₆ гасот има GWP 23,900 пати повеќе од CO₂, што истакнува неговата значајна штета на природната околина. За средно-низконапонската комутационска опрема со некритички барања за прекин, дизајнерски можеме да пробаме да замениме SF₆ гас со N₂ или сува воздух. Споредно со SF₆ гас, изолативните перформанси на N₂ и сува воздух можат да достигнат 30% од онаа на SF₆ гас. Споредбата на перформансите помеѓу N₂, сува воздух и SF₆ гас е прикажана во Табела 1.
Како што е прикажано во Табела 1, N₂ и сува воздух не се парникови гасови, па не претставуваат опасност за еколошкиот систем. Тоа исто така имаат ниски точки на врејање, што ги елиминира загрижните за ликвидација во нормална употреба, дури и во екстремно хладни региони. Навистина, N₂, како главен составен дел на воздухот, има стабилни хемиски карактеристики. Меѓутоа, прејако висока концентрација на N₂ може да предизвика задушување поради недостаток на кислород. Кога се дизајнира со N₂ како изолативен гас, треба да се конфигурираат вентилација и заштитни опреми. Вспротивно, користејќи сува воздух како изолативен гас, се избегнуваат такви проблеми. Кроз комплетна сравнба, сува воздух може да се користи за замена на SF₆ како изолативен гас во дизајнот на изолацијата на комутационската опрема.
Кога се користи сува воздух како изолативен гас, треба да се земе предвид дизајнот на минималната воздушна раздалежина. Според соодветните стандарди, за номинална напонска вредност од 12 kV, минималната воздушна раздалежина помеѓу фазите и од фаза до земја треба да биде 125 mm. Ако тестот за кондензација е успешно преминат, минималната воздушна раздалежина може да биде мало помала од 125 mm. Користејќи сува воздух како изолативен гас, може да се допуска одговарајќи намалување на минималната воздушна раздалежина.
3.2.2 Подобрување на напонот на прекин во гасни простори
Токму во процесот на дизајн, за да се осигура безбедноста и надежноста на средно-низконапонската комутационска опрема, треба да се подобри и напонот на прекин во гасни простори, со конкретни методи како следува:
Подобрување на распределбата на електричното поле во средно-низконапонската комутационска опрема. Ова може да се постигне со оптимизација на формата на електродите според актуелни услови или со полно користење на просторни наелектрисани честички за подобрување на униформноста на електричното поле. Ако униформноста на електричното поле е екстремно лоша, добавувањето на барикади е и друга опција.
Супресија на ионизациониот процес на сува воздух. Примената на висок притисок во среднонапонската комутационска опрема може да ослаби ионизациониот процес на сува воздух. Алтернативно, користејќи висок вакуум во среднонапонската комутационска опрема може да се постигне ист ефект.
Кога се користи висок притисок или висок вакуум, потребно е да е екстремно јака танката за гас, и во практичната употреба лесно се јавуваат проблеми со протечки, што доведува до сериозни последици. Затоа, во реалниот дизајн, подобрувањето на формата на електродите и добавувањето на барикади во екстремно неуниформни електрични полиња се пофезиви методи за зголемување на напонот на прекин во гасни простори.
3.3 Рационален избор на компоненти
Основните компоненти на среднонапонската комутационска опрема, вклучувајќи вакуумски прекинувачи, вакуумски прекинувачки единици и контакти, директно влијаат на функционалната безбедност и надежност на опремата, што бара строг контрола на квалитетот.
Како пример, ABB комутационската опрема. Нејзините вакуумски прекинувачки единици подлегуваат на строги пред-испратни испити: автоматски испити на висок напон верификуваат јачината на изолацијата, додека спирални магнетронски уреди мериат внатрешниот притисок во камера пополнета со инертен гас. По одреден период на изолација, се извршува втор испит на притисок, и се споредуваат резултатите за да се осигура дека перформансите на запечатување се во стандарди.
Во производството, ABB вакуумски прекинувачки единици бараат строг контрола на околината и процесот. Произведени во немачката фабрика на CalorEmag, тие се професионално собираат од регионални среднонапонски предприятия пред централната достава. Се дава приоритет на високоперформансни легири како Cu-Cr и W-C-Ag за материјалите на компонентите за да се осигура долговечноста. Собирањето се врши во специјализирани чисти соби со процес на "едномешечен запечатување и исцедување": под 800°C висок температура, прво се постигува висок вакуум, а потоа се врши истовремено сварување и запечатување за да се гарантира надежноста на процесот.
Еволуцијата на истражувањето и развојот на вакуумски прекинувачки единици одразува непрекинато оптимизирање на перформансите: раните собирања беа изложени на воздух, зависејќи единствено од изолаторски партиции за изолација. Последните подобрувања вклучуваа изолаторски рукавици над прекинувачките единици и контакти за балансирање на електричното поле, а потоа целосно лејене на прекинувачките единици и контакти за подобрување на изолацијата меѓу фазите и отпорноста на удари, додека се прифатуваат еколошки прифатливи материјали за интеграција на перформансите со еколошки размислувања.
3.4 Рационално планирање на испитите за валидација на дизајнот
После завршувањето на дизајнот на среднонапонската комутационска опрема, експерименталната валидација станува критична фаза. Реалната валидација мора строго да се придржува на соодветните стандарди, како што се 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, и GB/T 1984—2014 High-Voltage AC Circuit Breakers.
Клучни точки за типовите испити
Треба да се изврши комплетна проверка на перформансите за електричните компоненти и помошните елементи на среднонапонската комутационска опрема за да се осигура дека техничките параметри ги исполнуваат барањата. Кога процесите на дизајн или условите на производство се менуваат, типовите испити мора повторно да се извршат за да се гарантира безбедноста и надежноста на опремата. За нормално производено опрема, обично се бара испит на температурно повишување на секои 8 години; механички оперативни испити се извршуваат за да се провери оперативната перформанса; истовремено, потребни се и испити за заштита како што се испит на краткосрочен претходен напон и испит на пикови претходни напони.
Како пример, ABB среднонапонската комутационска опрема ја преминува експерименталната валидација во многу земји под најстрогите стандарди до сега, демонстрирајќи извонредна безбедност и надежност. Како пример, испитот на интерни аркинги го верификува:
4 Заклучок
Како костурен дел на енергетскиот систем, функционалната надежност на среднонапонската комутационска опрема директно влијае на безбедноста на мрежата. Затоа, е суштинско да се јачи дизајнот за безбедност и надежност на опремата, строго да се оптимизираат техничките параметри според стандардите, и да се изгради тврда заштитна линија преку системски испити за валидација, осигурувајќи дека среднонапонската комутационска опрема стабилно извршува функциите на дистрибуција, заштита и контрола во енергетскиот систем.
