Analisis ng Siguridad at Panatili ng Pagkakatiwala sa Medium-Voltage Switchgear
Bilang isang propesyonal na nasa operasyon ng sistema ng kuryente, nakikilala kong ang medium-voltage (MV) switchgear ay may mahalagang papel sa distribusyon, pagsukat, at proteksyon ng kuryente. Mahalaga na tiyakin ang kaligtasan at reliabilidad nito sa operasyon—ang anumang pagkakamali ay maaaring malubhang mapag-alsa ang buong sistema ng kuryente. Upang palakasin ang reliabilidad, dapat nating bigyan ng prayoridad ang mga optimisasyon sa antas ng disenyo, nagbibigay-daan para sa MV switchgear na matiyak ang kanyang mga tungkulin at protektahan ang estabilidad ng grid.
1. Paglalarawan ng Medium-Voltage Switchgear
Sa aking praktika, ang MV switchgear ay tumutukoy sa metal-clad switchgear na ipinahiwatig sa GB 3906—2020 AC Metal-Clad Switchgear and Controlgear for Rated Voltages from 3.6 kV to 40.5 kV: kagamitan na buong nakapaligid ng metal na casing maliban sa mga incoming/outgoing conductors.
Sa mga sistema ng kuryente, ang MV switchgear ay gumaganap ng mga pangunahing tungkulin: switching, pagsukat, distribusyon ng kuryente, at proteksyon sa iba't ibang yugto ng pagbuo, transmisyong, at distribusyon. Sa panahon ng operasyon, inaayos ko ang kanyang konfigurasyon batay sa mga pangangailangan ng grid—nagko-connect o nagdi-disconnect ng mga kagamitan/feeders upang panatilihin ang estabilidad. Kapag may mga pagkakamali sa mga aparato o linya ng grid, ginagamit ko ang MV switchgear upang agad na i-isolate ang masinsinang bahagi, tiyak na walang pagputol ng suplay ng kuryente sa mga hindi apektadong lugar.
2. Kahalagahan ng Paghahanda sa Reliabilidad ng MV Switchgear
Ang MV switchgear ay malawak na ginagamit sa mga sistema ng kuryente. Habang lumalaki at naging mas komplikado ang grid ng Tsina, ang mga grid ay nagdadala ng mas mabigat na load upang matugunan ang mga pangangailangan ng lipunan. Batay sa aking karanasan, tanging sa pamamagitan ng pagtitiyak sa reliabilidad ng MV switchgear, ito lamang ang makakapag-manage ng distribusyon, pagsukat, at proteksyon ng kuryente, kaya’t napapanatili ang kabuuang estabilidad ng grid.
Anumang insidente ng kaligtasan o pagkakamali sa operasyon ng MV switchgear ay maaaring destabilize ang sistema ng distribusyon, na nagpapahirap sa suplay ng kuryente. Sa mga malubhang kaso, maaari itong magresulta sa malawakang pagputol, na nagdudulot ng malaking economic loss sa social production. Kaya, ini-emphasize ko ang pangangailangan na palakasin ang reliabilidad ng MV switchgear sa pamamagitan ng multi-faceted measures, tiyak na stable ang function at suporta ng grid.
3. Strategiya para Palakasin ang Reliabilidad ng MV Switchgear
3.1 Rasyonal na Disenyo ng Estruktura ng Enclosure
Ang siyentipikong disenyo ng enclosure ay pundamental sa pagtitiyak ng reliabilidad ng MV switchgear, na inuuna ko sa engineering practice. Halimbawa:
Ang mga disenyo optimizations na ito ay sumasang-ayon sa best practices ng industriya, tiyak na ang MV switchgear ay sumasang-ayon sa mga requirement ng kaligtasan at performance sa tunay na operasyon.
3.2 Rasyonal na Disenyo ng Insulation Structure
Upang palakasin ang kaligtasan at reliabilidad ng medium-low voltage switchgear, mahalaga ang pagpalakas ng disenyo ng insulation. Sa tunay na disenyo, bukod sa pagtugon sa mga requirement ng insulation, dapat ding isipin ang mga factor tulad ng disenyo cost at environmental protection.
3.2.1 Rasyonal na Pagpili ng Insulating Gases
Sa medium-voltage switchgear, ang SF₆ gas ang pangunahing insulating medium. Ngunit, ito ay hindi lang toxic, kundi mayroon din itong napakataas na GWP (Global Warming Potential). Bagama't ang CO₂ ay isang greenhouse gas na may mataas na GWP, ang SF₆ gas ay may GWP na 23,900 beses mas mataas kaysa sa CO₂, nagpapakita ng napakalaking pinsala nito sa natural environment. Para sa medium-low voltage switchgear na may hindi critical interrupting performance requirements, sa disenyo, maaari nating subukan ang pagpalit ng SF₆ gas sa N₂ o dry air. Kumpara sa SF₆ gas, ang insulation performance ng N₂ at dry air ay maabot ang 30% ng performance ng SF₆ gas. Ang performance comparisons 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 concern sa liquefaction sa normal use, kahit sa napakalamig na rehiyon. Nararapat, ang N₂, bilang pangunahing bahagi ng hangin, ay may stable chemical properties. Ngunit, ang sobrang mataas na concentration ng N₂ ay maaaring magdulot ng asphyxiation dahil sa oxygen deprivation. Sa disenyo gamit ang N₂ bilang insulating gas, dapat na nakonfigure ang ventilation at protective equipment. Sa kabilang banda, ang paggamit ng dry air bilang insulating gas ay nag-iwas sa mga issue na ito. Sa pamamagitan ng comprehensive comparison, maaaring gamitin ang dry air upang palitan ang SF₆ bilang insulating gas sa disenyo ng switchgear insulation.
Kapag ginamit ang dry air bilang insulating gas, dapat isipin ang minimum air gap. Ayon sa relevant standards, para sa rated voltage ng 12 kV, ang minimum air gap sa pagitan ng phases at mula phase to ground ay dapat 125 mm. Kung pasok sa condensation test, ang minimum air gap ay maaaring 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 disenyo, upang tiyakin ang kaligtasan at reliabilidad ng medium-low voltage switchgear, dapat rin palakasin ang breakdown voltage sa gas gaps, na may specific methods na sumusunod:
Paghahanda ng electric field distribution sa medium-low voltage switchgear. Ito ay maabot sa pamamagitan ng pag-optimize ng electrode shapes batay sa actual conditions o full use ng space charges upang palakasin ang electric field uniformity. Kung sobrang poor ang electric field uniformity, maaaring idagdag ang barriers.
Pagsuppress ng ionization process ng dry air. Ang pag-apply ng high pressure sa medium-voltage switchgear ay maaaring mabawasan ang ionization process ng dry air. O kaya, ang paggamit ng high vacuum sa medium-voltage switchgear ay maaaring abutin ang parehong epekto.
Kapag ginagamit ang high pressure o high vacuum, ang gas tank strength ay kinakailangang napakataas, at prone sa leakage problems sa practical applications, nagdudulot ng seryosong resulta. Kaya, sa tunay na disenyo, ang pag-optimize ng electrode shape at pagdagdag ng barriers sa extremely inhomogeneous electric fields ay mas feasible methods upang palakasin ang breakdown voltage sa gas gaps.
3.3 Rasyonal na Pagpili ng Components
Ang core components ng medium-voltage switchgear, kasama ang vacuum circuit breakers, vacuum interrupters, at contacts, direktang nakakaapekto sa operational safety at reliability ng kagamitan, na nangangailangan ng strict quality control.
Halimbawa, ang ABB switchgear. Ang mga vacuum interrupters nito ay dadaanan ng rigorous pre-shipment inspections: automatic high-voltage tests upang verify ang insulation strength, habang ang spiral magnetron devices ay namamasukan ng internal pressure sa loob ng chamber na puno ng inert gas. Pagkatapos ng specified isolation period, isinasagawa ang second pressure test, at kinokompara ang resulta upang tiyakin ang sealing performance ay sumasang-ayon sa standards.
Sa manufacturing, ang ABB vacuum interrupters ay nangangailangan ng strict environmental at process controls. Ginagawa sa CalorEmag's German factory, 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 component materials upang tiyakin ang durability.Ang assembly ay nangyayari sa dedicated cleanrooms gamit ang "one-time sealing and exhausting" process: sa ilalim ng 800°C high temperature, unang naaabot ang high vacuum, sumunod ang simultaneous welding at sealing upang tiyakin 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 sa interrupters at contacts upang balansehin ang electric fields, sumunod ang integral casting para sa interrupters at contacts upang palakasin ang phase-to-phase insulation at impact resistance, habang ang pag-adopt ng eco-friendly materials upang integhrin ang performance at environmental considerations.
3.4 Rasyonal na Plano para sa Design Validation Tests
Pagkatapos ng disenyo ng medium-voltage switchgear, ang experimental validation ay naging critical phase. Ang actual validation ay dapat sumunod sa relevant 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 dapat gawin para sa electrical components at auxiliary elements ng medium-voltage switchgear upang tiyakin ang technical parameters ay sumasang-ayon sa requirements. Kapag nagbago ang design processes o production conditions, dapat na muling isagawa ang type tests upang tiyakin ang equipment safety at reliability. Para sa normally produced equipment, kadalasang kailangan ang temperature rise test every 8 years; mechanical operation tests upang inspectin ang operational performance; kasama ang safety verification items tulad ng short-time withstand current at peak withstand current tests.
Halimbawa, ang ABB medium-voltage switchgear, na naka-pass ng experimental validations sa maraming bansa sa pinakamatigas na standards, nagpapakita ng extraordinary safety at reliability. Halimbawa, ang internal arcing test, na verifies:
4 Conclusion
Bilang isang core component ng sistema ng kuryente, ang operational reliability ng medium-voltage switchgear ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan ng grid. Kaya, mahalaga na palakasin ang safety at reliability design ng kagamitan, strictly optimize ang technical parameters ayon sa standards, at itayo ang solid safety defense sa pamamagitan ng systematic validation tests, tiyak na ang medium-voltage switchgear ay stably performs distribution, protection, at control functions sa sistema ng kuryente.
