Аналіз забезпечення безпеки та надійності середньовольтного комутаційного обладнання
Як фахівець у сфері експлуатації систем електропостачання, я розумію, що середньовольтове (СВ) комутаційне обладнання відіграє ключову роль у розподілі, вимірюванні та захисті електроенергії. Забезпечення його безпеки та надійності критично — будь-яка аварія може серйозно збурити всю систему електропостачання. Для підвищення надійності ми повинні пріоритетно зосередитися на оптимізації на рівні проектування, щоб СВ комутаційне обладнання могло виконувати свої функції та забезпечувати стабільність мережі.
1. Визначення середньовольтового комутаційного обладнання
У моїй практиці, СВ комутаційне обладнання відповідає визначенню металевої оболонки, яке подано в GB 3906—2020 Оборудование для переменного тока напряжением от 3,6 кВ до 40,5 кВ: обладнання, повністю закрите металевою оболонкою, крім вхідних/вихідних провідників.
У системах електропостачання СВ комутаційне обладнання виконує ключові функції: комутацію, вимірювання, розподіл електроенергії та захист на етапах генерації, передачі та розподілу. Під час експлуатації я налаштовую його конфігурацію відповідно до потреб мережі — підключаючи або відключаючи обладнання/лини для підтримання стабільності. При виникненні аварій у пристроях або лініях мережі я використовую СВ комутаційне обладнання для швидкого відокремлення аварійного участка, забезпечуючи неперервне електропостачання невражаючих ділянок.
2. Важливість забезпечення надійності СВ комутаційного обладнання
СВ комутаційне обладнання широко застосовується в системах електропостачання. З поширенням та збільшенням складності мереж Китаю, мережі тепер несуть більш важкі навантаження, щоб задовольняти соціальні потреби. За моїм досвідом, лише забезпечивши надійність СВ комутаційного обладнання, воно може ефективно керувати розподілом, вимірюванням та захистом електроенергії, таким чином підтримуючи загальну стабільність мережі.
Будь-яка аварія або невдала робота СВ комутаційного обладнання може destabilize the distribution system, compromising power supply. In severe cases, it may cause widespread outages, leading to significant economic losses for social production. Therefore, I emphasize the need to enhance MV switchgear reliability through multi-faceted measures, ensuring stable functionality and grid support.
3. Стратегії підвищення надійності СВ комутаційного обладнання
3.1 Рецональній проект оболонки
Науковий проект оболонки є основою для забезпечення надійності СВ комутаційного обладнання, який я пріоритетно враховую в інженерній практиці. Наприклад:
Ці оптимізації проекту відповідають найкращим практикам галузі, забезпечуючи, що СВ комутаційне обладнання відповідає вимогам безпеки та продуктивності в реальних умовах експлуатації.
3.2 Рецональній проект ізоляційної структури
Для підвищення безпеки та надійності комутаційного обладнання середнього та низького напруги, важливо посилити проект ізоляції. У практичному проектуванні, окрім відповідності вимогам ізоляції, слід враховувати також фактори, такі як вартість проекту та екологічні питання.
3.2.1 Рецональній вибір ізоляційних газів
У середньовольтовому комутаційному обладнанні газ SF₆ був основним ізоляційним середовищем. Однак, він не тільки токсичний, але й має надзвичайно високий GWP (Глобальний потенціал підігріву). Хоча CO₂ є парниковим газом з високим GWP, газ SF₆ має GWP у 23 900 разів більший, ніж CO₂, що підкреслює його значну шкоду для природного середовища. Для комутаційного обладнання середнього та низького напруги з невеликими вимогами до переривання, проектно можна спробувати замінити газ SF₆ на N₂ або сухий повітря. Порівняно з газом SF₆, ізоляційні характеристики N₂ та сухого повітря можуть досягти 30% від характеристик газу SF₆. Порівняння характеристик N₂, сухого повітря та газу SF₆ наведено в таблиці 1.
Як показано в таблиці 1, N₂ та сухе повітря не є парниковими газами, тому не становлять загрози для екологічного середовища. Вони також мають низьку температуру кипіння, що усуває проблеми з утворенням рідини при нормальному використанні, навіть у надзвичайно холодних регіонах. Примітно, що N₂, який є основним компонентом повітря, має стабільні хімічні властивості. Однак, надмірна концентрація N₂ може спричинити задух через недостатню кількість кисню. При проектуванні з використанням N₂ як ізоляційного газу, необхідно налаштувати вентиляцію та захисне обладнання. Натомість, використання сухого повітря як ізоляційного газу усуває такі проблеми. Через комплексне порівняння, сухе повітря можна використовувати для заміни газу SF₆ в проектуванні ізоляції комутаційного обладнання.
При використанні сухого повітря як ізоляційного газу, слід врахувати проект мінімальної відстані між поверхнями. Згідно з відповідними стандартами, для номінального напруги 12 кВ, мінімальна відстань між фазами та від фази до землі повинна становити 125 мм. Якщо тест на конденсацію пройдений, мінімальна відстань може бути трохи меншою, ніж 125 мм. Використання сухого повітря як ізоляційного газу дозволяє відповідно зменшити мінімальну відстань.
3.2.2 Підвищення напруги пробою в газових проміжках
Під час проектування, для забезпечення безпеки та надійності комутаційного обладнання середнього та низького напруги, також слід підвищити напругу пробою в газових проміжках, з конкретними методами наступними:
Покращення розподілу електричного поля в комутаційному обладнанні середнього та низького напруги. Це можна досягти шляхом оптимізації форми електродів згідно з реальними умовами або повним використанням просторових зарядів для підвищення рівномірності електричного поля. Якщо рівномірність електричного поля дуже погана, можна також додати бар'єри.
Заглушка процесу іонізації сухого повітря. Застосування високого тиску в середньовольтовому комутаційному обладнанні може послабити процес іонізації сухого повітря. Альтернативно, використання високого вакууму в середньовольтовому комутаційному обладнанні може досягти такого ж ефекту.
При використанні високого тиску або високого вакууму, вимагається надзвичайно висока міцність газового бака, а в практичному застосуванні часто виникають проблеми з витоком, що призводить до серйозних наслідків. Тому, в реальному проектуванні, покращення форми електродів та додавання бар'єрів у дуже неоднорідних електричних полях є більш реалізованими методами для підвищення напруги пробою в газових проміжках.
3.3 Рецональній вибір компонентів
Основні компоненти середньовольтового комутаційного обладнання, включаючи вакуумні автомати, вакуумні інтеруптори та контакти, безпосередньо впливають на безпеку та надійність роботи обладнання, що вимагає строгого контролю якості.
Наприклад, вакуумні інтеруптори ABB проходять сурові перевірки перед відправкою: автоматичні високовольтні тестування перевіряють міцність ізоляції, а спіральні магнетрони вимірюють внутрішній тиск в камері, заповненій інертним газом. Після встановленого періоду ізоляції проводиться другий тест на тиск, результати порівнюються, щоб гарантувати, що параметри герметичності відповідають стандартам.
При виробництві, вакуумні інтеруптори ABB вимагають строгого контролю середовища та технологічних процесів. Виготовлені на німецькій фабриці CalorEmag, вони проходять професійну збірку в регіональних підприємствах середньовольтового комутаційного обладнання перед централізованим постачанням. Для матеріалів компонентів пріоритетно використовуються високопродуктивні сплави, такі як Cu-Cr та W-C-Ag, для забезпечення довговічності. Збірка відбувається в спеціальних чистих кімнатах за допомогою процесу "одноразової герметизації та виснаження": при високій температурі 800°C спочатку досягається високий вакуум, а потім одночасно проводиться зварювання та герметизація, щоб гарантувати надійність процесу.
Еволюція R&D вакуумних інтерупторів відображає постійне оптимізацію характеристик: ранні зборки, що були виключені до повітря, спиралися лише на ізоляційні переборки для ізоляції. Наступні поліпшення включали ізоляційні рукави над інтерупторами та контактами для балансування електричних полів, а потім інтегральне лиття інтерупторів та контактів для підвищення ізоляції між фазами та стійкості до ударів, використовуючи екологічно чисті матеріали для інтеграції характеристик з екологічними розглядами.
3.4 Рецональній план експериментального підтвердження проекту
Після завершення проектування середньовольтового комутаційного обладнання, експериментальне підтвердження стає критичним етапом. Фактичне підтвердження повинно строго відповідати відповідним стандартам, таких як GB 3906—2020 Оборудование для переменного тока напряжением от 3,6 кВ до 40,5 кВ, GB/T 11022—2020 Загальні технічні вимоги до стандартів високовольтного обладнання для перемикання та управління та GB/T 1984—2014 Високовольтні автомати для перемикання.
Ключові аспекти типових тестів
Повинна бути проведена повна перевірка характеристик електричних компонентів та допоміжних елементів середньовольтового комутаційного обладнання, щоб гарантувати, що технічні параметри відповідають вимогам. Коли процеси проектування або умови виробництва змінюються, типові тестування повинні бути проведені знову, щоб гарантувати безпеку та надійність обладнання. Для нормально виробленого обладнання, як правило, потрібен тест на підвищення температури кожні 8 років; проводяться механічні операційні тестування для перевірки операційних характеристик; також необхідні тестування на короткотривалу витривалість струму та пікову витривалість струму для перевірки безпеки.
Наприклад, середньовольтове комутаційне обладнання ABB пройшло експериментальне підтвердження в багатьох країнах за найстрожчими стандартами, демонструючи відмінну безпеку та надійність. Наприклад, внутрішній тест на дугу перевіряє:
4 Висновок
Як ключовий компонент системи електропостачання, операційна надійність середньовольтового комутаційного обладнання безпосередньо впливає на безпеку мережі. Тому важливо посилити проект безпеки та надійності обладнання, строго оптимізувати технічні параметри відповідно до стандартів, та створити надійну оборону безпеки через системні експериментальні перевірки, забезпечуючи, що середньовольтове комутаційне обладнання стабільно виконує функції розподілу, захисту та управління в системі електропостачання.
