Optimale Gestaltung und Förderung sowie Anwendung eines Freiluft-Hochspannungs-Vakuumschalters

Das Stromnetz ist eine entscheidende Grundlage und Sicherung für die moderne wirtschaftliche Entwicklung und den sozialen Fortschritt. Das Ziel, ein starkes und intelligentes Stromnetz aufzubauen, besteht darin, ein modernes Stromnetzsystem zu schaffen, das sicher, umweltfreundlich, effizient und interaktiv ist, um die wissenschaftliche Entwicklung des Stromnetzes zu erreichen und das Stromnetz zu einer grünen Plattform zur Optimierung der Energieressourcenverteilung, zu einer Serviceplattform, um vielfältige Nutzeranforderungen zu erfüllen, und zu einer grundlegenden Plattform, um die nationale Energiesicherheit zu gewährleisten.

Hochspannungsschaltgeräte sind die wichtigsten und kritischen Steuer- und Schutzgeräte im Energiesystem. Unabhängig vom Zustand der Stromleitung, wie Leerlauf, belastet oder Kurzschlussfehler, sollten die Schaltgeräte, wenn es erforderlich ist, zuverlässig reagieren, entweder indem sie den Stromkreis schließen oder öffnen. Ihre Hauptfunktionen sind wie folgt:

Der ZW32-12/630-20 Freiluft-Hochspannungs-Vakuumschalter ist ein weit verbreitetes Schaltelement im aktuellen 12-kV-Verteilnetz. Er verwendet eine dreiphasige Stützenbauweise, vollständig versiegelte Struktur und weist stabile und zuverlässige Unterbrechungsleistungen, ein einfaches und übersichtliches Aussehen, geringes Gewicht, kleine Abmessungen und Eignung für Pfahlmontage auf. Aufgrund seiner zahlreichen Vorteile hat er seit seiner Markteinführung bei vielen Stromnutzern große Beliebtheit gefunden. Unser Unternehmen produziert es ebenfalls, mit einem jährlichen Verkauf von über 5.000 Einheiten. Basierend auf dem Nachverkaufs-Service in den letzten Jahren haben wir einige technische und technologische Verbesserungen und Feinjustierungen an häufig gemeldeten Problemen durch Benutzer vorgenommen, die gut weiterentwickelt und angewendet wurden.

1. Entwurfsgrundlagen und -prinzipien

Der Schwerpunkt des „12. Fünfjahresplans“ liegt auf Transformation und Aufwertung. Er befürwortet die Nutzung von Hochtechnologie, um traditionelle Industrien zu transformieren, die Kernwettbewerbsfähigkeit von Produkten durch industrielle Transformation und Aufwertung zu stärken und die geordnete, gesunde und schnelle Entwicklung der Elektrotechnikindustrie zu fördern. Bei ihrer Arbeitskonferenz im Jahr 2005 schlug die Staatsnetzgesellschaft vor, „die Standardisierung des Netzaufbaus zu fördern, die technischen Standards für den Bau von Netzprojekten auf allen Ebenen zu vereinheitlichen, die Anwendung typischer Designs zu fördern, Designs zu optimieren, Investitionen zu sparen und die Effizienz zu steigern“. Daher ist es eine dringende Aufgabe für die Hochspannungsschalterindustrie, Kunden als den Fokus zu betrachten, aktiv auf Kundenbedürfnisse zu reagieren und kontinuierlich die Produktqualität nach Maßstäben zu verbessern und aufzuwerten.

Die Entwurfsprinzipien lauten: Sicherheit und Zuverlässigkeit, fortschrittliche Technologie, angemessene Investition, einheitliche Standards und effiziente Betriebsführung. Es wird bemüht, eine koordinierte Einheit von Einheitlichkeit, Zuverlässigkeit, Fortschrittlichkeit, Wirtschaftlichkeit, Anpassungsfähigkeit, Flexibilität, Aktualität und Harmonie zu erreichen.

2. Inhalt der optimalen Gestaltung

2.1 Gestaltungsaufbau des Abschaltschalters

Bei vorhandenen Schaltern mit Abschaltschaltern sind die Abschaltschalter alle auf der Ausgangsseite installiert. Diese Anordnung hat die folgenden Nachteile:

• Nachteil 1: Die Isolierklinge ist elektrisch mit dem Ausgangskontakt am Stromtransformator verbunden, der mit dem Vakuumschalter verbunden ist. Unabhängig davon, ob der Schalter und der Abschaltschalter offen oder geschlossen sind, ist das Eingangs Ende des Schalters immer unter Spannung, was nicht förderlich für die Inspektion und Wartung des Schalters ist.

• Nachteil 2: Die Nähe der Isolierklinge zum Stromtransformator beeinträchtigt die Installation, Verkabelung und tägliche Wartung des Stromtransformators und erhöht die Schwierigkeit seiner Inspektion.

Um die oben genannten technischen Probleme zu lösen, haben wir die folgende technische Lösung eingesetzt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

1. Schaltmechanismusgehäuse 2. Stromtransformator 3. Isolierständer 4. Abschaltschalter 5. Isolierstab 6. Ständerisolator 7. Abschaltschalterstütze

2. Inhalt der optimalen Gestaltung

2.1 Gestaltungsaufbau des Abschaltschalters

Der Abschaltschalter ist auf der Versorgungsseite des Schalters installiert, und zwischen dem Abschaltschalter und dem Schalter ist eine zuverlässige mechanische Verriegelung eingerichtet.

• Vorteil 1: Wenn sowohl der Schalter als auch der Abschaltschalter im offenen Zustand sind, bildet sich zwischen ihnen eine deutliche Isolierungslücke. In diesem Fall kann die Installation, Wartung und Inspektion des Schalters mit Zuversicht durchgeführt werden, wodurch die Schwierigkeit der Schaltwartung reduziert wird.

• Vorteil 2: Der Abschaltschalter und der Stromtransformator sind jeweils auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Schalters installiert, so dass sie sich während der Wartung gegenseitig nicht beeinflussen, was die Inspektion des Stromtransformators und des Abschaltschalters erleichtert.

2.2 Flexible Auswahl des Transformationsverhältnisses des Stromtransformators

Normalerweise haben die Stromtransformatoren von Freiluft-Pfahl-Hochspannungsvakuumschaltern zwei Installationsstrukturen: intern und extern. Aufgrund von Raumgrenzen haben die meisten Stromtransformatoren eine Einwindungsdesign, was es den Nutzern erschwert, das Verhältnis zukünftig nach der Last anzupassen. Dies erhöht die Investitionen in gewissem Maße und führt zu einer Verschwendung von Ressourcen.

Um dieses Problem zu lösen, haben wir viele Innovationen und Designs in Bezug auf Struktur und Fertigungstechnologie vorgenommen.

• Lösung 1: Doppelwindungs-Stromtransformatoren werden für Schutz und Messung verwendet, um den Bedürfnissen verschiedener Stromnutzer gerecht zu werden.

• Lösung 2: Mehrfachanschluss-Stromtransformatoren werden für Überstromschutz verwendet. Zum Beispiel werden Stromtransformatoren mit Verhältnissen von 200/5, 400/5 und 600/5 konfiguriert. Ein Kontrollgehäuse ist auf der linken Seite des Gehäuses angeordnet, und ein CT-Verhältnis-Umschaltknopf ist am Boden des Kontrollgehäuses entworfen. Dies erleichtert den Nutzern enorm, das Verhältnis vor Ort nach der tatsächlichen Last anzupassen, wie in den Abbildungen 2, 3 und 4 dargestellt.

2.3 Erhöhung der äußeren Isolationskriechstrecke

Die Kriechstrecke (Leckstrecke) bezieht sich auf den kürzesten Weg entlang der isolierenden Oberfläche zwischen zwei Leitern. Aus Sicht der Produkterlässlichkeit ist Luftisolation die zuverlässigste. Solange die netto Isolationsabstände zwischen Leitern unterschiedlicher Phasen und zwischen Leitern und Erdung gewährleistet sind, ist die Isolation gesichert.

Freiluftprodukte arbeiten unter relativ harten Bedingungen und sind das ganze Jahr über verschiedenen Wetterbedingungen ausgesetzt. Dies macht sie anfällig für mechanische oder elektrische Probleme, die direkt die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromversorgung und der normalen Produktion beeinträchtigen. Daher sollte dieser Faktor bei Design und Herstellung vollständig berücksichtigt werden, um die Produktzuverlässigkeit in verschiedenen Umgebungen zu gewährleisten.

Als Reaktion auf die oben genannte Situation haben wir für alle isolierenden Teile des Freiluftschalters, die direkt der Außenumgebung ausgesetzt sind, einschließlich Drosseln, Stromtransformatoren, isolierende Stangen und Ständerisolatoren, die Dichte der Faltenröcke erhöht. Als Ergebnis hat die Kriechstrecke 372 mm erreicht (wie in Abbildung 1 dargestellt). Diese Verbesserung erhöht die gesamte strukturelle Isolationsleistung, erweitert die Einsatzumgebung und Orte dieses Typs von Vakuumschaltern, sodass er in Umgebungen mit hoher Staubbelastung, hoher Feuchtigkeit und schwerem Salznebel verwendet werden kann, und beseitigt potenzielle Kurzschlusrisiken, die durch Isolationsprobleme verursacht werden.

1. CT-Verhältnis-Umschaltknopf 2. Kontrollgehäuse Frontansicht des verbesserten Schalters (Abbildung 2)

Abbildung 3 Schema des CT-Verhältnis-Umschaltknopfes Hinweis: Die Position „0“ bedeutet keinen Schutz und Kurzschluss.

Aufwertung zu einem intelligenten Schalter

Mit der ständigen Ausweitung des Automatisierungsbereichs im Energiesystem haben Produkte für die Verteilnetzautomatisierung neue Entwicklungsmöglichkeiten. Basierend auf dem Modell ZW32-12/630-20 hat unser Unternehmen unabhängig ein neues Produkt entwickelt: den Freiluft-intelligenten Hochspannungsvakuumschalter. Es besteht hauptsächlich aus vier großen Teilen: dem Vakuumschalterkörper, einem dreiphasigen integrierten Nullfolgenstromtransformator, einem FDK-Typ-Controller und einem externen Spannungstransformator, wie in Abbildung 5 dargestellt.

Dieser intelligente Schalter wird in 10-kV-Stadt- und Land-Schleifenlinien weit verbreitet eingesetzt. Er kann als Abschnittsabschaltschalter und Verbindungsschalter dienen und ist ein automatisches Schaltelement, das die automatische Lastverteilung in den Schleifenlinien ermöglicht. In den Zweigleitern, die große Nutzer versorgen, kann er als Grenzschalter (allgemein bekannt als „Wachhund“) verwendet werden. Im Freiluftverteiler-Netzwerk kann er als Wiederzuschaltgerät und Abschnittssteller fungieren.

Der Grenzschalter verfügt über einen Fernverwaltungsmodus, Schutz- und Steuerfunktionen sowie Kommunikationsfunktionen. Er kann Milliampere-Nullfolgenströme und Phasen-zu-Phasen-Kurzschlussfehlerströme innerhalb seiner Grenze zuverlässig erkennen und beurteilen. Er kann automatisch einphasige Erdungsfehler und Phasen-zu-Phasen-Kurzschlussfehler abschalten, um den stabilen und zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes sicherzustellen.

Hauptfunktionen

• Funktion 1: Behandlung von einphasigen Erdungsfehlern
  Wenn ein einphasiger Erdungsfehler in der Nutzerzweigleitung auftritt, fällt der intelligente Schalter automatisch aus. Andere Zweignutzer in der Umspannanlage und an der Speiseleitung werden nicht von dem Fehler beeinträchtigt.

• Funktion 2: Isolierung von Phasen-zu-Phasen-Kurzschlussfehlern
  Im Falle eines Phasen-zu-Phasen-Kurzschlussfehlers in der Nutzerzweigleitung fällt der intelligente Schalter vor dem Ausgangsschutzschalter der Umspannanlage aus, isoliert die fehlerhafte Leitung automatisch und verursacht keine Stromausfälle für andere Zweignutzer an der Speiseleitung.

• Funktion 3: Schnelle Fehlerortung
  Nachdem der intelligente Schalter aufgrund eines Fehlers in der Nutzerzweigleitung ausgefallen ist, erlebt nur der verantwortliche Nutzer einen Stromausfall. Der Nutzer meldet aktiv die Fehlerinformationen, damit die Energieversorgungsbehörde schnell Personal zur Stelle senden kann, um die Fehlerbehebung durchzuführen.

• Funktion 4: Überwachung der Nutzerlast
  Der intelligente Schalter kann mit drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationszubehör ausgestattet werden, um Überwachungsdaten an das Energieüberwachungs- und Verwaltungszentrum zu übertragen, um die Fernüberwachung der Nutzerlast in Echtzeit zu ermöglichen. Der intelligente Schalter kann über SMS oder ein computergestütztes Backendsystem ausgelöst werden.

Fazit

Freiluft-Hochspannungs-Vakuumschalter verwenden Luftleitungen sowohl für den Eingang als auch den Ausgang. Sie bieten Vorteile wie geringen Platzbedarf, klare Anordnung, einfache Bedienung und Wartung, weniger Strukturen und schnelle Bau- und Installationszeiten. Während der Entwurfs- und Fertigungsprozesse sollten verschiedene Leistungsaspekte kontinuierlich verbessert und optimiert werden, um Exzellenz zu erzielen und den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Produkts zu gewährleisten.