Busbar-Side Grounding för 24kV miljövänliga RMUs: Varför och hur

Kombination av solid isolering och torr luftisolering är en utvecklingsriktning för 24 kV ringhuvuden. Genom att balansera isoleringsprestanda och kompakthet tillåter användningen av solid hjälpisolering att passera isoleringsprov utan att signifikant öka fasspacingen eller fas-till-jorddimensionerna. Inkapsling av polen kan lösa isoleringsproblemet för vakuumavbrytaren och dess anslutna ledare.

För den 24 kV utgående busbar, med fasavstånd bibehållet på 110 mm, kan vulkanisering av busbarsytan minska elektriska fältstyrkan och elektrisk fältojämnhet. Tabell 4 beräknar det elektriska fältet under olika fasavstånd och busbarisoleringstjocklekar. Det kan ses att genom att lämpligen öka fasavståndet till 130 mm och applicera 5 mm epoxivulkanisering på rund busbar, når den elektriska fältstyrkan 2298 kV/m, vilket fortfarande har en viss marginal jämfört med den maximala elektriska fältstyrkan på 3000 kV/m som torr luft kan tåla.

Tabell 1 Elektriska fältförhållanden vid olika fasavstånd och busbarisoleringstjocklekar

På grund av torr lufts låga dielektriska styrka kan solid isolering inte lösa problemet med spänningsuthållighet vid isoleringsbrott. En dubbelbrytare använder två gasgap i serie för att effektivt dela upp spänningen. Elektriska fältskydd och gradringar är utformade vid platser med koncentrerat elektriskt fält, som statiska kontakter för isolatorn och jordningskontakten, för att reducera fältstyrkan och effektivt minimera storleken på luftgapet. Som visas i figur 1 uppnår mekanismen med dubbelbrytare driftlägen—arbete, isolerad och jordad—genom förstärkt rotation av en nylonhuvudaxel. Gradringen vid den statiska kontakten har en diameter på 60 mm och behandlas med epoxivulkanisering; ett 100 mm klargap kan tåla en 150 kV blixtningsimpulsspänning.

Andra lösningar, såsom longitudinell enfasanordning med höghållfasthetsleggingshölje för varje fas eller måttlig ökning av gastypecken, kan också uppfylla 24 kV dielektriska krav. Men ringhuvuden (RMUs) kräver låg kostnad, och alltför höga kostnader accepteras inte av användarna. Genom optimerad design och måttlig förlängning av RMU-kabinettet är det möjligt att uppnå lågkostnads- och kompakta 24 kV miljövänliga gasisoleringade RMUs.

Jordningskontaktens placering i miljövänliga gas-RMUs

Det finns två metoder i RMUs för att uppnå jordningsfunktion i huvudkretsen:

• Uttagssidans jordningskontakt (nedre jordningskontakt)

• Busbarsidans jordningskontakt (övre jordningskontakt)

Busbarsidans jordningskontakt kan väljas som klass E0, vilket kräver samordning med huvudkontakten under drift. Enligt State Grids standardiserade designschema för 12 kV ringhuvuden (lådor) från 2022, angående trepositionskontakter, specificerar schemat att trepositionskontakter bör anta en busbarsidan disposition och omdöpa dem till "busbarsidans kombinerade funktionsjordningskontakter."

Strömtrygghetsbestämmelser anger att ingen strömbrytare eller säkring får vara ansluten mellan jordningsledare, jordningskontakter och underhållsutrustning. Om, p.g.a. utrustningsbegränsningar, en strömbrytare finns mellan jordningskontakten och underhållsutrustningen, måste åtgärder vidtas för att säkerställa att strömbrytaren inte kan öppnas efter att både jordningskontakten och strömbrytaren har stängts.

Därför är uttagssidans jordningskontakt placerad nedströms om strömbrytaren. Den ansluter direkt till den utgående kabel som ska jordas, vilket uppfyller kravet att ingen strömbrytare eller säkring finns mellan jordpunkten, jordningskontakten och underhållsutrustningen. I motsats till detta är busbarsidans jordningskontakt placerad upströms om strömbrytaren. Det finns en vakuumströmbrytare mellan jordningskontakten och den utgående kabel som ska jordas—it does not connect directly. Eftersom en strömbrytare finns mellan jordningskontakten och underhållsutrustningen måste åtgärder vidtas för att förhindra att strömbrytaren öppnas när både jordningskontakten och strömbrytaren är stängda. Till exempel kan strömbrytarens tripkrets kopplas ur via en länkplatta, eller mekaniska medel kan användas för att förhindra oavsiktlig tripping, vilket undviker oavsiktlig koppling av jordningsvägen.

State Grids standardiserade designschema anger också interlockningskrav för busbarsidans kombinerade funktionsjordningskontakt. När den kombinerade funktionsjordningskontakten på busbarsidan använder stängning av strömbrytaren för att uppnå jordning av kabelsidan, måste den innehålla både mekaniska och elektriska interlocks för att förhindra manuell eller elektrisk öppning av strömbrytaren.

State Grid antar busbarsidans trepositionsisolering/jordningskontakt främst med tanke på kortslutsstängningskapaciteten. I SF6-isolerade RMUs gynnas jordningskontakten av att SF6:s dielektriska styrka är ungefär tre gånger så hög som luftens och dess bågläsningskapacitet är ungefär 100 gånger högre än luftens tack vare överlägsen bågläsningskyldning. Således garanteras jordningskontaktens stängningskapacitet på ett tillförlitligt sätt.

I motset till detta saknar miljövänliga gaser bågläsningskapacitet och har lägre isoleringsprestanda. Därför krävs mycket hög stängningshastighet. Men RMU-drivmekanismer har begränsad energi och kan inte ge tillräckligt med kraft för höghastighetsstängning. Användning av uttagssidans jordningskontakt skulle kräva ökad stängningshastighet och förbättrad bågläsningsresistans och elektrodynamisk analys av kontaktarna, vilket potentiellt kan leda till större drivkrafter och högre kostnader. Busbarsidans jordningskontakt, genom att lösa interlockningsproblemet för strömbrytaren, kan fortfarande garantera tillförlitlig jordning samtidigt som den erbjuder starkare stängningskapacitet.

Genom teknisk och produktanalys av SF6 jämfört med miljövänliga gaser kan det ses att 12 kV miljövänliga gasisoleringade RMUs kan uppfylla isolerings- och temperaturhöjningskrav med endast mindre ökning i storlek, vilket indikerar mogna tekniska lösningar.

Dock finns det få 24 kV miljövänliga gasisoleringade produkter tillgängliga. Den viktigaste utmaningen ligger i det högre spänningsklassificeringen, vilket leder till betydande ökning i dimensioner. Överskridande storlek och hög pris kommer att begränsa utvecklingen av 24 kV miljövänliga gasisoleringade RMUs. En balanserad strategi som tar hänsyn till typ av isoleringsgas, fyllningstryck, behållarvolym och kostnad för hjälpisolering behövs för att designa lågkostnads- och kompakta RMUs. Bara då kan en riktig ersättning av SF6 uppnås—vilket möjliggör inte bara dominerande marknadsandel inomland utan även global export, vilket främjar Kinas lågnivå, miljövänliga elektriska utrustning världen över.