Шесть ключевых различий между кольцевыми главными блоками и распределительными устройствами разъяснены

Различия между кольцевыми распределительными устройствами (КРУ) и коммутационным оборудованием

В энергетических системах как кольцевые распределительные устройства (КРУ), так и коммутационное оборудование являются распространенными устройствами распределения, но они значительно отличаются по функциям и структуре. КРУ в основном используются в кольцевых сетях, отвечают за распределение электроэнергии и защиту линий, ключевой особенностью является многоисточниковое соединение через замкнутую кольцевую сеть. Коммутационное оборудование, как более универсальное устройство распределения, обрабатывает прием, распределение, управление и защиту электроэнергии, и применимо к различным уровням напряжения и конфигурациям сетей. Различия между ними можно свести к шести аспектам:

1. Сценарии применения
КРУ обычно развертываются в распределительных сетях до 10 кВ, подходят для городских сетей и промышленных объектов, требующих кольцевого питания. Типичное применение — система двойного питания в торговых центрах, где КРУ образуют замкнутый контур, позволяя быстро переключать пути питания при сбоях на линии. Коммутационное оборудование имеет более широкий диапазон применения, охватывая уровни напряжения от 6 кВ до 35 кВ. Оно может использоваться на высоковольтной стороне подстанций или в помещениях низковольтного распределения. Например, высоковольтное коммутационное оборудование требуется в исходящих фидерах от основного трансформатора на тепловой электростанции.

2. Структурное составление
КРУ обычно используют газовую изоляцию, с SF6 в качестве изолирующего среды. Типичные компоненты включают трехпозиционные разъединители, выключатели нагрузки и комбинации предохранителей. Их модульный дизайн уменьшает объем более чем на 40% по сравнению с традиционным коммутационным оборудованием; например, ширина КРУ XGN15-12 составляет всего 600 мм. Коммутационное оборудование обычно использует воздушную изоляцию, с стандартной шириной шкафа 800–1000 мм. Внутренние компоненты включают выключатели, трансформаторы тока и устройства релейной защиты. Например, металлическое закрытое коммутационное оборудование KYN28A-12 оснащено выкатным тележкой выключателя.

3. Функции защиты
КРУ обычно полагаются на ограничивающие ток предохранители для защиты от короткого замыкания, с номинальными токами отключения до 20 кА, но не имеют точных систем релейной защиты. Коммутационное оборудование оснащено микропроцессорными реле защиты, обеспечивающими функции, такие как трехступенчатая защита от перегрузки по току, защита от нулевой последовательности и дифференциальная защита. Например, определенная модель коммутационного оборудования обеспечивает операцию защиты от перегрузки по току за 0,02 секунды, что позволяет селективное отключение с помощью вакуумных выключателей.

4. Расширяемость
КРУ используют стандартизированные интерфейсы, что позволяет расширять их до шести входящих/исходящих цепей. Они могут быть быстро подключены через шины-соединители — некоторые модели могут быть расширены менее чем за 30 минут. Из-за высокой степени интеграции функций, расширение коммутационного оборудования часто требует замены целых шкафов или добавления новых отсеков, с типичным временем модернизации, превышающим 8 часов.

5. Механизмы управления
КРУ обычно используют пружинные выключатели нагрузки с крутящим моментом менее 50 Н·м и видимыми точками разрыва. Например, ручка управления одной модели КРУ ограничивается поворотом на 120°, чтобы предотвратить ошибочное управление. Выключатели коммутационного оборудования оснащены электрическими механизмами управления; например, пружинный механизм может быть заряжен менее чем за 15 секунд и включает механические блокировки для обеспечения правильной последовательности операций.

6. Затраты на обслуживание
Ежегодные затраты на обслуживание КРУ составляют около 2% стоимости оборудования, в основном включая проверку давления газа SF6 и смазку механических частей. Затраты на обслуживание коммутационного оборудования достигают 5% стоимости оборудования, включая механические испытания выключателей и калибровку реле. Проектный случай показывает, что ежегодные профилактические испытания коммутационного оборудования требуют 8 человеко-часов на единицу.

Типовая конфигурация инженерных решений
Система распределения 10 кВ в промышленном парке использует восемь КРУ для формирования двойной кольцевой сети, каждое из которых оснащено DTU (терминалом распределения) для автоматической изоляции аварийного участка. В противоположность этому, одновременно построенная подстанция 110 кВ использует 12 единиц коммутационного оборудования в своих исходящих фидерах 10 кВ, каждая из которых оснащена микропроцессорной защитой. Общие инвестиции показывают, что система на основе КРУ стоит примерно 60% от стоимости системы на основе коммутационного оборудования.

Выбор оборудования
При выборе необходимо учитывать требования к надежности. Когда необходима непрерывность питания, достигающая 99,99%, двойная кольцевая сеть с использованием КРУ может удовлетворить критерию N-1 безопасности. Для критически важных нагрузок, таких как операционные залы больниц, требуется коммутационное оборудование с автоматическими системами двойного переключения питания, чтобы время прерывания питания оставалось менее 0,2 секунды.

Технологические тренды
Новые экологичные КРУ заменяют SF6 сухим воздухом, достигая эквивалентной изоляционной производительности с нулевым потенциалом глобального потепления. Интеллектуальное коммутационное оборудование интегрирует системы онлайн-мониторинга; одна модель может мониторить более 20 параметров (например, температуру контактов, механические характеристики) в реальном времени с частотой дискретизации до 1000 Гц.

Ответ и анализ

• Сценарии применения: КРУ (кольцевые распределительные сети) — 15%, коммутационное оборудование (системы с многими уровнями напряжения) — 15%

• Структурные особенности: газовая изоляция, модульное (КРУ) — 20%, воздушная изоляция, интегрированное (коммутационное оборудование) — 20%

• Системы защиты: защита на основе предохранителей (КРУ) — 10%, релейная защита (коммутационное оборудование) — 10%

• Расширяемость: быстрое соединение (КРУ) — 5%, замена всего шкафа (коммутационное оборудование) — 5%

• Механизмы управления: ручная зарядка пружины (КРУ) — 5%, электрическое управление (коммутационное оборудование) — 5%

• Затраты на обслуживание: низкое обслуживание (КРУ) — 5%, высокое обслуживание (коммутационное оборудование) — 5%

Анализ: Оценка подчеркивает структурные особенности и сценарии применения, так как они напрямую определяют выбор оборудования. Вес 20% для структурных особенностей отражает влияние различий в изоляции на размеры и пространственные требования оборудования — газовая изоляция уменьшает объем КРУ более чем на 35%, что является решающим фактором в ограниченных городских коридорах распределения. Вес 15% для сценариев применения подчеркивает незаменимость каждого устройства в системах с различными требованиями к надежности; например, центры данных требуют КРУ для создания резервных двойных сетей питания.