Unitats de distribució amb anell SF6 (RMUs): Mètodes actuals d'abastament elèctric perspectives de desenvolupament avantatges sobre l'armari electròtic metàl·lic i conclusions

Mètode actual d'abastament elèctric utilitzant unitats de maig principal amb SF6

Per millorar el rendiment de la xarxa, s'ha optimitzat més encara el disseny de les unitats de maig principal (RMUs) tradicionals amb SF6. Una característica clau de les RMUs de segona generació amb SF6 és l'ús d'un caixotanc de resina epoxi tancat i a terra, amb gas SF6 com a mitjà aïllant. Dos interruptors de càrrega de tres posicions i un circuit-breaker rotatiu d'arc de tres posicions s'integren en una sola unitat tancada, dotada d'una vòlvula de seguretat de descompressió. En cas de fallida en la extinció de l'arc, la vòlvula de seguretat allibera la pressió interna del caixotanc, assegurant la seguretat de l'operador davant de l'armari.

Degut a avantatges com un menor nombre de parts mòbils al sistema, un volum reduït de la cambra de gas tancada, una estructura compacta, funcionalitat completa i baix cost, aquestes RMUs han estat ampliament utilitzades durant la darrera dècada i han demostrat ser molt estables i segures. Monitoritzant i controlant remotament diverses RMUs de nodes clau en xarxes de distribució obertes, els usuaris poden tenir el subministrament elèctric restablert en minuts després d'una fallida, reduint significativament el temps d'identificació i aïllament de la fallida i minimitzant la pèrdua d'energia dels usuaris.

Perspectives de desenvolupament del mètode d'abastament elèctric amb RMUs de SF6

L'abastament elèctric amb anells de SF6, com a prototip i fase inicial de la distribució basada en xarxes, proporciona una base per assolir una major fiabilitat en el subministrament d'energia. La planificació "basada en xarxes", basada en la planificació detallada de control urbà i amb l'objectiu de satisfer les necessitats d'usuaris d'alta fiabilitat, representa un nou model "de baix a dalt" per a la planificació, construcció, operació i gestió de les xarxes de distribució.

A través de la planificació i transformació basades en xarxes, es pot augmentar convenientment la taxa mitjana d'utilització de l'equip de distribució, i es poden establir capacitats de transferència direccional dins i entre xarxes, maximitzant així el suport de les xarxes inferiors a les superiors. Això és significatiu per guiar de manera científica la construcció de les xarxes de distribució, assegurar un subministrament d'energia fiable, promoure un desenvolupament de qualitat de les xarxes de distribució i construir una xarxa de distribució robusta i intel·ligent caracteritzada per "disposició basada en xarxes, protecció refinada i accés còmode."

II. Avantatges de les RMUs aïllades amb SF6 sobre l'equips de commutació metàl·lic en "Cinc Prevencions" d'interlocks

En els sistemes d'abastament, la tecnologia d'interlocks de "Cinc Prevencions" (prevenció d'errònies commutacions, commutacions de càrrega, aterraments sota tensió, tancament amb aterrament, i entrada en compartiments energitzats) per a l'equip de commutació de alta tensió (especialment l'equip de commutació metàl·lic aïllat amb aire) ha madurat i s'ha diversificat. Els mètodes inclouen interlocks basats en microprocessadors que utilitzen seqüències preprogramades, interlocks mecànics, blocs de seqüència mecànics o combinacions d'aquests. No obstant això, encara existeixen algunes qüestions fàcilment negligides en la pràctica:

Prevenció d'operacions errònies dels interruptors d'aterrament en els armaris d'entrada de l'equip de commutació metàl·lic

Alguns equips de commutació metàl·lic disposen d'interruptors d'aterrament tant en els armaris d'eixida com d'entrada. Especialment per als equips de commutació alimentats per la part inferior, sovint es negligeix el risc d'operacions errònies dels interruptors d'aterrament. En contrast, les RMUs de SF6 eviten aquest problema inherentment gràcies als interlocks d'aterrament i lògics al costat d'entrada.

Prevenció d'operacions errònies en els compartiments del transformador energitzats

En l'equip de commutació metàl·lic utilitzat en subestacions modulars, la potència d'operació prové típicament del costat de baixa tensió del transformador. Quan el compartiment del transformador està energitzat, el bloqueig electromagnètic no es pot obrir; quan el compartiment està sense energia, tant l'indicador de presència de tensió com el bloqueig electromagnètic perdrien la seva font d'energia, encara impedint l'obertura. Això requereix una clau de liberació per desbloquejar manualment, creant un perillos.

Les RMUs de SF6 reemplacen el bloqueig electromagnètic amb un interruptor de límit de porta. El contacte normalment tancat d'aquest interruptor es connecta en sèrie amb el circuit de trip del compartiment del transformador, alimentat pel costat de baixa tensió. Un cop s'obre la porta del compartiment del transformador, l'interruptor de límit s'activa, desencadenant immediatament un trip per tallar la corrent, prevenint eficientment l'entrada en compartiments energitzats.

En resum, les RMUs de SF6 redueixen significativament la complexitat del disseny de "Cinc Prevencions" d'interlocks i minimitzen els riscos de ferits personals causats per omisions o fallides d'interlocks en l'equip de commutació metàl·lic. Combinat amb la característica inherent que les parts vives de alta tensió estan completament tancades i inaccessibles, les RMUs de SF6 destaquen més la seva superioritat en protegir tant el personal de manteniment professional com el no professional en comparació amb l'equip de commutació metàl·lic.

III. Avantatges operatius de les RMUs aïllades amb SF6 sobre l'equip de commutació metàl·lic

Aïllament total, sense manteniment

Totes les components vives principals (per exemple, interruptors de càrrega, barras de bus) de les RMUs de SF6 estan tancades dins de la cambra de gas SF6, immunes a factors ambientals externs com la humitat, la boira salina i el pols. Això assegura una alta fiabilitat i seguretat del personal, realitzant veritablement una operació sense manteniment. Les components nuclears poden durar fins a 20 anys sense manteniment, fent-les adequades per a sales de distribució sense supervisió.

Estructura compacta, economització d'espai

Les RMUs de SF6 són compactes i eficients en l'ús de l'espai, amb una amplada d'armari única de només 325mm (696mm per als armaris de mesura), reduint significativament la superfície ocupada en les sales de distribució i fent-les ideals per a ubicacions amb limitacions d'espai. L'equip de commutació i els armaris són completament ensamblats a la fàbrica amb punts de trencoll, permetent una instal·lació fàcil al lloc simplement col·locant l'armari.

Prenent com a exemple un projecte típic de sala de distribució de 10kV (doble entrada, sis eixides, secció de barra de repartiment):

• Utilitzant l'equip de commutació metàl·lic KYN28: es requereixen 10 unitats, cada una d'elles amb 800mm d'amplada i 1500mm de profunditat, àrea del cos principal 12㎡; considerant la clarícia d'operació i manteniment (1500mm frontal, 600mm posterior), àrea addicional 16.8㎡; àrea de la pantalla DC aproximadament 2㎡; àrea total aproximadament 30.2㎡.

• Utilitzant RMUs de SF6: es requereixen 9 bays, cada una d'elles amb 325mm d'amplada i 750mm de profunditat, àrea del cos principal 2.20㎡; considerant 600mm de clarícia de manteniment frontal (que també serveix com a passadís d'inspecció), àrea addicional 1.75㎡; no es necessita pantalla DC addicional (dispositius de protecció autonoms disponibles); àrea total aproximadament 3.95㎡. Comparat amb l'equip de commutació metàl·lic, això suposa un estalvi de 26.25㎡, demostrant una gran avantatge.

Alt nivell de protecció, forta adaptabilitat ambiental

Les RMUs de SF6 presenten una estructura totalment tancada, eliminant la necessitat de calentadors i prevenint la condensació. Les terminacions de cables són a prova d'aigua i tancades, permetent-ne l'operació fins i tot sota aigua. La cambra de gas d'inoxidable de l'equip de commutació (inclosos els fusibles de bornes) aconsegueix un índex de protecció IP67 i ha superat amb èxit proves internacionals d'operació energitzada sota aigua a una profunditat de 5 metres durant 24 hores.

En contraposició, l'equip de commutació metàl·lic és equipament interior, integrat amb circuit-breakers. Un accident en una unitat sovint afecta diversos dispositius i fins i tot pot escalat a un apagada general de la subestació. Les fallides recents dels circuit-breakers, especialment a nivells de 6–35kV, sovint es relacionen amb la degradació de l'aïllament en entorns humits, una mala estanquilitat, una distància de rampa insuficient i materials inadequats. Les RMUs de SF6, amb el seu disseny totalment tancat i apte per a exteriors, eviten naturalment aquests problemes i mantenen un subministrament d'energia fiable fins i tot en condicions adverses com els tifons costaners i les fortes plujes, demostrant una adaptabilitat ambiental considerablement superior.

Excel·lent rendiment elèctric, alt paràmetres tècnics

Els armaris de circuit-breakers poden aconseguir capacitat de ruptura de curt-circuit fins a 25kA; la vida mecànica dels interruptors de càrrega arriba a 5.000 operacions, molt més enllà del requisit estàndard nacional de 2.000 operacions.

Conclusió

Les unitats de maig principal han evolucionat des de les estructures inicials de bucle tancat a configuracions de bucle obert, passant per les RMUs de fusible immers en oli a les avançades RMUs de SF6 totalment aïllades d'avui. Els dissenys s'han optimitzat continuament, i la estabilitat s'ha millorat constantment. En comparació amb l'equip de commutació metàl·lic, les RMUs de SF6 ofereixen avantatges significatius en seguretat, operació sense supervisió, economització d'espai, adaptabilitat a entorns durs, rendiment elèctric i paràmetres tècnics. Són ara ampliament utilitzades en sistemes d'abastament elèctric municipal, metro i edifici.