SF₆ vs. Vaste-geïsoleerde RMU's: Watter een is beter vir jou kragverspreidingsisteem?

1 Ringnetwerkvoorsiening en ringhoofeenhede

Met die voortgang van stedelike ontwikkeling neem die vraag na hoër betroubaarheid in kragverspreiding voortdurend toe, en 'n toenemende aantal gebruikers vereis twee of meer kragbronne. Die tradisionele "straalkragvoorsiening"-metode staan voor uitdagings soos moeilikhede met kabelinstallasie, ingewikkelde foute-opsporing, en onbuigsaamheid in roosteropgradering en -uitbreiding. Inteendeel, "ringnetwerkvoorsiening" maak dit moontlik vir kritiese laste om dubbele of meervoudige kragbronne te hê, vereenvoudig verspreidingslyne, fasiliteer kabellegging, verlaag die aantal swaarvlakke, verlaag foutekoerse, en maak foutelokalisering makliker.

1.1 Ringnetwerkvoorsiening

Ringnetwerkvoorsiening verwys na 'n konfigurasie waarin twee of meer uitgaande lyne van verskillende onderstasies of verskillende busbars van dieselfde onderstasie met mekaar verbind word om 'n geslote lus vir kragverspreiding te vorm. Sy hoofvoordeel is dat elke verspreidingsvertakking krag van beide kante van die ring kan ontvang. As een kant foute toon, kan krag steeds van die ander kant gevoorsien word. Alhoewel dit in 'n enkellus-modus bedryf, bereik elke vertakking effektief 'n dubbele-kragbronbetroubaarheidsvlak, wat die stelselbetroubaarheid aansienlik verhoog. In China volg stedelike ringnetwerkkragsisteme die "N−1 veiligheidskriterium", wat beteken dat as enige een van N lasse foute toon, die oorblywende N−1 lasse steeds sonder onderbreking of lasafskakeling veilig gevoorsien kan word.

1.2 Ringnetwerkverbindingskonfigurasies

(1) Basiese Ringverbinding: Enkele kragbron met die kabels wat 'n ring vorm, wat verseker dat aan ander lasse voortgehou word as een kabelgedeelte foute toon (sien Fig. 1).

(2) Ringverbinding van Verskillende Busbars: Twee kragbronne, tipies in 'n oop-lusmodus bedryf, bied hoë betroubaarheid en buigsame operasie (sien Fig. 2).

(3) Enkele Ringkonfigurasie: Kragbronne afkomstig van verskillende onderstasies of busbars; instandhouding op enige kabelgedeelte onderbreek nie krag aan enige las nie (sien Fig. 3).

(4) Dubbele Ringkonfigurasie: Elke las word deur twee onafhanklike ringnetwerke gevoorsien, wat uitermate hoë betroubaarheid bied (sien Fig. 4).

(5) Dubbele Verteenswoordiging "T"-Verbinding: Twee kabellyne verbonden aan verskillende busbarafdelings, wat elke las laat krag van beide lyne ontvang. Hierdie konfigurasie verseker naby-ononderbroke kragvoorsiening vir dubbele-brongebruikers en is spesifiek geskik vir kritiese toepassings (sien Fig. 5).

1.3 Ringhoofdeenheid en Hul Karakteristieke

'n Ringhoofdeenheid (RHE) is 'n swaarvlak wat in ringnetwerkkragsisteme gebruik word, tipies insluit belastingsnitvlers, skakelaars, fusiesnitvler-kombinasies, buskopple, meettoestelle, spanningsoversetters, of enige kombinasie daarvan. RHE's is kompak, spaar plek, koste-effektief, maklik om te installeer, en vinnig om in werking te stel, en bevredig die vraag na "apparaat miniaturisering." Dit word wyd gebruik in woongemeenskappe, openbare geboue, klein en mediumonderneming onderstasies, sekondêre swaarvlakstasies, sokkelonderstasies, en kabelverdelingskassies.

1.4 Tipes Ringhoofdeenheid

• Luggeïsoleerde RHE's: Gebruik lug as die geïsoleerde medium; hierdie eenhede is groot in grootte, benodig meer plek, en is vatbaar vir omgewingsinvloede.

• SF₆ RHE's: Gebruik sulp heksafluoride (SF₆) gas as beide geïsoleerde en boogblusmedium. Die hoofskakelaar is in 'n metaalomhulling gevul met SF₆ geseël, terwyl die bedieningsmekanisme buite geleë is. Die geslote ontwerp verminder omgewingsimpakte en maak 'n aansienlik kleiner voetspoor moontlik vergeleke met luggeïsoleerde eenhede. SF₆ RHE's is tans die mees wyd gebruikte tipe.

• Vaste geïsoleerde RHE's: Gebruik vaste geïsoleerde materiale (bv. epoxyresine) om die skakelaars en alle lewendige dele te inkapsel en te giet. Hierdie ontwerp verminder fase tot fase en fase tot grond geïsoleerde afstande, wat kompakte dimensies vergelykbaar met SF₆ RHE's lei. Dit elimineer ook SF₆ emissies en kan vry van instandhouding bedryf word.

2 Beperkings van SF₆ Ringhoofdeenheid

SF₆ dra 'n groot bydrae tot die broeikaseffek. Ten spyte van sy uitsonderlike elektriese eienskappe—soos hoë dielektriese sterkte, effektiewe boogblussing, goeie termiese stabiliteit, en sterke elektro-negativiteit—en sy ongevoeligheid teen vochtigheid, besoiling, en hoë hoogtes, wat dit ideaal maak vir kompakte elektriese toerusting, word SF₆ erken as 'n potente broeikasgas. Ongeveer 80% van globale SF₆ produksie word in die kragindustrie gebruik. Both the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) classify SF₆ as one of the most harmful greenhouse gases. The EU F-Gas Regulation (2006) prohibits the use of SF₆ in most applications, except where no viable alternatives exist for electrical switchgear.

Verder behels SF₆ RHE's hoë gebruikskomplikasie en aansienlike beleggings, wat verskeie hulpstoetstoestelle benodig:

• SF₆ lekdeteksiesisteme vir die monitering van gaslek, konsentrasie, suurstofvlakke, en vochtingehalte.

• SF₆ herwinningstoerusting: Tydens boogonderbreking word byprodukte soos SF₄ gegenereer; dus, by einde van leeftyd moet nie net residuële SF₆ herwin word nie, maar giftige byprodukte moet ook spesiaal behandel word.

• SF₆ verduidelikingstelsels om die gas te skoonmaak en hergebruik.

• Ventilasiesisteme in onderstasies.

Wanneer SF₆ RHE's gebruik word, moet die volgende maatreëls nagekom word:

• Minimeer SF₆-lekke. Alhoewel SF₆ RHE's oordruk-geseëlde omhullings gebruik, is gaslek onvermydelik. Vermindering in gasdruk verlaag skakelbetroubaarheid, wat direk personeelse veiligheid bedreig en toerustingselewys verkort.

• Personeel moet gedwonge ventilasie uitvoer en spesifieke beskermende toerusting druk voordat hulle in onderstasies met SF₆-toerusting binne gaan.

• Operasies is kompleks, wat grondige en herhaalde opleiding van relevante personeel vereis.

3 Eienskappe en Toepassings van Vaste Geïsoleerde Ringhoofdeenheid

Die potensiële omgewingsgevaars geassosieer met SF₆ ringhoofdeenheid (RHE) het hul verdere ontwikkeling beperk, wat die soektog na SF₆-alternatiewe 'n sleutelnavorsingsfokus regoor die wêreld gemaak. Vaste geïsoleerde RHE's is eers ontwikkel en bekendgestel deur die Eaton Corporation van die Verenigde State aan die einde van die 1990's. Hierdie eenhede produseer geen skadelike gase tydens operasie nie, het geen omgewingsimpakte nie, bied hoër betroubaarheid, en bereik werklike vry van instandhouding operasie.

'n Vaste geïsoleerde RHE integreer vakuumonderbreekers, afsluiters, grondswake, hoofgeleierye, vertakking busbars, of kombinasies daarvan, ingekapsel binne epoxyresine of ander vaste geïsoleerde materiale. Hierdie komponente is in volledig geïsoleerde en volledig geseëlde funksionele module gestel wat herbekombiniseer of uitgebrei kan word. Geleiery of semi-geleiery afskermingslae word op die buite oppervlakke van module wat toegangbaar is vir personeel aangebring, wat betroubare gronding verseker.

3.1 Eienskappe van Vaste Geïsoleerde Ringhoofdeenheid

(1) Omgewingsvriendelike Ontwerp. Hierdie eenhede gebruik nie SF₆ as isolasie of boogblussing medium nie. In plaas daarvan gebruik hulle vakuumonderbreekers vir skakeling en omgewingsbenadeelde, herwinbare materiale vir primêre isolasie. Deur die aantal komponente te verminder, verseker hulle lae energieverbruik en verminder foutekoerse tydens operasie.

(2) Werklik Vry van Instandhouding. Vaste geïsoleerde RHE's elimineer die behoefte aan SF₆-drukbesluiters. Interne isolasie en boogonderbreking is afhanklik van vakuumtegnologie, terwyl eksterne isolasie vaste materiale soos isolerende huistoeë gebruik. Deur middel van gegoot tegnologie, word die vakuumonderbreekers, hoofgeleierye, en isolasieondersteunings geïntegreer in 'n enkele eenheid geseël binne 'n metaalomhulling, wat prestasie ongevoelig maak vir eksterne omgewingsfaktore. Die volledig geïsoleerde en geseëlde struktuur elimineer die behoefte aan SF₆-lekdeteksie, gasaanvulling, en afvalverwerking, wat werklike vry van instandhouding operasie moontlik maak.

(3) Hoë Koste-effektiwiteit. Alhoewel die aanvanklike belegging vir vaste geïsoleerde RHE's ligte hoër is as vir SF₆ RHE's, is die totale lewensikost aansienlik laer, soos getoon in Tabel 1. Gebruikers oorweeg steeds meer alomvattende faktore soos veiligheidsrisiko's, kragkwaliteit, kostebeheer, en duurbaarheid—niet net die aanvanklike koopprys—maar ook die totale koste van besit. Die akkumuleerde koste van instandhouding, gasaanvulling, lekbestuur, en einde van leeftyd herwinning vir SF₆ RHE's kan nader aan hul aanvanklike koopprys kom, terwyl vaste geïsoleerde RHE's geen addisionele koste na installasie benodig nie. Dus, van 'n langtermynperspektief, bied vaste geïsoleerde RHE's beter ekonomiese voordele.

(4) Kompakte Struktuur. Ontwerp om so kompakt moontlik te wees terwyl veiligheid en gemak van operasie verseker word, het hierdie eenhede 'n kleiner voetspoor en volume as selfs SF₆ RHE's, wat gebruikers help om plek te bespaar en direkte ekonomiese voordele te bereik.

(5) Intern Boogfaal Bestandheid, Verbeterde Veiligheid en Betroubaarheid. Volgens Exnis-rapporteer vind betekenisvolle verliese as gevolg van interne boog in primêre en sekondêre swaarvlakke ten minste een keer per jaar plaas. Die meeste vaste geïsoleerde RHE's sluit boogbestandheid in wat die impak van interne bogen minimiseer, wat veiliger en betroubaarder operasie verseker.

(6) Sigtbare Isolasie Gape. Uitgerus met waarnemingsvensters, laat hierdie eenhede direkte visuele inspeksie van die drie-posisie afsluitkontakte toe, wat sigtbaar breukpunte verseker en operateur se veiligheid verhoog.

(7) Intelligente Vermoëns. Vaste geïsoleerde RHE's is meer geneig om aan pas te pas vir verspreidingsoutomatisering. Deur die installasie van verspreidings-eindterminals (DTU's) en kommunikasiestoeë, kan funksies soos statusmonitering, afstandbediening ("vier-afstand" funksies), kommunikasie, selfdiagnose, en gebeurtenislogboek gemaklik geïmplementeer word.

3.2 Huidige Toepassingsstatus

Tans word die wye aanvaarding van vaste geïsoleerde RHE's beperk deur hul relatief hoë koste en komplekse vervaardigingsprosesse. Hul vervaardiging vereis hoër tegniese presisie as SF₆-geïsoleerde RHE's. Ongedate vervaardigingstegnieke kan lei tot groter isolasierisiko's, hoër foutekans, en verhoogde risiko's in vergelyking met SF₆ RHE's, wat streng kontrole oor grondstowwekwaliteit en prosesstandaarde noodsaak. Daarbenewens is die bedraadkonfigurasies van vaste geïsoleerde RHE's minder buigsam, veral vir funksionele eenhede soos spanningsoversetters (PT) kassies en meetkassies, wat beperkte opsies bied en hul toepassing en ontwikkeling beperk.

Met die voortdurende optimalisering van vervaardigingsprosesse en toenemende standaardisasie, word die kwaliteit van vaste geïsoleerde RHE's meer stabiel, en pryse daal geleidelik. Sommige lande bied 5%–10% insentiewe vir produkte wat nie SF₆ gebruik nie om emissies te verlaag. Dit moedig gebruikers aan om totale lewensikost in ag te neem eerder as net die aanvanklike koopprys. Deur internasionale praktyke te volg, kan vaste geïsoleerde RHE's prioriteit kry in omgewingsgevoelige of nuwe projekte—soos woongemeenskappe, openbare geboue, en munisipale infrastruktuur—terwyl SF₆ RHE's geleidelik uitgefaseer word.

Ouer of einde van leeftyd SF₆ RHE's kan op 'n sistematiese manier vervang word op grond van vervaardigerspesifieke diensleeftyd. Subsidies vir gebruikers wat omgewingsvriendelike vaste geïsoleerde RHE's aanneem, kan verder bydra tot lewensikostoverweginge, bevorder produkadoptie, en bevorder omgewingsverantwoordelike tegnologieë. Met die groeiende omgewingsbewustheid, sal vaste geïsoleerde RHE's, as een van die alternatiewe vir SF₆ RHE's, geleidelik 'n deel van bestaande SF₆-eenhede vervang en wye toepassing vind, wat sterk markpotensiaal demonstreer.

4 Gevolgtrekking

Vaste geïsoleerde RHE's is tegnologies vergelykbaar met SF₆ RHE's en het unieke voordele soos nul skadelike emissies, werklike vry van instandhouding operasie, en laer totale lewensikost, wat hulle steeds aantrekliker maak vir gebruikers. Die State Grid Corporation of China's "First Catalog of Key New Technologies for Priority Promotion" (2011) het gestel dat, met inagneming van tendense na hoër tegniese betroubaarheid en strenger omgewingsvereistes, vaste geïsoleerde RHE's gereed is om SF₆ RHE's volledig te vervang.

Verder het die "Technical Specification for 12 kV Solid-Insulated Ring Main Units" uitgereik deur die State Grid Corporation in 2012 bevestig dat vaste geïsoleerde RHE's tegnologies in staat is om komplekse operasievereistes te bevredig en 'n nuwe rigting in RHE-ontwikkeling verteenwoordig, wat aktiewe bevordering verdien. Dit merk formele erkenning van vaste geïsoleerde RHE's deur die industrie en tegniese gemeenskap. As 'n haalbare alternatief vir SF₆ RHE's, sal vaste geïsoleerde RHE's geleidelik 'n deel van bestaande SF₆-eenhede vervang, wye toepassing vind, en uitstekende vooruitsigte vir toekomstige ontwikkeling demonstreer.