SF₆ vs. твърдоизолирани RMUs: Кое е по-добро за вашата система за разпределение на електроенергия?
1 Мрежово снабдяване с електроенергия и мрежови основни агрегати
С напредъка на урбанизацията, потребността за по-висока надеждност в разпределението на електроенергията продължава да расте, и все повече потребителите изискват две или повече източници на снабдяване. Традиционният метод на „радиално снабдяване“ с електроенергия се сблъсква с предизвикателства като трудности при монтажа на кабели, сложна диагностика на дефекти и липса на гъвкотост при модернизацията и разширяването на мрежата. В сравнение, „мрежовото снабдяване с електроенергия“ позволява двойно или множествено снабдяване на ключови натоварвания, опростява разпределителните линии, облекчава прокладката на кабели, намалява броя на комутационната апаратура, намалява вероятността за дефекти и облекчава локализацията на дефекти.
1.1 Мрежово снабдяване с електроенергия
Мрежовото снабдяване с електроенергия се отнася до конфигурация, при която две или повече изходящи линии от различни подстанции или различни шинопроводи на една и съща подстанция са свързани, за да образуват затворена петля за разпределение на електроенергия. Основното му преимущество е, че всяка разпределителна клонка може да получи енергия от двете страни на мрежата. Ако едната страна се дефектосира, енергията все още може да бъде доставена от другата страна. Макар и да работи в режим на единична петля, всяка клонка ефективно достига ниво на надеждност на двойно снабдяване, което значително подобрява надеждността на системата. В Китай, градските мрежови системи за снабдяване следват критерия за безопасност „N−1“, т.е. ако един от N натоварвания се дефектосира, останалите N−1 натоварвания могат все още да бъдат сигурно снабдени без прекъсване или ограничение на натоварването.
1.2 Конфигурации на мрежови връзки
(1) Базова мрежова връзка: Един източник на енергия, кабелите формират мрежа, гарантирайки продължаващо снабдяване на другите натоварвания, ако една секция на кабела се дефектосира (виж фиг. 1).
(2) Мрежова връзка от различни шинопроводи: Два източника на енергия, обикновено работещи в режим на отворена петля, предлагат висока надеждност и гъвкава работа (виж фиг. 2).
(3) Еднопетлева конфигурация: Източници на енергия, произлизащи от различни подстанции или шинопроводи; поддръжката на всяка секция на кабела не прекъсва снабдяването на някое натоварване (виж фиг. 3).
(4) Двупетлева конфигурация: Всяко натоварване се снабдява от две независими мрежови петли, осигурявайки изключително висока надеждност (виж фиг. 4).
(5) Двойно снабдяване с двойна „T“ връзка: Две кабелни линии, свързани с различни секции на шинопровод, позволяващи на всяко натоварване да получава енергия от двете линии. Тази конфигурация осигурява почти непрекъснато снабдяване на потребителите с двойно снабдяване и е особено подходяща за критични приложения (виж фиг. 5).
1.3 Мрежови основни агрегати и техни характеристики
Мрежовият основен агрегат (МОА) е комутационна апаратура, използвана в мрежови системи за снабдяване, обикновено включваща комутатори за натоварване, автомати, комбинации от предпазни и комутационни устройства, соединители на шинопроводи, измервателни устройства, трансформатори на напрежение или каквато и да е комбинация от тях. МОА са компактни, спестяващи пространство, икономически, лесни за инсталиране и бързо влизат в експлоатация, удовлетворявайки потребността за „миниатюризация на оборудването“. Те са широко използвани в жилищни общности, обществени сгради, малки и средни предприемачески подстанции, вторични преходни станции, контейнерни подстанции и кабелни разпределителни кутии.
1.4 Видове мрежови основни агрегати
Въздушно изолирани МОА: Използват въздуха като изолираща среда; тези агрегати са големи, изискват повече пространство и са чувствителни към околната среда.
SF₆ МОА: Използват газ SF₆ като изолираща и гасеща среда. Главният комутатор е запечатан в метален корпус, пълен с SF₆, докато оперативната механика е разположена вън. Запечатаната конструкция минимизира околната среда и позволява значително по-малко занимаемо пространство в сравнение с въздушно изолираните агрегати. SF₆ МОА в момента са най-широко използваните типове.
Твърдо изолирани МОА: Използват твърди изолиращи материали (например епоксидна смола) за обвиване и заливане на комутаторите и всички живи части. Тази конструкция намалява разстоянията между фази и между фаза и земя, водейки до компактни размери, сравними с тези на SF₆ МОА. Освен това те елиминират емисиите на SF₆ и могат да постигнат безподдръжна работа.
2 Ограничения на SF₆ мрежовите основни агрегати
SF₆ е основен доприносител към парниковия ефект. Въпреки отличните му електрически свойства - като висока диелектрична сила, ефективно гасене на дъга, добра термална стабилност и силна електронегативност - и неговата невъзприемчивост към влажност, замърсяване и високи възлияния, правейки го идеален за компактно електрическо оборудване, SF₆ е признат като мощен парников газ. Приблизително 80% от глобалното производство на SF₆ се използва в електроенергийната индустрия. И Интернационалният панел по климатични промени (IPCC), и Агенцията за защита на околната среда на САЩ (EPA) класифицират SF₆ като един от най-вредните парникови газове. Регламентът на ЕС за F-газове (2006) забранява използването на SF₆ в повечето приложения, с изключение на случаите, когато няма жизнеспособни алтернативи за електрическа комутационна апаратура.
Освен това, SF₆ МОА включват висока комплексност на използване и значителни инвестиции, изискващи различни вспомогателни устройства:
Системи за откриване на утечки на SF₆ за мониторинг на утечки, концентрация, ниво на кислород и влажност.
Оборудване за възстановяване на SF₆: По време на прекъсване на дъга се генерира продукт като SF₄; така, в края на живота, не само остатъчният SF₆ трябва да бъде възстановен, но и токсичните продукти трябва да бъдат специално обработени.
Системи за очистка на SF₆ за почистване и повторно използване на газа.
Вентилационни системи в подстанциите.
При използване на SF₆ МОА, следва да се спазват следните мерки:
Минимизирайте утечките на SF₆. Въпреки че SF₆ МОА използват герметизирана конструкция с наддаване, утечките са неизбежни. Намаленото налягане на газа намалява надеждността на комутирането, което директно застрашава безопасността на персонала и съкращава живота на оборудването.
Персоналът трябва да извършва принудителна вентилация и да носи специални защитни средства преди да влезе в подстанции с SF₆ оборудване.
Операциите са сложни, изискващи тщателно и многократно обучение на съответния персонал.
3 Характеристики и приложения на твърдо изолираните мрежови основни агрегати
Потенциалните околните опасности, свързани с SF₆ мрежовите основни агрегати (МОА), ограничават техния по-нататъшен развой, като търсенето на алтернативи на SF₆ става ключов фокус на изследванията по цял свят. Първите твърдо изолирани МОА бяха разработени и въведени от американската корпорация Eaton към края на 1990-те години. Тези агрегати не произвеждат вредни газове по време на работа, нямат въздействие върху околната среда, предлагат по-висока надеждност и постигат истински безподдръжна работа.
Твърдо изолираните МОА интегрират вакуумни прекъсвители, комутатори за изключване, заземящи комутатори, главни проводници, клонови шинопроводи или комбинации от тях, обвивани в епоксидна смола или други твърди изолиращи материали. Тези компоненти са запечатани в напълно изолирани и напълно запечатани функционални модули, които могат да бъдат реорганизирани или разширени. На външните повърхности на модулите, достъпни за персонала, се прилагат проводящи или полупроводящи защитни слоеве, осигуряващи надеждно заземяване.
3.1 Характеристики на твърдо изолираните мрежови основни агрегати
(1) Еколо-приятен дизайн. Тези агрегати не използват SF₆ като изолираща или гасеща среда. Вместо това, те използват вакуумни прекъсвители за комутиране и еколо-приятни, рециклируеми материали за основна изолация. Чрез минимизиране на броя на компонентите, те осигуряват ниско енергийно потребление и намалена вероятност за дефекти по време на работа.
(2) Истинска безподдръжна работа. Твърдо изолираните МОА елиминират необходимостта от давления контейнер на SF₆. Вътрешната изолация и прекъсването на дъга зависят от вакуумна технология, докато външната изолация използва твърди материали като изолиращи корпуси. Чрез технологията за заливане, вакуумният прекъсвач, главният проводен път и изолиращите опори са интегрирани в единица, запечатана в метален корпус, като производителността им е независима от външни фактори. Напълно изолираната и запечатана конструкция елиминира необходимостта от откриване на утечки на SF₆, зареждане с газ и управление на отпадъци, позволявайки истинска безподдръжна работа.
(3) Висока икономическа ефективност. Въпреки че началната инвестиция за твърдо изолираните МОА е леко по-висока от тази за SF₆ МОА, общата стойност на жизнения цикъл е значително по-ниска, както е показано в таблица 1. Потребителите все повече вземат предвид комплексни фактори като рискове за безопасност, качество на енергията, контрол на разходите и устойчивост - не само началната цена, но и общата стойност на собствеността. Кумулативните разходи за поддръжка, зареждане с газ, управление на утечки и възстановяване в края на живота на SF₆ МОА могат да достигнат началната цена, докато твърдо изолираните МОА не изискват допълнителни разходи след инсталация. Така, от дългосрочна перспектива, твърдо изолираните МОА предлагат по-добри икономически предимства.
(4) Компактна конструкция. Проектирани да бъдат колкото е възможно по-компактни, докато се осигурява безопасност и лесна работа, тези агрегати имат по-малко занимаемо пространство и обем дори в сравнение с SF₆ МОА, помагайки на потребителите да спестят пространство и да постигнат пряко икономически предимства.
(5) Устойчивост срещу внутренни дъгови дефекти, подобряване на безопасността и надеждността. Според доклади на Exnis, значителни загуби, причинени от внутренни дъги в първични и вторични комутационни апарати, се случват поне веднъж годишно. Повечето твърдо изолирани МОА включват дизайни, устойчиви срещу дъги, които минимизират въздействието на внутренни дъги, осигурявайки по-безопасна и надеждна работа.
(6) Видими изолиращи интервали. Оборудвани с наблюдателни прозорци, тези агрегати позволяват директно визуално наблюдение на контактите на трипозиционни комутатори, осигурявайки видими точки на прекъсване и подобряване на безопасността на операторите.
(7) Интелигентни възможности. Твърдо изолираните МОА са по-лесно адаптируеми към автоматизация на разпределението. Чрез инсталиране на терминали за разпределение (DTU) и комуникационни устройства, лесно могат да бъдат реализирани функции като мониторинг на състояние, дистанционно управление ("четири-дистанционни" функции), комуникация, самодиагностика и запис на събития.
3.2 Съвременен статус на приложение
В момента, широкото приложение на твърдо изолираните МОА е ограничено от относително високите разходи и сложните производствени процеси. Техното производство изисква по-висока техническа точност от тази на SF₆ изолираните МОА. Недостатъчните производствени техники могат да доведат до по-голям риск от изолация, по-висока вероятност за дефекти и по-голяма опасност в сравнение с SF₆ МОА, което изисква строго контролиране на качеството на суровините и стандарти на процеси. Освен това, конфигурациите на кабелни връзки на твърдо изолираните МОА са по-малко гъвкави, особено за функционални единици като потенциални трансформатори (PT) и кабини за измерване, предлагайки ограничени опции и ограничавайки техното приложение и развитие.
С непрекъснатата оптимизация на производствените процеси и увеличаването на стандартизацията, качеството на твърдо изолираните МОА става по-стабилно, а цените се намаляват постепенно. Някои страни предлагат 5%-10% стимули за продукти, които не използват SF₆, за да намалят емисиите. Това насърчава потребителите да вземат предвид общата стойност на жизнения цикъл, а не само началната цена. Използвайки международни практики, твърдо изолираните МОА могат да бъдат приоритизирани в околните среди, чувствителни към околната среда, или нови проекти - като жилищни общности, обществени сгради и градска инфраструктура - докато постепенно се изфазира SF₆ МОА.
Стареещите или изчерпали жизнения си цикъл SF₆ МОА могат да бъдат систематично заменени въз основа на срок на служба, определен от производителя. Субсидии за потребителите, които приемат еколо-приятни твърдо изолираните МОА, могат да подкрепят разходите за жизнения цикъл, да насърчат приемането на продукта и да насърчат еколо-приятни технологии. С растящата еколо-съвест, твърдо изолираните МОА, като една от алтернативите на SF₆ МОА, ще постепенно заменят част от съществуващите SF₆ агрегати и ще намерят широко приложение, демонстрирайки силен потенциал на пазара.
4 Заключение
Твърдо изолираните МОА са технологично съпоставими с SF₆ МОА и притежават уникални предимства като нулеви вредни емисии, истинска безподдръжна работа и по-ниски общи разходи за жизнения цикъл, което ги прави все по-привлекателни за потребителите. „Първия каталог на ключови нови технологии за приоритетно промотиране“ (2011) на Государствената мрежа на Китай заяви, че, като се вземат предвид тенденциите към по-висока техническа надеждност и стриктни еколо-изисквания, твърдо изолираните МОА са готови да заменят напълно SF₆ МОА.
Освен това, „Техническата спецификация за 12 кВ твърдо изолираните мрежови основни агрегати“, издадена от Государствената мрежа на Китай през 2012, потвърди, че твърдо изолираните МОА са технически способни да удовлетворят сложните оперативни изисквания и представляват нова посока в развитието на МОА, които заслужават активно промотиране. Това маркира формалното признаване на твърдо изолираните МОА от индустрията и техническата общност. Като жизнеспособна алтернатива на SF₆ МОА, твърдо изолираните МОА ще постепенно заменят част от съществуващите SF₆ агрегати, постигайки широко приложение и демонстрирайки отлични перспективи за бъдещо развитие.
