تطبيقات الحالية واتجاهات المستقبل لوحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بالتصلب

1. الحالة الحالية لتطبيق وحدات الحلقة الرئيسية المعزولة بالصلب في شبكات التوزيع ذات الجهد المتوسط

1.1 تطبيق واسع النطاق في المناطق السكنية الحضرية

تتألف المكونات الأساسية لوحدات الحلقة الرئيسية ذات الجهد المتوسط (RMUs) بشكل أساسي من مفاتيح الحمل والمصافح. توفر هذه الوحدات العديد من المزايا، بما في ذلك الهيكل البسيط والحجم الصغير والتكلفة المنخفضة نسبياً. بالإضافة إلى ذلك، تعمل على تحسين جودة الطاقة وتزيد من موثوقية وأمان التغذية الكهربائية. تشير الملاحظات إلى أن التيار المقنن الأقصى لوحدات RMUs ذات الجهد المتوسط هو 1250 أمبير، مع قيمة نموذجية تبلغ 630 أمبير. بناءً على وسائل العزل، يتم تصنيف وحدات RMUs عادةً إلى نوعين: العازلة بالهواء والعازلة بغاز SF₆. تستخدم بشكل أساسي لتوصيل تيارات الحمل وقطع تيارات القصر، وتوفر أيضاً بعض الوظائف التحكمية والحماية.

1.2 توفير فجوات عزل موثوقة بواسطة مفاتيح الحمل الفراغية

تشمل مفاتيح الحمل المستخدمة في وحدات RMUs العازلة بالهواء أربعة أنواع: مولدة الغاز ومضغوطة الهواء وفراغية وSF₆. من بين هذه، تُعد مفاتيح الحمل SF₆ المفاتيح الرئيسية في وحدات RMUs العازلة بالهواء. عادة ما يكون لمفاتيح الحمل الموجودة في الصناديق المغلقة ثلاثة مواقع تشغيل: قطع الحمل والتوصيل بالأرض الموثوق به والعزل الكهربائي.

1.3 تعزيز مستوى التطبيق العملي

عادةً ما تكون وحدات RMUs ذات تصميم متراص. نظرًا لهذه الخصائص، تحتوي معظم مفاتيح الحمل (غالبًا ما تكون مفاتيح ذات جهد عالٍ) على هيكل بسيط نسبيًا ومجهزة بمصافح ذات جهد عالي. يعتمد التشغيل الطبيعي لوحدات RMUs بشكل أساسي على مفاتيح الحمل، بينما يتم قطع تيارات القصر بشكل فعال بواسطة المصافح. يتم تحقيق الاستخدام الأمثل لمكونين هذين عبر استبدال مفتاح الدائرة بشكل محدود ضمن نطاقات القدرة المحددة.

2. اتجاهات التطوير والخصائص التقنية لوحدات الحلقة الرئيسية المعزولة بالصلب

2.1 تطبيق فعال للتكنولوجيا القطب المغلف

يتم استخدام راتنج الإيبوكسي كمادة عازلة رئيسية في العزل الصلب، مع استخدام الفراغ كوسط لإطفاء القوس الكهربائي. لتحقيق وظائف مثل عزل الحمل والتيار، يجب تشغيل الآلية التشغيلية بشكل صحيح للتحكم الفعال في نظام توزيع الطاقة، مما يوفر حماية إضافية للمعدات والأفراد. يقلل العزل الصلب بشكل كبير من المسافة العازلة بين الأطوار والأرض داخل المعدات الكهربائية، حيث يتم تقليص الفجوة العازلة بالهواء من 125 ملم إلى بضعة مليمترات فقط. بدون غاز SF₆، يتم تقليل الحجم الكلي مقارنة بالـ C-GIS التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم آلية تشغيل بسيطة نسبيًا لتقليل عدد المكونات، مما يعزز موثوقية المعدات.

2.2 الخصائص التقنية لوحدات RMUs المعزولة بالصلب

مقارنة بوحدات RMUs العازلة بالهواء مع مفاتيح SF₆ ووحدات RMUs العازلة بغاز SF₆، توفر وحدات RMUs المعزولة بالصلب عدة مزايا: أولاً، هيكل الصندوق أبسط. من خلال إزالة الأوعية الضاغطة وأدوات قياس الضغط وأدوات التعبئة وغيرها من المكونات المتعلقة بالغاز، يتم تحسين موثوقية وحدات RMUs بشكل كبير وتقليل تكاليف الصيانة وتحسين حالة التشغيل للمفتاح. ثانياً، يتم تجهيز المفتاح الرئيسي بمكون عازل، مما يوفر فجوة مرئية واضحة. يستخدم العزل الصلب بشكل أساسي أكمام راتنج الإيبوكسي وأنبوب العزل. هذه المواد تقلل بشكل فعال من تسييل SF₆ في المناطق الباردة وتقليل التأثيرات السلبية للتضخم الحراري في المناطق ذات درجات الحرارة العالية، مما يظهر قابلية تطبيق واسعة في البيئات القاسية.

3. القضايا التي تتطلب الانتباه في وحدات الحلقة الرئيسية المعزولة بالصلب

3.1 تقنية العزل والطلاء السطحي

وفقًا لآلية تكوين التفريغ الجزئي، فإن التفريغات الداخلية في العزل الصلب تحدث بشكل أساسي بسبب وجود فراغات. غالبًا ما تنطوي تقنيات الختم الحالية على تسخين القوالب المعدنية مسبقًا، وضع المكونات المحمصة في القالب، حقن البطيء تحت الفراغ، والتكاثف. هذا العملية ليست فقط غير فعالة ولكنها أيضًا باهظة الثمن. عدم إزالة الفقاعات بشكل كامل يمكن أن يؤدي إلى ظهور العديد من الفراغات في العزل الصلب، مما قد يتسبب في حدوث تفريغ جزئي أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى تشقق طويل الأمد للمكونات العازلة ويؤثر على التشغيل الآمن والموثوق للمعدات.

لذلك، يجب تقديم تقنية تغليف راتنج الإيبوكسي متقدمة وعالية الجودة وكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، بما أن التغطية السطحية تؤثر مباشرة على أداء المعدات، يجب التعامل مع مشكلة التغطية السطحية - أي تقنية التغطية السطحية - أثناء التصميم والإنتاج. الهدف من تغطية سطح مواد العزل بالمعدن هو توفير توصيل بالأرض موثوق للمكونات العازلة الصلبة، وتقليل تأثير العوامل البيئية، وتعزيز أداء المنتج. حالياً، لا تحصل نسبة كبيرة من وحدات RMUs المعزولة بالصلب المتاحة في السوق على معالجة سطحية مناسبة، مما يؤدي إلى مستويات عالية من التفريغ الجزئي في المنتجات الموردة.

3.2 نقص الخبرة في التشغيل والصيانة

تعتبر وحدات RMUs المعزولة بالصلب تقنية جديدة نسبياً. بسبب نقص الترتيبات العلمية والمعقولة للتشغيل التجريبي من قبل الشبكات الكهربائية، فإن حجم التشغيل الإجمالي الحالي صغير، والوقت التشغيلي قصير، والاتصالات مع الشبكات المحلية غير مكتملة. على سبيل المثال، في المناطق ذات الحرارة العالية والرطوبة العالية والسواحل ذات الأمطار العالية والتغيرات اليومية الكبيرة في درجات الحرارة، هناك قضايا عملية تحتاج إلى معالجة. يجب تجميع الخبرة العملية الشاملة على مستوى البلاد لإجراء تحسينات موجهة ومتقدمة لوحدات RMUs المعزولة بالصلب، وتعزيز باستمرار سلامة واستقرار المنتج.

3.3 تطوير معدات وحدات RMUs المعزولة بالصلب

في السنوات الأخيرة، مع تطور شبكة التوزيع الصينية بسرعة، تحسنت مستوى التقنية لنظام التوزيع بشكل كبير. تم استخدام غاز SF₆ بشكل واسع في وحدات RMUs ذات الجهد المتوسط. من وجهة النظر الحالية للتطور في الصين، يعتبر غاز SF₆ أفضل أداء عام. ومع ذلك، مع زيادة الوعي بالحفاظ على البيئة وأهمية الحفاظ على الطبيعة، فإن الاستخدام الواسع لغاز SF₆ في وحدات RMUs يشكل بعض المخاطر البيئية والمخاطر المحتملة على صحة الإنسان. لذلك، سيتم تقليل استخدام وحدات RMUs بغاز SF₆ وتعزيز وحدات RMUs المعزولة بالصلب كهدف رئيسي لتطوير المعدات الكهربائية ذات الجهد العالي. بدأت الشركات المحلية توقع هذا الاتجاه وبدأت تدريجياً في تطوير وإنتاج منتجات وحدات RMUs المعزولة بالصلب.

3.4 تحسين تصميم هيكل الوحدة العازلة

يجب أن يهدف تصميم هيكل الوحدة العازلة، بينما يلبي متطلبات الوظيفة والتفتيش والتركيب، إلى تقليل استهلاك المواد ومنع الإجهاد المتبق. يمكن أن يسبب الإجهاد المتبق تشققات داخلية وخارجية في مكونات العزل الصلب، مما يؤدي إلى حدوث تفريغ جزئي أثناء التشغيل واحتمالية حدوث انهيار العزل. لذا، من الضروري إجراء بحث عميق حول الهيكل العام والسمك والانتقالات في الوحدات العازلة، مع الأخذ في الاعتبار مفاهيم التبريد.

3.5 البحث والتصميم للطبقات العازلة

الهدف الرئيسي للتصميم الخارجي هو تخطيط التغطية المعدنية للأرض: أولاً، في حالة حدوث فشل في العزل، لحصر أعطال القصر بين الأطوار والأرض فقط، مما يقلل من طاقة القوس والمخاطر المرتبطة بالعطل؛ ثانيًا، للحفاظ على أداء العزل في أي بيئة دون الحاجة لتنظيف سطح الوحدة الخارجية، مما يضمن توزيع المجال الكهربائي ثابت حتى في حالة وجود أجسام معدنية غريبة داخل الصندوق.

4. اتجاهات التطوير للتكنولوجيا لوحدات الحلقة الرئيسية المعزولة بالصلب

4.1 تطوير مواد عازلة جديدة ذات أداء عالٍ

على الرغم من أن راتنج الإيبوكسي يعمل بشكل جيد كمادة عازلة صلبة، يمكن أن يضر عملية الصب في غرف إطفاء القوس بالسيراميك تحت الفراغ بالمواد الخام. لذا، من الضروري تطوير راتنجات إيبوكسي متقدمة تتجاوز خصائص المواد الحالية. في عام 2014، نشرت مجلة Science مقالاً عن اكتشاف بوليمر حراري جديد قابل للتدوير، مما يمثل تقدماً كبيراً في إعادة تدوير البلاستيك الحراري "بوليساليكيت". يظهر هذا البوليمر قابلية عالية لإعادة التدوير، مما يحل مشكلة عدم قابلية إعادة تدوير البلاستيك الحراري سابقاً. في العقد القادم، سيتم استخدام مواد حرارية قابلة للتدوير بشكل متزايد في المنتجات الجديدة.

4.2 البحث عن طرق الربط بين المكونات الداخلية

نظرًا لأن وحدات RMUs المعزولة بالصلب يتم تصنيعها عن طريق تغليف الموصلات الرئيسية والأجزاء المثبتة داخل العزل الصلب، فإن عدم المرونة للمكونات المدمجة يتطلب ربطًا معياريًا بين العناصر المختلفة المصبوبة. التكوين العام لوحدة RMU هو خطي، ويجب صب موصلات الربط مع راتنج الإيبوكسي، مما يتطلب درجة معينة من الحرية أثناء الترشيد المنتج. لمعالجة هذا، تم اقتراح تقنية واجهة باستخدام مادة السيليكون المطاطية لربط البوابات بالموصلات. هذه الطريقة تسمح بالقياسية، مما يسمح بتوصيل المكونات بشكل مترابط وتكوينها بشكل معقول، مما يقلل من تعقيد تصميم الغلاف العازل الكلي.

4.3 آفاق الترويج التجاري لوحدات RMUs المعزولة بالصلب

تميز وحدات RMUs المعزولة بالصلب بهيكل بسيط وحجم صغير وغير سام ولا يلوث البيئة وهو صديق للبيئة، مما يتوافق مع مفهوم التنمية الخضراء العالمي. ومع ذلك، لكي يكون المنتج ناجحاً، يجب أن يحقق الشركات المصنعة ربحاً من المبيعات، مما يجعل التطبيق التجاري محوراً رئيسياً. فهم ووفاء احتياجات المستخدمين أمر حاسم لتقديم منتجات جديدة بنجاح. يتم تحليل آفاق التطبيق لوحدات RMUs المعزولة بالصلب بناءً على احتياجات المستخدمين.

4.3.1 المنتجات التي تلبي احتياجات المستهلكين

خلال الاستخدام، يحتاج المستخدمون أولاً إلى أن تكون معلمات المنتج التقنية متوافقة مع المعايير ذات الصلة (المواصفات الفنية، المعايير الوطنية والصناعة، وما إلى ذلك) والحصول على شهادة من صناعة الطاقة الوطنية. نظرًا لعدم وجود معايير محددة حاليًا للمنتجات المعزولة بالصلب، يجب على الشركات المصنعة مساعد في وضع معايير وطنية أو صناعية. وفقًا للتقارير، اعتبارًا من 31 ديسمبر 2002، تم تقديم مطالب بحوالي 15 مليون طن من المنتجات المعزولة بالصلب.

4.3.2 متطلبات المستخدمين العالية لمعدات الشبكة التوزيعية

تعتبر معدات التوزيع ذات الجهد المتوسط مكونًا أساسيًا يتم استخدامه على نطاق واسع في الشبكات الكهربائية. مع استمرار توسع البنية التحتية للشبكات، تزداد الحاجة لمعدات الجهد المتوسط كجسر بين الشبكات الرئيسية والمستخدمين النهائيين. يحتاج المستخدمون إلى منتجات ذات عمر خدمة طويل وقدرة عالية على التكيف مع البيئة، وتوافق مع معايير البيئة، وحجم صغير، وسهولة التركيب سريعًا، والاقتصادية والاستخدام المريح، والتاريخ الموثوق للعمل.

تحتوي وحدات RMUs المعزولة بالصلب على أبعاد متراصة، حيث يبلغ حجم وحدة مفتاح الحمل الواحد 860 مم (عمق) × 420 مم (عرض) × 1200 مم (ارتفاع) أو 850 مم (عمق) × 500 مم (عرض) × 1600 مم (ارتفاع). يقع حجمها بين حجم معدات العزل الهوائي. بناءً على الأداء التقني المذكور أعلاه، توفر وحدات RMUs المعزولة بالصلب سلامة شخصية محسنة. ومع ذلك، بسبب تاريخ التشغيل القصير نسبيًا، يوجد عدد محدود من الوحدات حاليًا في الخدمة في عدة مصانع صينية. نظرًا لقلة البيانات التشغيلية، فإنه من المستحيل حاليًا تقييم الشيخوخة لعزل الإيبوكسي أو تحديد دورة التفتيش.

بعض الشركات المصنعة المحلية تضمن عمرًا مفيدًا للمنتج لأكثر من 20 عامًا من خلال مرافق الإنتاج المتقدمة (ورش العمل، القوالب، واللحام بالليزر الآلي). هذا يمثل ميزة تنافسية. اقتصاديًا، يتطلب إنتاج أغلفة العزل الصلب حاليًا استثمارات كبيرة في المعدات المتخصصة والقوالب والمواد، مما يؤدي إلى ارتفاع الأسعار في السوق. بالإضافة إلى ذلك، مع التركيز الأساسي لنظم الطاقة على المناقصات بأقل الأسعار، أصبحت وحدات RMU بغاز SF₆ أكثر تنافسية من حيث التكلفة، مما يجعل من الصعب على وحدات RMUs المعزولة بالصلب السيطرة على السوق في المدى القصير.

4.3.3 متطلبات البيئة للمنتج

في معظم المناطق، يحتاج المستخدمون إلى بيئة تشغيلية طبيعية لا تتجاوز 40 درجة مئوية ولا تنخفض عن -10 درجة مئوية. ومع ذلك، مع زيادة تكرار الكوارث الطبيعية على مستوى العالم، ارتفعت متطلبات المستخدمين. على سبيل المثال، يجب أن تكون وحدات RMUs المثبتة في البيئات القاسية مغلقة تمامًا وخالية من الصيانة، مما يضمن العزل الكامل. يجب أن تظهر معدات المقاطع الكهربائية قدرة عالية على التكيف مع البيئة، ومقاومة الغبار والرطوبة، وحماية ضد الغمر القصير، ومقاومة أعلى للاهتزاز.

يزيد صب المكونات الداخلية للمقاطع الكهربائية براتنج الإيبوكسي بشكل كبير من قوة العزل الكهربائي للمواد العازلة، مما يمنع التدهور بسبب الاهتزاز أثناء النقل والاستخدام. مقارنة بالمنتجات RMU العازلة بالغاز، أجرت بعض الشركات المصنعة اختبارات في منطقة تشينغهاي والمناطق الساحلية الرطبة وفي ارتفاعات حوالي 4000 متر، مما يحقق تصنيف حماية IP68. لذلك، تلبي منتجات وحدات RMUs المعزولة بالصلب بشكل أفضل متطلبات البيئة.

5. الخاتمة

بناءً على الحالة الحالية للتطور لوحدات RMUs المعزولة بالصلب في الصين، تعتبر تقنية العزل ناضجة نسبيًا، وتتعامل بشكل فعال مع نقاط الضعف في وحدات RMUs العازلة بالهواء والغاز، وهي مناسبة للبيئات الخاصة مثل المناطق ذات الارتفاعات العالية. يمكن أن يؤدي تبني وحدات RMUs المعزولة بالصلب إلى تعزيز تطور شبكة الطاقة في الصين ومساهمة في التنمية الاقتصادية والاجتماعية المستدامة. مع الاهتمام المتزايد بالحفاظ على البيئة، يمكن القول بثقة أن لوحدات RMUs المعزولة بالصلب آفاق تطبيق واسعة.