Aktuelle Anwendungen und zukünftige Trends von festisolierten Ringkuppelstationen (RMUs)

1. Derzeitiger Anwendungsstatus von festschalengeisolten Ringkabelverteileranlagen in Mittelspannungsverteilnetzen

1.1 Weite Anwendung in städtischen Wohngebieten

Die Kernkomponenten von Mittelspannungsringkabelverteileranlagen (RMUs) bestehen hauptsächlich aus Lastschaltern und Sicherungen. Diese Einheiten bieten mehrere Vorteile, darunter eine einfache Struktur, kompakte Größe und relativ geringe Kosten. Darüber hinaus verbessern sie effektiv die Stromqualität und erhöhen die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromversorgung. Beobachtungen zeigen, dass die maximale Nennstromstärke für Mittelspannungs-RMUs 1250A beträgt, wobei ein typischer Wert 630A ist. Basierend auf den Isoliermedien werden RMUs in der Regel in zwei Arten unterteilt: luftgeisoliert und SF₆-Gas-geisoliert. Sie werden hauptsächlich zum Schalten von Lastströmen und Unterbrechen von Kurzschlussströmen verwendet und bieten auch bestimmte Steuer- und Schutzfunktionen.

1.2 Vakuum-Lastschalter-RMUs bieten zuverlässige Isolierungslücken

In luftgeisolten RMUs werden vier Arten von Lastschaltern verwendet: gaserzeugend, Druckluft, Vakuum und SF₆. Dabei dienen SF₆-Lastschalter als Hauptschalter in luftgeisolten RMUs. Die Lastschalter in abgedichteten Gehäusen haben in der Regel drei Betriebspositionen: Lastunterbrechung, zuverlässige Erdung und Schaltkreis-Isolation.

1.3 Verbesserter praktischer Anwendungsumfang

Im Allgemeinen haben RMUs eine kompakte Auslegung. Angesichts dieser Eigenschaft weisen die meisten Lastschalter (in der Regel Hochspannungsschalter) eine vergleichsweise einfache Struktur auf und sind mit Hochspannungssicherungen ausgestattet. Das normale Betreiben von RMUs basiert hauptsächlich auf Lastschaltern, während Kurzschlussströme durch Sicherungen wirksam unterbrochen werden. Die effektive Kombination dieser beiden Komponenten maximiert die Ersetzung von Leistungsschaltern, obwohl solche Ersetzungen auf bestimmte Kapazitätsbereiche beschränkt sind.

2. Entwicklungsrichtungen und technische Merkmale von festschalengeisolten Ringkabelverteileranlagen

2.1 Effektive Anwendung der ummantelten Stabtechnologie

Epoxyharz wird häufig als Hauptisoliermaterial in fester Isolierung verwendet, wobei Vakuum als Bogenlöschmedium dient. Um Funktionen wie Last- und Stromisolation effektiv zu erfüllen, muss das Betätigungselement korrekt betrieben werden, um eine effektive Kontrolle des Energieverteilungssystems zu ermöglichen und die Ausrüstung und die Personalsicherheit weiterhin zu schützen. Feste Isolierung reduziert signifikant den Phasen-Erde-Isolationsabstand innerhalb der Schaltanlagen, verkürzt Luftisolationslücken von 125mm auf nur wenige Millimeter. Ohne SF₆-Gas ist das Gesamtvolumen im Vergleich zu traditionellen C-GIS reduziert. Darüber hinaus führt die Verwendung eines vergleichsweise einfachen Betätigungselements effektiv zur Reduzierung der Bauteileanzahl, was die Zuverlässigkeit der Ausrüstung erhöht.

2.2 Technische Merkmale von festschalengeisolten RMUs

Im Vergleich zu luftgeisolten RMUs mit SF₆-Schaltern und SF₆-Gas-geisolten RMUs bieten festschalengeisolte RMUs mehrere Vorteile: Erstens ist die Gehäusestruktur einfacher. Durch die Eliminierung von Druckbehältern, Druckmessgeräten, Füllventilen und anderen gasbezogenen Komponenten wird die Zuverlässigkeit der RMUs erheblich verbessert, Wartungskosten verringert und der Betriebszustand des Schalters effektiv verbessert. Zweitens ist der Hauptschalter mit einer Isolierungskomponente ausgestattet, die eine klar sichtbare Trennung bietet. Feste Isolierung verwendet hauptsächlich Epoxyharz-Manschetten und Isolierrohre. Diese Materialien mildern effektiv die Flüssigwerdung von SF₆ in kalten Regionen und reduzieren negative Auswirkungen durch thermische Ausdehnung in heißen Gebieten, was eine breite Anwendbarkeit in extremen Umgebungen zeigt.

3. Probleme, die bei festschalengeisolten Ringkabelverteileranlagen beachtet werden müssen

3.1 Isolierung und Oberflächenbeschichtungstechnik

Laut dem Mechanismus der partiellen Entladungsbildung werden interne Entladungen in fester Isolierung hauptsächlich durch die Anwesenheit von Hohlräumen verursacht. Aktuelle Abdichtungstechniken beinhalten in der Regel das Vorheizen von Metallformen, das Platzieren vorheizter Komponenten in die Form, das langsame Einspritzen unter Vakuum und das Aushärten. Dieser Prozess ist nicht nur ineffizient, sondern auch kostspielig. Unvollständiges Blasenentfernen kann zu zahlreichen Hohlräumen in der festen Isolierung führen, was während des Betriebs zu partiellen Entladungen, langfristigen Rissen in Isolationskomponenten und Beeinträchtigungen der sicheren und zuverlässigen Betriebsfähigkeit der Ausrüstung führen kann.

Daher muss fortschrittliche, hochwertige und effiziente Epoxyharz-Ummantlungstechnologie eingeführt werden. Darüber hinaus beeinflusst die Oberflächenabschirmung direkt die Leistung der Ausrüstung, so dass das Problem der Oberflächenabschirmung - also die Oberflächenabschirmungstechnik - während des Designs und der Produktion angesprochen werden muss. Das Ziel der Metallisierung der Oberfläche von Isolationsmaterialien besteht darin, feste Isolationskomponenten zuverlässig zu erden, den Einfluss von Umweltfaktoren zu minimieren und die Produktleistung zu verbessern. Derzeit fehlt es bei einem erheblichen Teil der festschalengeisolten RMUs auf dem Markt an angemessener Oberflächenbehandlung, was zu hohen partiellen Entladungen in gelieferten Produkten führt.

3.2 Mangel an Betriebs- und Wartungserfahrung

Festschalengeisolte RMUs sind eine vergleichsweise neue Technologie. Aufgrund des Mangels an wissenschaftlichen und vernünftigen Probebetriebsarrangements durch Stromnetze ist das aktuelle Gesamt-Betriebsvolumen gering, die Betriebsdauer kurz und die Anbindung an Provinznetze unvollständig. Zum Beispiel müssen in Regionen mit hoher Temperatur, hoher Feuchtigkeit, an der Küste, mit hohem Niederschlag und großen täglichen Temperaturschwankungen praktische Probleme angegangen werden. Es muss landesweit umfassende Arbeitserfahrung gesammelt werden, um gezielte und zukunftsweisende Verbesserungen an festschalengeisolten RMUs durchzuführen und die Produktsicherheit und -stabilität kontinuierlich zu steigern.

3.3 Entwicklung von festschalengeisolten RMU-Ausrüstungen

In den letzten Jahren hat sich mit der raschen Entwicklung des chinesischen Verteilnetzes das technische Niveau des Verteilersystems erheblich verbessert. SF₆-Gas wird in Mittelspannungs-RMUs weit verbreitet eingesetzt. Aus der aktuellen Entwicklungsphase Chinas heraus bietet SF₆-Gas die beste Gesamtleistung. Mit dem zunehmenden Bewusstsein für Umweltschutz und die Bedeutung der Naturschutzmaßnahmen stellt jedoch die umfangreiche Verwendung von SF₆-Gas in RMUs gewisse Umweltgefahren und potenzielle Risiken für die menschliche Gesundheit dar. Daher wird die Reduzierung der Nutzung von SF₆-Gas-RMUs und die Förderung von festschalengeisolten RMUs ein primäres Ziel für die Entwicklung von Hochspannungsschaltanlagen sein. Inländische Hersteller haben diesen Trend erkannt und haben allmählich begonnen, festschalengeisolte RMU-Produkte zu entwickeln und herzustellen.

3.4 Optimierung des Isolationsmodul-Strukturdesigns

Das Strukturdesign von Isolationsmodulen muss, während es funktionalen, Prüf- und Installationsanforderungen gerecht wird, darauf abzielen, den Materialverbrauch zu reduzieren und Restspannungen zu verhindern. Die Anwesenheit von Restspannungen kann zu internen und externen Rissen in festschaligen Isolationskomponenten führen, was während des Betriebs zu partiellen Entladungen und potenziellen Isolationsbrüchen führt. Daher ist eine eingehende Untersuchung der Gesamtstruktur, Dicke und Übergänge von Isolationsmodulen notwendig, wobei Wärmeableitungskonzepte berücksichtigt werden müssen.

3.5 Forschung und Design von Abschirmungsschichten

Das Hauptziel des äußeren Designs besteht darin, metallische Abschirmung und Erdung zu planen: erstens, um im Falle eines Isolierungsversagens Kurzschlussfehler auf Phase-Erde einzuschränken, um Bogenenergie und Fehlerrisiko zu reduzieren; zweitens, um die Isolierleistung in jeder Umgebung ohne Reinigung der Außenseite des Moduls zu erhalten, um die elektrische Feldverteilung unverändert zu halten, selbst wenn metallische Fremdkörper im Gehäuse vorhanden sind.

4. Entwicklungsrichtungen für festschalengeisolte Ringkabelverteileranlagen-Technologie

4.1 Entwicklung neuer hochleistungsfähiger Isoliermaterialien

Obwohl Epoxyharz als fester Isolierstoff gut funktioniert, kann der Gießprozess in Vakuum-Keramik-Bogenlöschkammern Rohstoffe beschädigen. Daher ist es wesentlich, fortschrittliche Epoxyharze zu entwickeln, die die Eigenschaften der aktuellen Materialien übertreffen. Im Jahr 2014 veröffentlichte die Zeitschrift Science einen Artikel über die Entdeckung eines neuen recycelbaren Thermosettkunststoffs, was einen bedeutenden Fortschritt in der Recyclingfähigkeit von "Polysalicylat"-Thermosettkunststoffen markiert. Dieser Polymer zeichnet sich durch eine hohe Recyclierbarkeit aus und löst das Problem, dass Thermosettkunststoffe bisher nicht recycelbar waren. In den nächsten zehn Jahren werden neue Produkte zunehmend recycelbare Thermosettkunststoffe verwenden.

4.2 Forschung zu Verbindungsarten zwischen internen Komponenten

Da festschalengeisolte RMUs durch Ummanteln von Hauptkreisleitern und Montageteilen in fester Isolierung hergestellt werden, erfordert die Unbeweglichkeit eingebetteter Komponenten standardisierte Verbindungen zwischen verschiedenen gegossenen Elementen. Die Gesamtstruktur des RMUs ist linear, und Verbindungsdrahtleiter müssen mit Epoxyharz gegossen werden, was während der Produktvernunftgewinnung eine gewisse Freiheit erfordert. Um dies zu bewältigen, wird eine Schnittstellen-Technologie vorgeschlagen, die Silikonkautschukmaterial für Verbindungen von Tor zu Leiter verwendet. Diese Methode ermöglicht Standardisierung, wodurch Komponenten miteinander verbunden und vernünftig konfiguriert werden können, was die Designkomplexität des gesamten isolierten Gehäuses reduziert.

4.3 Marktförderungsaussichten für festschalengeisolte RMUs

Festschalengeisolte RMUs weisen eine einfache Struktur, kompakte Größe, Toxizität, schadstofffreie Betriebsweise und Umweltfreundlichkeit auf, was dem globalen grünen Entwicklungsansatz entspricht. Für den Erfolg eines Produkts müssen jedoch Hersteller Gewinne aus dem Verkauf erzielen, wodurch die Marktanwendung ein Schlüsselaspekt ist. Das Verständnis und die Erfüllung der Bedürfnisse der Nutzer sind entscheidend für die erfolgreiche Einführung neuer Produkte. Die Anwendungsaussichten von festschaligen Produkten werden auf der Grundlage der Anforderungen der Nutzer analysiert.

4.3.1 Produkte, die den Bedürfnissen der Verbraucher entsprechen

Während des Gebrauchs fordern Nutzer zunächst, dass die technischen Parameter des Produkts den relevanten Standards (technischen Spezifikationen, nationalen und brancheninternen Standards usw.) entsprechen und die Zertifizierung durch die nationale Energieindustrie erhalten. Da derzeit keine spezifischen Standards für festschalige Produkte existieren, müssen Hersteller dabei helfen, nationale oder brancheninterne Standards zu etablieren. Es wird berichtet, dass bis zum 31. Dezember 2002 Ansprüche für etwa 15 Millionen Tonnen festschaliger Produkte eingereicht wurden.

4.3.2 Hohe Anforderungen der Nutzer an Verteilnetzprodukte

Mittelspannungsausrüstung ist ein grundlegendes, weit verbreitet in Stromnetzen genutztes Bauteil. Mit der kontinuierlichen Ausweitung der Netzinfrastruktur wächst die Nachfrage nach Mittelspannungsausrüstung als Brücke zwischen Hauptnetzen und Endnutzern. Nutzer fordern Produkte mit langer Lebensdauer, hoher Umweltanpassungsfähigkeit, Compliance mit Umweltstandards, kompakter Größe, einfacher und schneller Installation, wirtschaftlicher Eignung und einer zuverlässigen Betriebshistorie.

Festschalengeisolte RMUs haben kompakte Abmessungen, wobei einzelne Lastschalterschrankeinheiten 860mm (Tiefe) × 420mm (Breite) × 1200mm (Höhe) oder 850mm (Tiefe) × 500mm (Breite) × 1600mm (Höhe) messen. Ihre Größe liegt zwischen der von luftgeisolten Schaltanlagen. Basierend auf den oben genannten technischen Leistungen bieten festschalengeisolte RMUs verbesserte persönliche Sicherheit. Aufgrund ihrer relativ kurzen Betriebsgeschichte sind jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Einheiten in mehreren chinesischen Fabriken im Einsatz. Aufgrund der begrenzten Betriebsdaten ist es derzeit unmöglich, die Alterung der Epoxyharz-Isolierung zu bewerten oder Inspektionsspannen zu bestimmen.

Einige inländische Ausrüstungshersteller garantieren eine Produktlebensdauer von über 20 Jahren durch fortschrittliche Produktionsanlagen (Werkstätten, Formen und automatisierte Laser-Schweißanlagen). Dies stellt einen Wettbewerbsvorteil dar. Ökonomisch erfordert die aktuelle Produktion von festschaligen Gehäusen erhebliche Investitionen in spezialisierte Ausrüstung, Formen und Materialien, was zu höheren Marktpreisen führt. Darüber hinaus verwenden Stromsysteme hauptsächlich Ausrüstungsvorhaben mit dem Fokus auf niedrige Preise, wodurch SF₆-RMU-Module zunehmend kostengünstiger werden, was es für festschalige RMUs schwierig macht, in kürzerer Zeit den Markt zu dominieren.

4.3.3 Umweltanforderungen an Produkte

In den meisten Regionen fordern Nutzer normale Betriebsumgebungen, die 40°C nicht überschreiten und -10°C nicht unterschreiten. Allerdings haben die zunehmenden Häufigkeiten natürlicher Katastrophen weltweit die Anforderungen der Nutzer erhöht. So müssen RMUs, die in harschen Umgebungen installiert sind, vollständig abgeschlossen und wartungsfrei sein, um vollständige Isolierung zu gewährleisten. Schaltgerätetechnik muss starke Umweltanpassungsfähigkeit, staub- und feuchtigkeitsbeständig, kurzfristig gegen Tauchwasser geschützt und widerstandsfähig gegen Vibrationen sein.

Das Gießen interner Schaltgerätekomp