Nuvarande tillämpningar och framtida trender för fastisoleringsslingor (RMUs)

1. Nuvarande tillämpningsstatus för ringhuvuden med fast isolering i mellanspänningsnät

1.1 Bred användning i stadsbostadsområden

De kärnkomponenterna i mellanspänningsringhuvuden (RMU) består huvudsakligen av lastbrytare och säkringar. Dessa enheter erbjuder flera fördelar, inklusive en enkel struktur, kompakt storlek och relativt låg kostnad. De förbättrar också effektivt strömkvaliteten och ökar pålitligheten och säkerheten i strömförsörjningen. Observationer visar att den maximala nominella strömmen för mellanspännings-RMU är 1250A, med ett typvärde på 630A. Baserat på isoleringsmedier klassificeras RMU generellt i två typer: luftisolering och SF₆-gasisolering. De används huvudsakligen för att växla lastströmmar och bryta kortslutningsströmmar, samt ger vissa kontroll- och skyddsfunktioner.

1.2 Vakuumbrytare i RMU ger tillförlitliga isoleringsavstånd

Lastbrytare som används i luftisolerede RMU inkluderar fyra typer: gasbildande, komprimerad luft, vakuum och SF₆. Av dessa fungerar SF₆-lastbrytare som de primära brytarna i luftisolerede RMU. Lastbrytarna i tätt stängda behållare har vanligtvis tre driftlägen: lastbrytning, tillförlitlig jordning och kretsavskiljning.

1.3 Förbättrad praktisk tillämpningsnivå

Generellt sett har RMU en kompakt design. Givet denna egenskap har de flesta lastbrytare (vanligtvis högspänningsbrytare) en relativt enkel struktur och är utrustade med högspännings-säkringar. Normal drift av RMU beror huvudsakligen på lastbrytare, medan kortslutningsströmmar effektivt bryts av säkringar. Den effektiva kombinationen av dessa två komponenter maximiserar ersättningen av kretsavbrottare, även om sådan ersättning begränsas till specifika kapacitetsområden.

2.Utvecklingstrender och tekniska egenskaper för ringhuvuden med fast isolering

2.1 Effektiv tillämpning av kapslade polteknik

Epoxyharz används ofta som det huvudsakliga isoleringsmaterial i fast isolering, med vakuumbrytning som bågsläckningsmedium. För att effektivt uppnå funktioner som last- och strömavskiljning måste drivverket riktigt aktiveras för att möjliggöra effektiv kontroll av strömfördelningsystemet, vilket ytterligare skyddar utrustning och personers säkerhet. Fast isolering minskar betydligt fass-till-jord-isoleringsavståndet inom strömbrytare, vilket förkortar luftisoleringsavstånd från 125 mm till bara några millimeter. Utan SF₆-gas minskar den totala volymen jämfört med traditionell C-GIS. Dessutom minskar användningen av ett relativt enkelt drivverk effektivt antalet komponenter, vilket ökar utrustningens tillförlitlighet.

2.2 Tekniska egenskaper hos RMU med fast isolering

Jämfört med luftisolerede RMU med SF₆-brytare och SF₆-gasisolerede RMU erbjuder RMU med fast isolering flera fördelar: För det första är behållarstrukturen enklare. Genom att eliminera tryckbehållare, tryckmätare, fyllningsventiler och andra gasrelaterade komponenter, ökar tillförlitligheten av RMU, underhållskostnader minskas och driftstillståndet för brytaren förbättras effektivt. För det andra är huvudbrytaren utrustad med en avskiljningskomponent, vilket ger en tydligt synlig brytning. Fast isolering använder huvudsakligen epoxyharz-muffar och isoleringsrör. Dessa material minskar effektivt SF₆-lägen i kalla regioner och reducerar negativa effekter av termisk expansion i varma områden, vilket visar en bred tillämpbarhet i extrema miljöer.

3.Frågor som kräver uppmärksamhet i ringhuvuden med fast isolering

3.1 Isolering och ytbeklädnadsteknik

Enligt mekanismen för bildandet av partiell laddning orsakas interna laddningar i fast isolering främst av närvaron av tomrum. Nuvarande tätningsmetoder innefattar vanligtvis förvärmning av metallformar, placering av förvärmade komponenter i formen, långsam injicering under vakuum och härdning. Denna process är inte bara ineffektiv utan också kostsam. Inkomplett bubbelfjerning kan leda till många tomrum i fast isolering, vilket potentiellt kan orsaka partiell laddning under drift, vilket leder till långsiktig sprickbildning av isoleringskomponenter och påverkar säker och tillförlitlig drift av utrustning.

Därför måste avancerad, högkvalitativ och effektiv epoxyharz-kapslingsteknik införas. Dessutom eftersom ytbeklädnad direkt påverkar utrustningsprestanda, måste frågan om ytbeklädnad – dvs. ytbeklädnadsteknik – hanteras vid design och produktion. Syftet med att metallera ytan av isoleringsmaterial är att ge tillförlitlig jordning för fasta isoleringskomponenter, minimera miljöfaktors påverkan och förbättra produktprestanda. För närvarande saknar en betydande del av de solidisoleringsskyddade RMU på marknaden korrekt ytbehandling, vilket resulterar i höga nivåer av partiell laddning i levererade produkter.

3.2 Brist på drift- och underhållserfarenhet

Ringhuvuden med fast isolering är en relativt ny teknik. På grund av brist på vetenskapliga och rimliga provdriftsarrangemang av elnät, är den nuvarande totala driftsmängden liten, driftstiden kort och anslutningen av provinsiala nät otillräcklig. Till exempel i regioner med hög temperatur, hög fuktighet, kustnära, hög nederbörd och stora dagliga temperaturvariationer behöver praktiska problem lösas. Kompletterande arbetsupplevelse måste ackumuleras nationellt för att genomföra målinriktade och framåtblickande förbättringar av ringhuvuden med fast isolering, för att ständigt förbättra produktsäkerhet och stabilitet.

3.3 Utveckling av utrustning för ringhuvuden med fast isolering

Under de senaste åren, med den snabba utvecklingen av Kinas distributionsnät, har tekniknivån för distributionsystemet betydligt förbättrats. SF₆-gas har blivit allmänt använd i mellanspännings-RMU. Från Kinas nuvarande utvecklingsstatus erbjuder SF₆-gas bäst prestanda överlag. Men med ökad medvetenhet om miljöskydd och betydelsen av naturbevarande, ställer den omfattande användningen av SF₆-gas i RMU vissa miljöhot och potentiala risker för människors hälsa. Därför kommer att minska användningen av SF₆-gas-RMU och främja ringhuvuden med fast isolering att bli ett primärt mål för utvecklingen av högspänningsbrytare. Inrikes tillverkare har förutsett denna trend och har gradvis börjat utveckla och producera produkter för ringhuvuden med fast isolering.

3.4 Optimering av strukturell design för isoleringsmoduler

Strukturen för isoleringsmoduler måste, samtidigt som den uppfyller funktions-, inspektions- och installationskrav, syfta till att minska materialförbrukningen och förhindra reststress. Närvaro av reststress kan orsaka interna och externa sprickor i fasta isoleringskomponenter, vilket leder till partiell laddning under drift och potentiell isoleringsbrott. Därför är djupgående forskning på den övergripande strukturen, tjockleken och övergångarna av isoleringsmoduler nödvändig, med hänsyn tagen till uppvärmningskoncept.

3.5 Forskning och design av sköldningslager

Det primära syftet med extern design är att planera metallisk sköldningsjordning: först, i händelse av isoleringsfel, att begränsa kortslutsfel endast till fas-till-jord, vilket minskar bågarbetid och felrisk; och, för det andra, att bibehålla isoleringsprestanda i alla miljöer utan att rengöra modulens yta, vilket säkerställer oförändrad elektrisk fältfördelning även med metalliska främmande föremål i kabinettet.

4.Utvecklingsriktningar för teknik för ringhuvuden med fast isolering

4.1 Utveckling av nya högpresterande isoleringsmaterial

Även om epoxyharz presterar bra som fast isoleringsmaterial, kan gjutprocessen i vakuumbrytarkammare skada råmaterial. Därför är det nödvändigt att utveckla avancerade epoxyharz som överträffar nuvarande materialgenskaper. I 2014 publicerades en artikel i tidskriften Science om upptäckten av ett nytt återvinningbart thermosättbart polymer, vilket markerade en betydande framsteg i återvinning av "polysalicylat" thermosättbara plastiker. Detta polymer visar hög återvinning, löser problemet att thermosättbara plastiker tidigare var icke-återvinningbara. Under nästa decennium kommer nya produkter att alltmer använda återvinningbara thermosättbara material.

4.2 Forskning om kopplingar mellan inre komponentgränssnitt

Eftersom ringhuvuden med fast isolering tillverkas genom att inkapsla huvudledningsledare och monteringsdelar inom fast isolering, kräver inflexibiliteten hos inbyggda komponenter standardiserade kopplingar mellan olika gjutna element. Den övergripande konfigurationen av RMU är linjär, och kopplingsledare måste gjutas med epoxyharz, vilket kräver en viss frihet under produktanpassning. För att hantera detta, föreslås en gränssnittsteknik som använder silikonkautschukmaterial för kopplingar mellan port och ledare. Denna metod möjliggör standardisering, tillåter komponenter att kopplas ihop och anpassas på ett rimligt sätt, vilket minskar designens komplexitet för den övergripande isolerade behållaren.

4.3 Marknadsföringsutsikter för ringhuvuden med fast isolering

Ringhuvuden med fast isolering har en enkel struktur, kompakt storlek, är giftfria, miljövänliga och ekologiska, vilket stämmer överens med globala grönare utvecklingskoncept. Men för att ett produkt ska lyckas måste tillverkare göra vinst på försäljning, vilket gör marknadsanvändning till en viktig fokus. Förståelse och uppfyllandet av användarnas behov är kritiskt för framgångsrik introduktion av nya produkter. Användningsutsikterna för fasta isoleringsprodukter analyseras baserat på användarnas behov.

4.3.1 Produkter som uppfyller konsumenternas behov

Vid användning kräver användare först att produkternas tekniska parametrar uppfyller relevanta standarder (tekniska specifikationer, nationella och industriella standarder, etc.) och erhåller certifiering från det nationella energisektorn. Eftersom det inte finns specifika standarder för fasta isoleringsprodukter just nu, måste tillverkare bidra till att etablera nationella eller industriella standarder. Det rapporteras att per 31 december 2002 hade ansökningar för ungefär 15 miljoner ton fasta isoleringsprodukter lämnats in.

4.3.2 Hög användarstandard för distributionsnätprodukter

Mellanspänningsdistributionsutrustning är en grundläggande komponent som används i stort omfang i elnät. Med den kontinuerliga expansionen av nätinfrastrukturen, ökar efterfrågan på mellanspänningsutrustning som en bro mellan huvudnät och slutanvändare. Användare kräver produkter med lång livslängd, stark miljöanpassning, överensstämmelse med miljöstandarder, kompakt storlek, enkel och snabb installation, ekonomisk bekvämlighet, och en tillförlitlig driftshistorik.

Ringhuvuden med fast isolering har kompakta dimensioner, med enskilda lastbrytarbordsenheter som mäter 860 mm (djup) × 420 mm (bredd) × 1200 mm (höjd) eller 850 mm (djup) × 500 mm (bredd) × 1600 mm (höjd). Deras storlek ligger mellan den av luftisoleringsskydd. Baserat på ovanstående tekniska prestanda, ger ringhuvuden med fast isolering förbättrad personlig säkerhet. Emellertid, på grund av deras relativt korta driftshistorik, finns det endast ett begränsat antal enheter i drift på flera kinesiska fabriker. Givet det begränsade driftsdata, är det för närvarande omöjligt att utvärdera åldrandet av epoxyisolering eller fastställa inspektionscykler.

Några inhemska utrustningstillverkare garanterar en produktlivslängd på mer än 20 år genom avancerade produktionsanläggningar (verkstäder, former och automatiserad laserlödning). Detta representerar en konkurrensfördel. Ekonomiskt sett kräver den nuvarande produktionen av fasta isoleringsomhöljen betydande investeringar i specialutrustning, former och material, vilket resulterar i högre marknadspriser. Dessutom, eftersom strömsystem främst använder utrustningsbudsordning med fokus på låga priser, har SF₆-RMU-moduler blivit alltmer kostnadskonkurrenskraftiga, vilket gör det svårt för ringhuvuden med fast isolering att vinna marknadsdominerande position på kort sikt.

4.3.3 Miljökrav för produkter

I de flesta regioner kräver användare normala driftsmiljöer som inte överstiger 40°C och inte faller under -10°C. Men den ökande frekvensen av naturliga katastrofer globalt har höjt användarnas krav. Till exempel, RMU installerade i hårda miljöer måste vara fullständigt inneslutna och underhållsfria, med fullständig isolering. Brytare måste visa stark miljöanpassning, damm- och fuktbeständighet, korttidsimmersionsskydd och förbättrad vibrationsmotstånd.

Gjutning av inre komponenter i brytare med epoxyharz ökar betydligt dielektriska styrkan av isoleringsmaterial, vilket förhindrar försämring pga vibration under transport och användning. Jämfört med gasisolering-RMU-produkter, har vissa tillverkare utfört tester i Qinghai och kustområden med hög fuktighet, samt på höjder runt 4000 m, med IP68-skyddsklass. Därför uppfyller RMU-produkter med fast isolering bättre miljökraven.

5.Sammanfattning

Baserat på den nuvarande utvecklingsstatusen för ringhuvuden med fast isolering i Kina, är isoleringstekniken relativt mogna, effektivt löser bristerna hos luft- och gasisolering-RMU, och är lämplig för speciella miljöer som höglandsregioner. Införandet av ringhuvuden med fast isolering kan effektivt främja utvecklingen av Kinas elnät och bidra till hållbar socioekonomisk utveckling. Med ökande uppmärksamhet på miljöskydd kan det med säkerhet påstås att ringhuvuden med fast isolering har breda tillämpningsutsikter.