Поточні застосування та майбутні тенденції солідно-ізольованих кільцевих головних вузлів (RMUs)

1.Поточний стан застосування твердоповерхневих кільцевих магістральних шаф у середньовольтових розподільчих мережах

1.1 Широке застосування в міських житлових районів

Основні компоненти середньовольтових кільцевих магістральних шаф (RMU) складаються з вантажних вимикачів і паличок. Ці пристрої мають ряд переваг, включаючи просту конструкцію, компактні розміри та відносно низьку вартість. Крім того, вони ефективно покращують якість електроенергії та збільшують надійність та безпеку живлення. Спостереження показують, що максимальний номінальний струм для середньовольтових RMU становить 1250A, а типове значення — 630A. Залежно від діелектрика, RMU загалом поділяються на два типи: повітряно-ізоляційні та газово-ізоляційні з SF₆. Вони використовуються головним чином для переключення вантажних струмів та переривання коротких замикань, а також забезпечують певні функції контролю та захисту.

1.2 Вакуумні вантажні вимикачі RMU забезпечують надійні ізоляційні проміжки

Вантажні вимикачі, використовувані в повітряно-ізоляційних RMU, включають чотири типи: газогенеруючі, зі стислим повітрям, вакуумні та з SF₆. Серед них, вантажні вимикачі з SF₆ служать основними вимикачами в повітряно-ізоляційних RMU. Вантажні вимикачі в герметичних корпусах зазвичай мають три робочі положення: переривання вантажу, надійне заземлення та ізоляція контуру.

1.3 Покращений практичний рівень застосування

Загалом, RMU мають компактну конструкцію. враховуючи цю характеристику, більшість вантажних вимикачів (зазвичай високовольтні вимикачі) мають відносно просту конструкцію та оснащені високовольтними паличками. Нормальна робота RMU в основному залежить від вантажних вимикачів, а короткі замикання ефективно перериваються паличками. Ефективне поєднання цих двох компонентів максимізує заміну вимикачів, хоча така заміна обмежена певними місткісними діапазонами.

2.Тренди розвитку та технічні характеристики твердоповерхневих кільцевих магістральних шаф

2.1 Ефективне застосування технології закритих стовпів

Епоксидна смола зазвичай використовується як основний ізоляційний матеріал у твердій ізоляції, з вакуумом як середовищем гасіння дуги. Для ефективного досягнення функцій, таких як вантаж та ізоляція струму, механізм управління повинен бути правильно активований, щоб забезпечити ефективний контроль системи розподілу електроенергії, захищаючи обладнання та безпеку персоналу. Тверда ізоляція значно зменшує фазовий ізоляційний відстані в комутаційних пристроях, скорочуючи повітряні ізоляційні проміжки з 125 мм до кількох міліметрів. Без газу SF₆ загальний об'єм зменшується порівняно з традиційним C-GIS. Крім того, використання відносно простого механізму управління ефективно зменшує кількість компонентів, підвищаючи надійність обладнання.

2.2 Технічні характеристики твердоповерхневих RMU

Порівняно з повітряно-ізоляційними RMU з вимикачами з SF₆ та газово-ізоляційними RMU, твердоповерхневі RMU мають ряд переваг: По-перше, конструкція корпусу простіша. Виключенням пресованих суден, манометрів, заповнювальних клапанів та інших газових компонентів, надійність RMU значно підвищується, витрати на обслуговування зменшуються, а робочі умови вимикача ефективно покращуються. По-друге, головний вимикач оснащений ізоляційним компонентом, що забезпечує видимий розрив. Тверда ізоляція в основному використовує рукави та труби з епоксидної смоли. Ці матеріали ефективно зменшують ліквідацію SF₆ в холодних регіонах та зменшують неблагопріятні впливи теплового розширення в регіонах з високою температурою, демонструючи широку прийнятність в екстремальних умовах.

3.Проблеми, які потрібно врахувати у твердоповерхневих кільцевих магістральних шафах

3.1 Ізоляція та технологія поверхневого покриття

Згідно з механізмом формування часткового розряду, внутрішні розряди в твердій ізоляції в основному спричинені наявністю пор. Поточні технології ущільнення зазвичай включають передгір металевих форм, розміщення передгрітіх компонентів у форму, повільне введення під вакуумом та затвердівання. Цей процес не тільки неефективний, але й дорогостоячий. Неповне вилучення бульбашок може призвести до численних пор у твердій ізоляції, що може спричинити частковий розряд під час роботи, що призводить до тривалого розколу ізоляційних компонентів та впливає на безпечну та надійну роботу обладнання.

Тому необхідно впровадити сучасні, високоякісні та ефективні технології епоксидного ущільнення. Крім того, оскільки поверхневий екран прямо впливає на продуктивність обладнання, проблема поверхневого екрану, а саме технологія поверхневого екрану, повинна бути врахована під час проектування та виробництва. Металізація поверхні ізоляційних матеріалів має на меті забезпечити надійне заземлення твердих ізоляційних компонентів, зменшити вплив факторів оточення та підвищити продуктивність продукту. Наразі значна частина твердоповерхневих RMU на ринку не має правильного поверхневого оброблення, що призводить до високого рівня часткового розряду в поставлених продуктах.

3.2 Брак досвіду експлуатації та обслуговування

Твердоповерхневі RMU — це відносно нова технологія. Через брак наукового та раціонального планування пробних операцій електромереж, загальний обсяг операцій на даний момент невеликий, час роботи невеликий, а підключення провінційних мереж неповне. Наприклад, в регіонах з високою температурою, вологістю, поблизу моря, з високими опадами та великими коливаннями температури протягом доби, потрібно вирішити практичні питання. Необхідно зібрати всебічний досвід на національному рівні, щоб здійснити ціленаправлені та прогресивні поліпшення твердоповерхневих RMU, постійно підвищуючи безпеку та стабільність продукту.

3.3 Розвиток обладнання твердоповерхневих RMU

Останнім часом, разом з швидким розвитком розподільної мережі Китаю, технічний рівень розподільної системи значно підвищився. Газ SF₆ широко використовується в середньовольтових RMU. Згідно з поточним станом розвитку в Китаї, газ SF₆ має найкращу загальну продуктивність. Однак, зі зростанням свідомості щодо охорони навколишнього середовища та важливості збереження природи, широке використання газу SF₆ в RMU створює певні екологічні загрози та потенційні ризики для здоров'я людини. Тому зменшення використання RMU з газом SF₆ та сприяння розвитку твердоповерхневих RMU будуть основною метою розвитку високовольтного комутаційного обладнання. Внутрішні виробники передбачили цей тренд і поступово почали розробляти та випускати продукти твердоповерхневих RMU.

3.4 Оптимізація конструкції модулів ізоляції

Конструкція модулів ізоляції повинна, задовольняючи функціональним, інспекційним та монтажним вимогам, зменшувати витрати матеріалів та запобігати залишковим напруженням. Наявність залишкових напружень може призводити до внутрішніх та зовнішніх тріщин у твердих ізоляційних компонентах, що призводить до часткового розряду під час роботи та потенційного розриву ізоляції. Тому необхідно детально досліджувати загальну конструкцію, товщину та переходи модулів ізоляції, враховуючи концепції теплообміну.

3.5 Дослідження та проектування екрануючих шарів

Основна мета зовнішнього проектування полягає у плануванні металевого екрану заземлення: по-перше, у разі відмови ізоляції, обмежити короткі замикання лише між фазами та землею, зменшуючи енергію дуги та ризик аварії; по-друге, підтримувати продуктивність ізоляції в будь-якому оточенні без потреби очищення зовнішньої поверхні модуля, забезпечуючи незмінність розподілу електричного поля, навіть з металевими чужорідними предметами всередині шафи.

4.Напрямки розвитку технології твердоповерхневих кільцевих магістральних шаф

4.1 Розвиток нових високопродуктивних ізоляційних матеріалів

Хоча епоксидна смола добре зарекомендувала себе як твердий ізоляційний матеріал, процес заливки в вакуумних керамічних камерах гасіння дуги може пошкодити сировину. Тому необхідно розробити сучасні епоксидні смоли, які перевершують характеристиками поточні матеріали. У 2014 році журнал Science опублікував статтю про відкриття нового переробного термореактивного полімеру, що стало значним прогресом у переробці "полісалицилатних" термореактивних пластмас. Цей полімер має високу переробність, вирішуючи проблему, що термореактивні пластмаси раніше були непереробними. У наступні десятиліття нові продукти все більше будуть використовувати переробні термореактивні матеріали.

4.2 Дослідження методів з'єднання внутрішніх компонентів

Оскільки твердоповерхневі RMU виготовляються шляхом ущільнення головних контурних провідників та монтажних частин у твердій ізоляції, негнучкість вбудованих компонентів вимагає стандартизованих з'єднань між різними заливатими елементами. Загальна конфігурація RMU лінійна, а з'єднуючі провідники повинні бути заливати епоксидною смолою, що вимагає певної ступені свободи під час раціоналізації продукту. Для вирішення цього, пропонується інтерфейсна технологія, яка використовує силиконовий каучук для з'єднання воріт з провідниками. Цей метод дозволяє стандартизацію, дозволяючи компонентам взаємодіяти та раціонально конфігуруватися, зменшуючи складність дизайну загального ізоляційного корпуса.

4.3 Перспективи ринкового продвиження твердоповерхневих RMU

Твердоповерхневі RMU мають просту конструкцію, компактні розміри, нетоксичні, беззагрязнені та екологічно дружні, що відповідає глобальній концепції зеленого розвитку. Однак, щоб продукт був успішним, виробники повинні отримувати прибуток від продажу, тому ринкова реалізація є ключовою увагою. Розуміння та задоволення потреб користувачів є критичним для успішного впровадження нових продуктів. Перспективи застосування твердоповерхневих продуктів аналізуються на основі вимог користувачів.

4.3.1 Продукти, що задовольняють потреби споживачів

Під час використання користувачі спочатку вимагають, щоб технічні параметри продукту відповідали відповідним стандартам (технічні специфікації, національні та галузеві стандарти тощо) та отримали сертифікацію від національної електроенергетичної галузі. Оскільки наразі немає конкретних стандартів для твердоповерхневих продуктів, виробники повинні допомагати у створенні національних або галузевих стандартів. За інформацією, на 31 грудня 2002 року було подано заявки на близько 15 мільйонів тонн твердоповерхневих продуктів.

4.3.2 Високі вимоги користувачів до продуктів розподільної мережі

Середньовольтове розподільне обладнання є основним компонентом, широко використовуваним у електроенергетичних мережах. З постійним розширенням інфраструктури мереж, попит на середньовольтове обладнання як міст між основними мережами та кінцевими користувачами зростає. Користувачі вимагають продуктів з довгим терміном служби, високою адаптивністю до оточення, відповідність екологічним стандартам, компактні розміри, легке та швидке встановлення, економічну зручність та надійний історію роботи.

Твердоповерхневі RMU мають компактні розміри, з одиничними шафами вантажного вимикача, що становлять 860 мм (глибина) × 420 мм (ширина) × 1200 мм (висота) або 850 мм (глибина) × 500 мм (ширина) × 1600 мм (висота). Їхні розміри знаходяться між розмірами повітряно-ізоляційного комутаційного пристрою. Враховуючи вищезазначені технічні характеристики, твердоповерхневі RMU забезпечують покращену особисту безпеку. Однак, через їхній відносно короткий термін роботи, наразі лише обмежена кількість одиниць експлуатується на декількох заводів в Китаї. З урахуванням обмеженої інформації про роботу, наразі неможливо оцінити старіння епоксидної ізоляції або визначити цикли перевірки.

Деякі внутрішні виробники гарантує строк службы продукту понад 20 років за допомогою сучасних виробничих засобів (цехів, форм, автоматичного лазерного зварювання). Це представляє конкурентну перевагу. Економічно, поточне виробництво твердоповерхневих корпусів вимагає значних інвестицій у спеціальне обладнання, форми та матеріали, що призводить до високих ринкових цін. Крім того, оскільки електроенергетичні системи в основному використовують процедуру торгу з акцентом на низькі ціни, модулі RMU з газом SF₆ стали все більш конкурентними за ціною, що робить важким для твердоповерхневих RMU набути домінування на ринку в короткостроковій перспективі.

4.3.3 Екологічні вимоги до продуктів

У більшості регіонів користувачі вимагають нормальне робоче оточення, яке не перевищує 40°C і не нижче -10°C. Однак, зі зростанням частоти природних катастроф по всьому світу, вимоги користувачів зросли. Наприклад, RMU, встановлені в суворих умовах, повинні бути повністю закриті та не вимагати обслуговування, забезпечуючи повну ізоляцію. Обладнання вимикачів повинно володіти високою адаптивністю до оточення, стійкістю до пилу та вологи, захистом від короткотривалого занурення та підвищеною стійкістю до вібрацій.

Заливка внутрішніх компонентів вимикачів епоксидною смолою значно збільшує диелектричну стійкість ізоляційних матеріалів, запобігаючи їх виродженню від вібрацій під час транспортування та використання. Порівняно з газово-ізоляційними продуктами RMU, деякі виробники провели тестування в провінції Цзінхай, у вологих приморських регіонах та на висоті близько 4000 м, досягнувши рейтингу захисту IP68. Тому продукти твердоповерхневих RMU краще відповідають екологічним вимогам.

5.Висновок

На основі поточного стану розвитку твердоповерхневих RMU в Китаї, технологія ізоляції є відносно зрілою, ефективно вирішує недоліки повітряно-ізоляційних та газово-ізоляційних RMU та придатна для спеціальних умов, таких як регіони з високою висотою. Впровадження твердоповерхневих RMU може ефективно сприяти розвитку електроенергетичної мережі Китаю та сприяти сталому соціально-економічному розвитку. Зі зростанням уваги до охорони навколишнього середовища можна з впевненістю ствердити, що твердоповерхневі RMU мають широкі перспективи застосування.