Ανάλυση Επιπτώσεων των Επιχειρήσεων GIS Αποσυνδέτη στη Δευτερεύουσα Εξοπλισμού

Επίδραση των Λειτουργιών Διακόπτη GIS στον Δευτερεύοντα Εξοπλισμό και Μέτρα Αντιμετώπισης

1. Επιπτώσεις των Λειτουργιών Διακόπτη GIS στον Δευτερεύοντα Εξοπλισμό
1.1 Επιδράσεις Παροδικής Υπερτάσεως
Κατά τη διάρκεια των λειτουργιών ανοίγματος/κλεισίματος των διακοπτών αποσύνδεσης μονωμένων με αέριο (GIS), η επανειλημμένη αναφλογίσει και εξάλειψη του τόξου μεταξύ των επαφών προκαλεί ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ της επαγωγής και της χωρητικότητας του συστήματος, παράγοντας υπερτάσεις εναλλαγής με μεγέθη 2–4 φορές την ονομαστική φασική τάση και διάρκεια από δεκάδες μικροδευτερόλεπτα έως αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Όταν λειτουργούν σύντομες γραμμές διανομής—όπου η ταχύτητα των επαφών του διακόπτη είναι αργή και δεν υπάρχει δυνατότητα σβέσης τόξου—τα φαινόμενα προ-πλήγματος και επαναπλήγματος παράγουν Πολύ Γρήγορες Παροδικές Υπερτάσεις (VFTOs).

Οι VFTO διαδίδονται μέσω των εσωτερικών αγωγών και των περιβλημάτων του GIS. Σε σημεία ασυνέχειας σύνθετης αντίστασης (π.χ. στελέχη, μετασχηματιστές οργάνωσης, τερματικά καλωδίων), τα κύματα διάδοσης ανακλώνται, διαθλώνται και επαλληλίζονται, παραμορφώνοντας τα κύματα και ενισχύοντας τις κορυφές των VFTO. Με αιχμηρές μετώπους κυμάτων και χρόνους ανόδου της τάξης των νανοδευτερολέπτων, οι VFTO επάγουν παροδικές τάσεις στις εισόδους του δευτερεύοντα εξοπλισμού, με κίνδυνο βλάβης ευαίσθητων ηλεκτρονικών. Αυτό μπορεί να προκαλέσει λανθασμένη λειτουργία των προστατευτικών ρελέ—προκαλώντας άσκοπα αποζεύξεις—και να διαταράξει την υψηλής ακρίβειας επεξεργασία σημάτων και τη μετάδοση δεδομένων. Επιπλέον, ο υψηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος (EMI) που παράγεται από τις VFTO επιδεινώνει τα μόδιουλα επικοινωνίας, αυξάνοντας τους ρυθμούς σφαλμάτων bit ή προκαλώντας απώλεια δεδομένων, επηρεάζοντας έτσι τις λειτουργίες παρακολούθησης και ελέγχου της υποσταθμής.

1.2 Αύξηση Δυναμικού Περιβλήματος
Καθώς η Κίνα επεκτείνει τα υπερυψηλής τάσης (UHV) και εξαιρετικά υψηλής τάσης (EHV) δίκτυά της, ο ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος από τις λειτουργίες των διακοπτών αποσύνδεσης GIS έχει γίνει ολοένα και σοβαρότερος. Η ομοαξονική δομή του GIS—που αποτελείται από εσωτερικούς αγωγούς αλουμινίου/χαλκού και εξωτερικά περιβλήματα αλουμινίου/χάλυβα—εμφανίζει εξαιρετική διάδοση υψηλής συχνότητας. Λόγω του φαινομένου «δερμάτωσης», τα υψηλής συχνότητας παροδικά ρεύματα διαρρέουν κατά μήκος της εξωτερικής επιφάνειας του αγωγού και της εσωτερικής επιφάνειας του περιβλήματος, προλαμβάνοντας συνήθως τη διαρροή πεδίου και διατηρώντας το περίβλημα σε δυναμικό γείωσης κάτω από κανονικές συνθήκες.

Ωστόσο, όταν τα παροδικά ρεύματα που προκαλούνται από τις VFTO συναντήσουν αναντιστοιχίες σύνθετης αντίστασης (π.χ. σε στελέχη ή τερματικά καλωδίων), συμβαίνουν μερικές ανακλάσεις και διάθλαση. Ορισμένα συστατικά τάσης συζεύγνυονται μεταξύ του περιβλήματος και της γης, προκαλώντας στιγμιαία αύξηση του δυναμικού του διαφορετικά γειωμένου περιβλήματος. Αυτό θέτει σε κίνδυνο την ασφάλεια του προσωπικού και μπορεί να επιδεινώσει τη μόνωση μεταξύ του περιβλήματος και των εσωτερικών αγωγών, επιταχύνοντας τη γήρανση των υλικών και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού. Επιπλέον, αυτό το αυξημένο δυναμικό διαδίδεται μέσω καλωδίων και συνδεδεμένων συσκευών στα δευτερεύοντα συστήματα, επάγοντας ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο που οδηγεί σε ψευδείς αποζεύξεις, σφάλματα δεδομένων ή ακόμη και εσωτερικές διαρροές—απειλώντας άμεσα την αξιοπιστία του ηλεκτρικού συστήματος.

1.3 Ηλεκτρομαγνητικός Θόρυβος (EMI)
Στις υποσταθμές GIS, οι λειτουργίες των διακοπτών/διακοπτών και οι κεραυνοί παράγουν παροδικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία που επηρεάζουν τα δευτερεύοντα συστήματα μέσω αγώγιμης και ακτινοβολούμενης σύζευξης.

• Ο αγώγιμος θόρυβος προκύπτει μέσω των μετασχηματιστών οργάνωσης και των διαφορών δυναμικού γείωσης. Οι VFTO συζεύγνυνται από το πρωτεύον στο δευτερεύον κύκλωμα μέσω της παράσιτης χωρητικότητας και επαγωγής στους μετασχηματιστές. Επίσης εισχωρούν στο δίκτυο γείωσης μέσω των ηλεκτροδίων γείωσης, ανεβάζοντας το συνολικό δυναμικό της γείωσης και δημιουργώντας βρόχους γείωσης που αποσταθεροποιούν τον δευτερεύοντα εξοπλισμό.

• Ο ακτινοβολούμενος θόρυβος συμβαίνει όταν τα παροδικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία διαδίδονται μέσω του χώρου, συζευγμένα άμεσα με τα καλώδια και τις συσκευές του δευτερεύοντα. Η ηλεκτρική σύζευξη επηρεάζει      κόμβους υψηλής αντίστασης, προκαλώντας παραμόρφωση σημάτων ή ψευδή ενεργοποίηση—ειδικά ευαίσθητη στην απόσταση, τον προσανατολισμό του πεδίου και τη γεωμετρία της συσκευής. Η μαγνητική σύζευξη επάγει ηλεκτρεργετικές δυνάμεις σε βρόχους κυκλώματος σύμφωνα με το νόμο του Faraday· η σοβαρότητά της εξαρτάται από την ένταση του πεδίου, τον ρυθμό μεταβολής και το εμβαδόν του βρόχου.

1.4 Επιδράσεις Μηχανικής Δόνησης
Οι λειτουργίες του διακόπτη προκαλούν μηχανικές δονήσεις λόγω της επαφής, της τριβής και των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων κατά τη δημιουργία/διακοπή της επαφής. Η γρήγορη απομάκρυνση κατά το άνοιγμα ή η δυνατή σύνδεση κατά το κλείσιμο παράγει κύματα σόκ που δονούν τη δομή του GIS. Η μετάδοση μέσω των συνδέσμων και των γραναζιών διαδίδει περαιτέρω τις δονήσεις στον παρακείμενο δευτερεύοντα εξοπλισμό.

Αυτές οι δονήσεις μπορούν να χαλαρώσουν μηχανικά στοιχεία σύσφιξης, να επιδεινώσουν τις ηλεκτρικές συνδέσεις, να αυξήσουν τα σφάλματα μέτρησης ή—σε ακραίες συνθήκες—να προκαλέσουν βραχυκυκλώματα. Η μακροχρόνια έκθεση επιταχύνει τη γήρανση τόσο των μηχανικών όσο και των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, μείωνη τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού και υπονομεύοντας την αξιοπιστία.

2. Μέτρα Αντιμετώπισης για την Προστασία του Δευτερεύοντα Εξοπλισμού
2.1 Βελτιωμένος Σχεδιασμός Δομής GIS

• Επιλογή Υλικών: Χρήση μιγμάτων SF₆ με υψηλότερη διηλεκτρική αντοχή· επιλογή υλικών χαμηλών απωλειών και υψηλής αγωγιμότητας (π.χ. Cu/Al) για τη θωράκιση· βελτιστοποίηση του μήκους και της χωρητικότητας της γραμμής διανομής για την καταστολή του πλάτους των VFTO.

• Δομικές Βελτιώσεις: Εξομάλυνση των γεωμετριών του αγωγού και της θωράκισης για μείωση της συγκέντρωσης του ηλεκτρικού πεδίου· βελτίωση του σχεδιασμού των στηρίξεων των μονωτήρων για ομοιόμορφη κατανομή του πεδίου· εφαρμογή ελεγχόμενων ταχυτήτων λειτουργίας του διακόπτη και προσθήκη κυκλωμάτων απόσβεσης για απορρόφηση παροδικής ενέργειας.

• Έλεγχος Δόνησης: Εγκατάσταση υδραυλικών αποσβεστήρων ή ελατηρίων στους μηχανισμούς λειτουργίας· χρήση ελαστικών αποσβεστήρων μεταξύ του GIS και των θεμελίων· βελτίωση της ακρίβειας της επιφάνειας επαφής για ελαχιστοποίηση των δυνάμεων πλήγματος.

2.2 Ενισχυμένη Θωράκιση και Γείωση

• Προστασία: Περιβάλλετε τα ευαίσθητα δευτερεύοντα συστήματα (π.χ., ρελέ, μονάδες επικοινωνίας) με διαχωριστικά κατασκευώματα (γαλανοποιημένο ανάδυρο/αλουμίνιο) με σφραγισμένες ενώσεις. Χρησιμοποιήστε προστατευμένα ή διπλά προστατευμένα καλώδια με κατάλληλη τερματική. Εφαρμόστε φιλτραρισμένες συνδέσεις και πλέγματα σε αναψύξεις. Για μικρά καλώδια (<10 m), χρησιμοποιήστε ενιαία σημειακή σύνδεση. Για μεγαλύτερες διαδρομές, χρησιμοποιήστε πολυσημειακή σύνδεση για να ελαχιστοποιήσετε τις επαγειακές τάσεις.

• Σύνδεση: Διατηρήστε την αντίσταση σύνδεσης ≤4 Ω. Σε έδαφη με υψηλή αντίσταση, εγκαταστήστε συνδεδεμένα πλέγματα σύνδεσης με κατακόρυφες βάρες. Χρησιμοποιήστε ενιαία σημειακή σύνδεση για αναλογικά κύκλωμα και πολυσημειακή σύνδεση για ψηφιακά/υψηλής συχνότητας συστήματα. Βελτιώστε το σχεδιασμό του πλέγματος (π.χ., ορθογώνιο πλέγμα με διασταύρωσης ηλεκτρόδων) για να εξασφαλίσετε ομοιόμορφη διάχυση ρεύματος και χαμηλές δυναμικές κλίσεις.

2.3 Τεχνολογίες Φιλτραρισμού και Καταστολής

• Φίλτρα: Εγκαταστήστε φίλτρα γραμμής ρεύματος στις είσοδους των δευτερεύοντων συστημάτων για να αποκλείσετε τον υψηλής συχνότητας θόρυβο. Εφαρμόστε αλγόριθμους ψηφιακού φιλτραρισμού για τη βελτίωση της ακεραιότητας των δεδομένων στις διαδρομές επικοινωνίας.

• Προστασία από Σημαντικές Ανεβάσεις: Εγκαταστήστε αντισημαντικά ZnO κοντά στα δευτερεύοντα συστήματα για τον περιορισμό VFTOs και σημαντικών ανεβάσεων. Χρησιμοποιήστε συστήματα προστασίας από σημαντικές ανεβάσεις (SPDs) σε γραμμές σήματος και επικοινωνίας για την αποστροφή της προσωρινής ενέργειας στη σύνδεση, εξασφαλίζοντας σταθερή μετάδοση αδύναμων σημάτων.

2.4 Ενίσχυση της Ενίσχυσης των Δευτερεύοντων Συστημάτων

• Προστασία Υλικού: Ενισχύστε τους στηριγμούς με πιο παχύ ανάδυρο και προσθήκη στερεωτήρων. Μετριάστε την εξοπλισμό με ρουμπερούμενα στηρίγματα ή διπλά στάδια απομόνωσης κύματος. Ασφαλίστε τις PCBs με πιο παχές υποστάσεις, άκριες στερεώσεις και πανάκες απόσβεσης. Ποτίστε κρίσιμα συσταδικά (π.χ., ICs, ρελέ) σε κατάλληλα εμβαφή ή ελαστικά στήριγμα για να προληφθεί η λύνση. Αποφύγετε μακρές, λεπτές συνδέσεις για να μειωθεί το ρίσκο κατάθλιψης.

• Προστασία Λογισμικού: Εφαρμόστε ελέγχους άθροισμα και κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων (ECC) για τον έλεγχο/διόρθωση διαφθοράς δεδομένων. Εισάγετε εντολές "NOP" (καμία λειτουργία) στο firmware για την επανόρθωση από δημιουργημένες από EMI μετακινήσεις προγράμματος, προληπτικά μέτρα για αδράνεια και ενίσχυση της αντοχής του συστήματος.

3.Συμπέρασμα
Μια εξεταστική κατανόηση του πώς οι λειτουργίες αποσυνδέσεων GIS επηρεάζουν τα δευτερεύοντα συστήματα αποκαλύπτει ότι οι ολοκληρωμένες στρατηγικές αντιμετώπισης είναι απαραίτητες για την αξιοπιστία του δικτύου. Κατά τη σχεδίαση, κατασκευή και λειτουργία των συστημάτων ρεύματος, η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) μεταξύ GIS και δευτερεύοντων συστημάτων πρέπει να είναι προτεραιότητα. Μέσω της ολοκλήρωσης της βελτιστοποίησης της δομής, της αντοχής στο στέγασμα/σύνδεση, προηγμένων φιλτρών και ενίσχυσης του υλικού/λογισμικού, οι αρνητικές επιπτώσεις των μεταβατικών καταστάσεων, EMI και ταλαντώσεων που προκαλούνται από την αποσύνδεση μπορούν να ελαχιστοποιηθούν—εξασφαλίζοντας ασφαλέστερη, πιο αξιόπιστη και ανθεκτική μεταφορά ρεύματος.