Uticaj analize operacija GIS prekidača na sekundarno opremu

Utjecaj operacija GIS prekidača na sekundarno opremu i mjere za ublažavanje

1. Utjecaji operacija GIS prekidača na sekundarnu opremu
1.1 Efekti privremenih preopterećenja napona
Tijekom otvaranja/zatvaranja prekidača gasno izolirane sklopne opreme (GIS), ponovljeno zapaljivanje i ugasište luka između kontakata uzrokuju razmjenu energije između induktivnosti i kapacitivnosti sustava, stvarajući prekidnička preopterećenja s magnitudama 2-4 puta veće od nominalnog faznog napona, s trajanjem od desetaka mikrosekundi do nekoliko milisekundi. Tijekom rada kratkih busbarova—gdje je brzina kontakta prekidača spora i ne postoji sposobnost ugašenja luka—pojavljuju se pojave predudara i reudara, što generira Vrlo Brza Privremena Preopterećenja Napona (VFTO).

VFTO se šire kroz unutarnje vodove i ograde GIS-a. Na mjestima diskontinuiteta impedancije (na primjer, preslici, instrumentarnim transformatorima, završnicama kabela), putujuće valove se odbijaju, refraktiraju i superponiraju, deformirajući talase i povećavajući vrhove VFTO. S strmom frontom vala i nanosekundske skalne vrijeme uspona, VFTO induciraju privremene preopterećenja napona na ulazima sekundarne opreme, čime se stvara rizik od oštećenja osjetljive elektronike. To može dovesti do netočnog funkcioniranja zaštitnih releja—koji mogu aktivirati neopravdano isključivanje—i premetati visokoupravnu obradu signala i prijenos podataka. Dodatno, visokofrekventna elektromagnetska smetnja (EMI) generirana VFTO-ima degradira komunikacijske modula, povećavajući stopu grešaka bitova ili uzrokujući gubitak podataka, time ometaju funkcije nadzora i upravljanja podstacionom.

1.2 Povišenje potencijala ograde
S proširenjem ultraviskog (UHV) i ekstravisokog (EHV) mrežnog sustava u Kini, elektromagnetska smetnja nastala operacijama GIS prekidača postaje sve teža. Koaksijalna struktura GIS-a—koja se sastoji od unutarnjih aluminijevih/bakrenih vodova i vanjskih aluminijevih/čelikastih ograda—prikazuje izvrsnu visokofrekventnu prenosnost. Zbog efekta kože, visokofrekventne privremene struje teku duž vanjske površine voda i unutarnje površine ograde, obično sprječavajući curenje polja i održavajući ogradu na potencijalu zemlje u normalnim uvjetima.

Međutim, kada VFTO-inducirane privremene struje susretnu neslaganje impedancija (na primjer, na preslicama ili završnicama kabela), dijelomično se odbijaju i refraktiraju. Neki komponenti napona spoje se između ograde i zemlje, uzrokujući trenutno povišenje potencijala inače zemljenih ograda. To stvara rizik za sigurnost osoba i može degradirati izolaciju između ograde i unutarnjih vodova, ubrzavajući starenje materijala i smanjujući životni vijek opreme. Nadalje, to povišenje potencijala širi se kroz kable i spojene uređaje u sekundarne sustave, inducirajući EMI što dovodi do lažnog isključivanja, grešaka u podacima ili čak unutarnjih kvarova—direktno prijeti pouzdanosti sustava snage.

1.3 Elektromagnetska smetnja (EMI)
U GIS podstacijama, operacije prekidača/prelomača i udari munje generiraju privremena elektromagnetska polja koja utječu na sekundarne sustave putem provodljivog i radijalnog spoja.

• Provodljiva smetnja se pojavljuje kroz instrumentarne transformatore i razlike potencijala zemlje. VFTO se spoje sa primarnih na sekundarne krugove putem stranog kapacitiva i indukcije u transformatorima. Također se ubacuju u mrežu zemljenja putem elektroda zemljenja, povećavajući cijeli potencijal zemlje i stvarajući petlje zemljenja koje destabiliziraju sekundarnu opremu.

• Radijalna smetnja se događa kada privremena EM polja šire kroz prostor, direktno se spojući u sekundarne kable i uređaje. Spojevi električnog polja utječu na čvorove s visokim otporom, uzrokujući distorziju signala ili lažno pokretanje—posebno su osjetljivi na udaljenost, orijentaciju polja i geometriju uređaja. Spojevi magnetskog polja induciraju elektromotornu silu u krugovima po Faradayevom zakonu; njegova težina ovisi o jačini polja, brzini promjene i površini petlje.

1.4 Efekti mehaničkih vibracija
Operacije prekidača induciraju mehaničke vibracije zbog udara kontakata, trenja i elektromagnetskih sila tijekom radnji prekid/zapali. Brzo razdvajanje tijekom otvaranja ili snažno uključivanje tijekom zatvaranja generira šok talas koji vibrira strukturu GIS-a. Prijenos kroz vezove i zupčanke dalje širi vibracije na susjednu sekundarnu opremu.

Takve vibracije mogu oslabiti mehaničke pričvršćujuće elemente, degradirati električne spojeve, povećati greške mjerenja ili—u ekstremnim uvjetima—uzrokovati krajnje spojeve. Dugotrajna izloženost ubrzava starenje kako mehaničkih tako i elektroničkih komponenti, skraćujući životni vijek opreme i kompromitirajući pouzdanost.

2. Mjere za ublažavanje za zaštitu sekundarne opreme
2.1 Optimizirani dizajn strukture GIS-a

• Odabir materijala: Koristite miješavine SF₆ s višom dielektričnom čvrstoćom; odaberite materijale s niskim gubitcima i visokom provodljivošću (na primjer, Cu/Al) za štitnje; optimizirajte duljinu busbara i kapacitivnost za suzbijanje amplituda VFTO.

• Strukturne poboljšane: Izgladite geometriju voda i štitnja za smanjenje koncentracije električnog polja; poboljšajte dizajn podrške izolatora za uniformnu distribuciju polja; implementirajte kontrolirane brzine operacija prekidača i dodajte prigušne krugove za apsorbiranje privremenih energija.

• Kontrola vibracija: Instalirajte hidrauličke amortizere ili opruge u radnim mehanizmima; koristite gumena prigušila između GIS-a i temelja; poboljšajte preciznost kontaktne površine za smanjenje sila udara.

2.2 Poboljšano štitnje i zemljenje

• Štitnja: Otvorite osjetljive sekundarne uređaje (npr. releje, komunikacijske jedinice) u vodljivim oklopnim kutijama (galvanizirani čelik/aluminij) s zategnutim šavovima. Koristite štitne ili dvostruko štitne kabelske cijevi s pravilnim završetkom; koristite filtrirane spojnice i mrežne zaslone na ventilaciji. Za kratke kable (<10 m), koristite jednotočnu zemlju; za duže duljine, upotrijebite višetočnu zemlju kako biste smanjili inducirane napajanja.

• Zemljenje: Održavajte otpornost zemljenja ≤4 Ω. U tlu visokog otpora, rasporedite povezane mreže zemljenja s vertikalnim štapovima. Koristite jednotočno zemljenje za analogna kola i višetočno zemljenje za digitalne/višefrekventne sustave. Optimirajte izgled mreže (npr. pravokutna mreža s elektrodama na križanjima) kako biste osigurali uniformnu raspršenje struje i niske potencijalne gradijente.

2.3 Tehnologije filtriranja i suzbijanja

• Filtri: Instalirajte filtre napajanja na ulazima sekundarnog opreme kako biste blokirali visoko-frekventni šum. Primijenite algoritme digitalnog filtriranja signala kako biste unaprijedili integritet podataka u komunikacijskim kanalima.

• Zaštita od preopterećenja: Postavite ZnO arresteri blizu sekundarnih uređaja kako biste ograničili VFTO-e i prekidna preopterećenja. Koristite uređaje za zaštitu od preopterećenja (SPD) na signala i komunikacijskim linijama kako biste usmjerili privremenu energiju na zemlju, osiguravajući stabilnu prijenos slabi signala.

2.4 Jačanje ojačavanja sekundarne opreme

• Zaštita hardvera: Ojačajte držače montaže debljim čelikom i dodatnim pojačanjima. Izolirajte opremu koristeći gume za montažu ili dvostepene izolatore vibracija. Osigurajte PCB-e debljim substratima, fiksiranjem rubova i amortizatorskim padicama. Potvrdite ključne komponente (npr. IC-e, releje) u kapsulatorima ili elastičnim držačima kako biste spriječili otkrivanje. Izbjegavajte dugi, tanki tragovi kako biste smanjili rizik od loma.

• Zaštita softvera: Implementirajte kontrolne sume i kodove za ispravljanje grešaka (ECC) kako biste otkrili/ispopravili pokvarene podatke. Umetnite instrukcije "NOP" (bez operacije) u firmver kako biste omogućili oporavak od EMI-induciranih skokova programa, spriječili zaključavanje i povećali otpornost sustava.

3.Zaključak
Duboko razumijevanje utjecaja radnji GIS disjunktera na sekundarnu opremu pokazuje da su sveobuhvatne strategije suzbijanja bitne za pouzdanost mreže. Tijekom dizajna, izgradnje i operacije sustava snage, mora se prioritetno obraditi elektromagnetska kompatibilnost (EMC) između GIS-a i sekundarnih sustava. Integrirajući optimizaciju strukture, robustnu štitnju/zemljenje, napredno filtriranje i ojačanje hardvera/softvera, može se efektivno smanjiti negativni utjecaji disjunktorskih privremenih stanja, EMI-ja i vibracija—osiguravajući sigurniji, pouzdaniji i otporniji prijenos snage.