GIS elválasztó műveletek hatása a másodlagos berendezésekre
A GIS kapcsolók működésének hatása a másodlagos berendezésekre és enyhítő intézkedések
1. A GIS kapcsolók működésének hatása a másodlagos berendezésekre
1.1 Átmeneti túlfeszültség hatásai
A gázizolált szektorok (GIS) kapcsolóinak megnyitási/lezárási műveletei során az érintkezők közötti ismétlődő ív-újragyulladás és -kikapcsolódás okoz energiacsere a rendszer induktanciája és kapacitánsa között, ami 2-4-szeres méretű váltófeszültséget generál a nominális fázisfeszültséggel szemben, amelynek időtartama tucatok mikroötből áll, akár több millisekundummig tart. Rövid buszok esetén, ahol a kapcsoló érintkezőinek sebessége lassú, és nincs ív-elnyelő képesség, előzetes és újra csapás jelenségek eredményezik nagyon gyors átmeneti túlfeszültségeket (VFTO).
A VFTO-k terjednek a belső GIS vezetőkből és burkolókból. Az ellenállási folytonosságban lévő megszakításoknál (pl. kifutók, mérőátalakítók, kábel végződései) a futó hullámok visszapattannak, törnek és felhalmozódnak, torzítva a hullámformát és erősítve a VFTO-csúcsokat. A meredek hullámfrontú és nanoszekundum-skalájú emelkedési idővel rendelkező VFTO-k átmeneti feszültségi hullámokat okoznak a másodlagos berendezések bemenetein, kockázatot jelentve a szén kémények sérülésére. Ez olyan hatásokat okozhat, mint a védelem rosszindulatú működése – indokolatlan lekapcsolást okozva –, valamint a nagy pontosságú jelkezelés és adatküldés zavarainak. Ezenkívül a VFTO-k által generált magasfrekvenciás elektromágneses interferencia (EMI) rombolja a kommunikációs modulokat, növelve a bit hibaráta vagy adatvesztést, ami sérülékenyíti az aláírás ellenőrzési és irányítási funkciókat.
1.2 Burkoló potenciális emelkedése
Ahogy Kínában a nagyon magas feszültségű (UHV) és extra-magas feszültségű (EHV) hálózatok kiterjesztése folyamatban van, a GIS kapcsolók működéséből eredő elektromágneses interferencia egyre súlyosabbá válik. A GIS kohéziós szerkezete – belső alumínium/vasvezetőkkel és külső alumínium/acél burkolókkal – kiváló magasfrekvenciás továbbítást biztosít. A bőrféle hatás miatt a magasfrekvenciás átmeneti áramok a vezető külső felületén és a burkoló belső felületén haladnak, általában megelőzve a mező kiáradását, és normál körülmények között a burkolót a földpotenciálban tartja.
Azonban, amikor a VFTO-által generált átmeneti áramok találkoznak ellenállási eltérésekkel (pl. kifutóknál vagy kábel végződéseinél), részleges visszapattanás és törés történik. Néhány feszültség komponens kölcsönhat a burkoló és a Föld között, okozva pillanatnyi potenciális emelkedést a korábban földre kapcsolt burkolón. Ez kockázatot jelent a személyzet biztonságára, és rombolhatja a burkoló és a belső vezetők közötti izolációt, gyorsítva az anyag öregedését, és rövidítve a berendezések élettartamát. Továbbá ez a magasabban helyezett potenciál kábelek és csatlakoztatott eszközök révén terjed a másodlagos rendszerekbe, EMI-t okozva, ami hamis lekapcsolást, adathibákat, vagy akár belső összeomlást okozhat – közvetlenül fenyegetve a villamosenergia rendszer megbízhatóságát.
1.3 Elektromágneses interferencia (EMI)
A GIS alakváltókban, a kapcsoló/breaker műveletek és a mennydörgések átmeneti elektromágneses mezőket generálnak, amelyek befolyásolják a másodlagos rendszereket konduktált és sugárzott kölcsönhatáson keresztül.
Konduktált interferencia az instrumentális transzformátorok és a föld potenciális különbségek révén jelenik meg. A VFTO-k a primáris és másodlagos áramkörök közötti szórt kapacitancián és induktancián keresztül kölcsönhatnak. Ezek befektetik a földhálóba a földelők segítségével, emelkedve a teljes föld potenciálisan, és teremtve földhurokot, ami destabilizálja a másodlagos berendezéseket.
Sugárzott interferencia akkor lép fel, amikor a tranzienst elektromágneses mezők térben terjednek, közvetlenül behangolva a másodlagos kábeleket és eszközöket. Az elektromos mező-hangolás befolyásolja a magas-ellenállású csomópontokat, jel torzítást vagy hamis indítást okozva – különösen érzékeny a távolságra, a mező orientációjára és az eszköz geometriájára. A mágneses mező hangolás Faraday törvénye szerint elektromotív erőket indukál a körökben; súlyossága függ a mező erejétől, a változási rátájától és a hurok területétől.
1.4 Mechanikus rezgés hatásai
A kapcsoló műveletek mechanikus rezgéseket okoznak az érintkezők hatására, súrlódás és elektromágneses erők hatására a bekapcsolási/szakítási műveletek során. A gyors szétválasztás nyitáskor vagy erős összekötés bezárásnál sokkoló hullámokat generál, amelyek rezgéseket okoznak a GIS szerkezetben. A csatlakoztatások és fogaskerekek általi továbbítás tovább terjeszti a rezgéseket a szomszédos másodlagos berendezésekre.
Ezek a rezgések mechanikusan rögzített elemeket oldhatnak fel, rombolhatják az elektromos kapcsolatokat, növelhetik a mérési hibákat, vagy – szélsőséges körülmények között – rövidzárat is okozhatnak. A hosszú távú expozíció gyorsítja a mechanikai és elektronikai alkatrészek öregedését, rövidítve a berendezések élettartamát, és veszélyeztetve a megbízhatóságot.
2. Enyhítő intézkedések a másodlagos berendezések védelmére
2.1 Optimalizált GIS szerkezeti tervezés
Anyagkiválasztás: Használjon SF₆ keverékeket magasabb dielektrikus erősségűekkel; válasszon alacsony veszteségű, magas vezetőképességű anyagokat (pl. Cu/Al) a védelemhez; optimalizálja a busz hosszát és a kapacitanciát a VFTO-amplitúdók csökkentésére.
Szerkezeti fejlesztések: Simítson a vezetők és a burkoló geometriáját, hogy csökkentsen az elektromos mező koncentrációját; javítsa az izolátor támogató tervezését egyenletes mező eloszlásért; implementálja a kontrollált kapcsoló műveleti sebességeket, és adjon hozzá snubber áramköröket az átmeneti energia absorpciója érdekében.
Rezgéscsökkentés: Telepítse hidraulikus buffereket vagy rugókat a működési mechanizmusokban; használjon gumidämperek a GIS és az alapok között; javítsa az érintkező felületek pontosságát, hogy minimalizálja a hatási erőket.
2.2 Javított védelem és földelés
Védés: Zárja be az érzékeny másodlagos eszközöket (pl. relék, kommunikációs egységek) vezető burkolatokba (cinkelt acél/ alumínium) szivárványzott szellemekkel. Használjon védett vagy duplavédett kábeleket megfelelő lezárókkal; alkalmazza a szűrt csatlakozókat és hálós képernyőket a szellőzőkhöz. Rövid kábelek esetén (<10 m) használjon egy pontú felszerelést; hosszabb futásoknál több pontú felszerelést, hogy minimalizálja a indukált feszültségeket.
Felszerelés: Tartsa a felszerelési ellenállást ≤4 Ω-nál. Magas ellenállású talajban telepítse az összekapcsolt felszerelési rácsokat függőleges rúddal. Használjon egy pontú felszerelést analóg áramkörökhez és több pontú felszerelést digitális/magasszabadságú rendszerekhez. Optimalizálja a rács elrendezését (pl. téglalap alakú háló kereszteződő elektrodákkal), hogy biztosítsa a homogén árameloszlást és alacsony potenciálgradiens-t.
2.3 Szűrés és nyomállító technológiák
Szűrők: Telepítse a tápegység-szűrőket a másodlagos berendezések bemenetein, hogy blokkolja a magasfrekvenciás zajt. Alkalmazzon digitális jel szűrési algoritmusokat a kommunikációs csatornák adatintegritásának javítására.
További védelem: Telepítse a ZnO-fogókat közel a másodlagos berendezésekhez, hogy korlátozza a VFTO-kat és kapcsolóhullámokat. Használjon további védelmi eszközöket (SPD-k) a jel- és kommunikációs vonalakon, hogy átirányítsa a tranzien erőt a földre, biztosítva a stabil gyenge jelátvitelt.
2.4 Megerősített másodlagos berendezések megerősítése
Hardver védelem: Erősítse a raktározó kereteket vastagabb acéllal és hozzáadott merevsítőkkel. Izolálja a berendezéseket gumicsomókkal vagy kétlépéses rezgésvédővel. Biztonságosan rögzítse a PCB-ket vastagabb alaplapokkal, szélső rögzítésekkel és lecsengő padakkal. Potként kritikus komponenseket (pl. IC-k, relék) helyezzen behelyező anyagokba vagy rugalmas tartókba, hogy elkerülje a lehetséges lökődést. Kerülje a hosszú, vékony nyomokat a törések minimalizálása érdekében.
Szoftver védelem: Implementáljon ellenőrzőösszegeket és hibajavító kódokat (ECC) adatai sérülésének detektálásához és javításához. Helyezzen "NOP" (nem művelet) utasításokat a firmware-ben, hogy lehetővé tegye a felhasználók számára a fellépő EMI okozta programugrásokból való helyreállást, ezzel megelőzi a zárlatokat és növeli a rendszer kitartását.
3.Következtetés
A GIS kapcsoló működésének hatásainak teljes megértése a másodlagos berendezésekön kifejezetten fontos a hálózat megbízhatóságának biztosításához. A tápellátási rendszerek tervezése, építése és üzemeltetése során a GIS és a másodlagos rendszerek közötti elektromágneses kompatibilitás (EMC) prioritást kell élveznie. A szerkezeti optimalizálás, a robust védelem/felszerelés, a fejlett szűrés és a hardver/szoftver megerősítés integrálásával a kapcsoló által okozott tranzien, EMI és rezgés negatív hatásait hatékonyan minimalizálhatjuk – biztosítva így biztonságosabb, megbízhatóbb és kitartóbb energiaszállítást.
