Una Breu Discussió sobre els Problemes de Convertir Reclòsers en Interruptors de Circuit Vacuïm Externs per a l'Ús

La transformació de la xarxa elèctrica rural joca un paper important en la reducció de les tarifes d'electricitat rural i l'acceleració del desenvolupament econòmic rural. Recentment, l'autor ha participat en el disseny de diversos projectes de transformació de petites escales de xarxes elèctriques rurals o subestacions convencionals. En les subestacions de xarxes elèctriques rurals, els sistemes convencionals de 10kV adopten principalment reaferradors automàtics al aire lliure de circuit vacuï.

Per estalviar en la inversió, hem adoptat un esquema en la transformació que elimina la unitat de control del reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV i ho converteix en un interruptor de circuit vacuï al aire lliure. Això planteja la qüestió de com modificar els circuits de protecció i control per integrar-los en un sistema de monitorització integrada basat en microordinador. Aquesta qüestió i les seves solucions corresponents s'explicaran més endavant.

1. Principis bàsics del reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV

El reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV integra funcions de commutació, control, protecció i monitorització en una sola unitat. És un dispositiu intel·ligent preferit per a l'automatització de la distribució, capaç de realitzar operacions d'obertura i reaferrament automàtiques en línies d'AC segons una seqüència predefinida, i després reiniciar-se automàticament o bloquejar-se. Presenta funcionalitats de control i protecció autònoma (que no requereixen font d'alimentació externa). Des de la seva introducció a Xina, s'ha utilitzat ampliament en xarxes de distribució urbana i subestacions rurals degut a les seves avantatges únics.

El reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV consta de dues parts: el cos del reaferrador i la unitat de control. Depenent del mètode d'aportació de la potència de control, la unitat de control generalment té tres configuracions:

• Utilitzar AC 220V directament com a potència d'operació i tancament per a la unitat de control;

• Convertir AC 220V a DC 220V regulat per a la potència d'operació i tancament;

• Alimentar la unitat de control amb una bateria interna de lítium.

El cos del reaferrador està equipat amb transformadors de corrent (CT) de tipus embolcallat per detectar la corrent de línia. Els valors mesurats de cada fase es transmeten separadament a la unitat de control. Un cop confirmada la corrent de fallada i després d'un retard preestablert, el reaferrador realitza automàticament operacions d'obertura i reaferrament segons una seqüència predeterminada. Quan es produeix una fallada transitòria en el sistema, la funció de reaferrament automàtic restableix l'abast d'electricitat automàticament.

Si la fallada és permanent, el reaferrador opera segons la seva seqüència preestablerta. Després de completar el nombre preestablert de intents de reaferrament (normalment tres), confirma la fallada com a permanent. Un seccionador aïlla llavors la branca defectuosa, restablint l'abast d'electricitat a les seccions sense fallades. Es requereix intervenció manual per eliminar la fallada i reiniciar l'estat de bloqueig del reaferrador per tornar-lo a la normalitat. Quan s'utilitza en coordinació amb seccionadors i interruptors de circuit de secció, el reaferrador elimina eficientment les fallades transitòries i aïlla les ubicacions de fallades permanentes, minimitzant tant la durada de l'interrupció com l'àrea afectada.

2. Mètodes de modificació de la unitat de control del reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV

Per reduir els costos d'inversió, hem implementat un esquema en la transformació que elimina la unitat de control del reaferrador automàtic al aire lliure de circuit vacuï de 10kV i reutilitza el dispositiu com a interruptor de circuit vacuï al aire lliure. Després que la subestació adopta un sistema d'automatització integrat, les funcions de protecció i monitorització del reaferrador han de ser inhabilitades. Tanmateix, els senyals de corrent del cos del reaferrador i els circuits de trip/clos de l'interruptor han de connectar-se a la unitat de protecció i monitorització de 10kV del sistema d'automatització integrat. Les modificacions específiques són les següents:

Inhabilitar les funcions de protecció i detecció del reaferrador desconectant la alimentació i els circuits de sortida de la unitat de control a la terminal.

Els senyals de corrent del cos del reaferrador generalment es dirigeixen a través de la terminal de la unitat de control a la unitat de protecció i monitorització de 10kV. El cablat de la terminal a la unitat de control original ha de desconectar-se per evitar circuits paràsits. Alternativament, el costat secundari dels CTs del cos del reaferrador es pot connectar directament a la unitat de protecció i monitorització de 10kV.

La potència de control per a la unitat de protecció i monitorització integrada de 10kV és normalment DC 220V o 110V. Tenint en compte les tres configuracions originals de la potència de la unitat de control, les aproximacions de modificació són les següents:

• Configuració original: AC 220V per a la potència d'operació i tancament
  → Reemplaçar el bobí de trip/clos amb una versió de DC 220V o 110V. Si el mecanisme utilitza un motor de càrrega de molla que no és compatible amb AC i DC, també ha de ser reemplaçat.

• Configuració original: AC 220V convertit a DC 220V regulat
  → Desconnectar l'alimentació de la unitat de control als circuits de trip/clos i en lloc d'això alimentar-los directament des de la unitat de protecció i monitorització integrada de 10kV. La potència de control de la subestació hauria de ser establerta a DC 220V.

• Configuració original: Unitat de control alimentada per una bateria de lítium interna
  → En aquest cas, el circuit de control normalment utilitza DC 36V o 12V, mentre que els circuits de trip/clos utilitzen AC 220V. Durant la modificació, els bobins de trip/clos han de ser reemplaçats. Les terminales del bobí haurien de connectar-se en sèrie amb els contactes auxiliars de l'interruptor i conduir-se directament a la terminal. Qualsevol motor de càrrega de molla no qualificat per a AC i DC també ha de ser reemplaçat.

Com que la estructura de la unitat de control és compacta, quan es seleccionen els bobins de trip/clos de reemplaçament i els motors de càrrega, s'haurien de preferir productes amb dimensions idèntiques als originals. Èsser crucial, el nou cablado no ha de tenir cap connexió amb els circuits originals de la unitat de control per evitar bucles paràsits.

3. Conclusió

Durant la transformació de la xarxa elèctrica rural, poden sorgir reptes en la retroficiació de l'equipament existent per treballar amb nous sistemes d'automatització. Tanmateix, sempre que es desenvinguin solucions adequades per a aquests problemes, es poden aconseguir economies de costos mentre es compleixen els objectius del projecte.

Nota: Aquesta metodologia de renovació era relativament comuna en les primeres milloreres de xarxes rurals (per exemple, abans del 2010) o durant la substitució d'equipaments obsolets. En les xarxes elèctriques rurals actuals, es despleguen més sovint nous dispositius intel·ligents o interruptors de circuit vacuï específics directament.