Stručná diskuse o problémech převodu opětovných vypínačů na venkovní vakuové vypínače pro použití

Transformace venkovských elektrických sítí hraje klíčovou roli v snižování tarifů za elektrickou energii na venkově a zrychlování ekonomického rozvoje venkova. Nedávno jsem se zúčastnil návrhu několika malých projektů transformace venkovských elektrických sítí nebo konvenčních transformačních stanic. V transformačních stanicích venkovských elektrických sítí jsou v konvenčních systémech 10 kV často používány 10kV venkovní samonavazující vakuové přepínače.

Aby bylo možné ušetřit investice, v transformaci jsme použili schéma, které odstraňuje kontrolní jednotku 10kV venkovního samonavazujícího vakuového přepínače a převede ji na venkovní vakuový vypínač. Tím se otázka, jak upravit ochranné a kontrolní obvody tak, aby byly integrovány do počítačového integrovaného monitorovacího systému. Toto téma a jeho odpovídající řešení budou dále podrobněji popsány níže.

1. Základní principy 10kV venkovního samonavazujícího vakuového přepínače

10kV venkovní samonavazující vakuový přepínač integruje funkce přepínání, řízení, ochrany a monitorování do jedné jednotky. Je to preferované inteligentní zařízení pro automatizaci distribuce, které je schopné automaticky provádět operace otevírání a znovu navazování na střídavých liniích podle přednastaveného řetězce a následně se automaticky resetovat nebo uzamknout. Disponuje samoobslužnou (bez potřeby externího zdroje napájení) funkcí řízení a ochrany. Od svého zavedení v Číně se široce používá v městských distribučních sítích a venkovských transformačních stanicích díky svým unikátním výhodám.

10kV venkovní samonavazující vakuový přepínač se skládá ze dvou částí: hlavního těla přepínače a kontrolní jednotky. Podle způsobu dodávání kontrolovačního napájení bývá kontrolní jednotka obvykle ve třech konfiguracích:

• Použití AC 220V přímo jako napájecí a zavírací zdroj pro kontrolní jednotku;

• Převod AC 220V na regulované DC 220V pro napájecí a zavírací zdroj;

• Napájení kontrolní jednotky interní lithiovou baterií.

Tělo přepínače je vybaveno trubicovými proudovými transformátory (CT) pro detekci linkového proudu. Měřené hodnoty každé fáze jsou zvlášť předávány do kontrolní jednotky. Po potvrzení případného chybového proudu a po nastaveném časovém prodlevě přepínač automaticky provádí operace otevírání a znovu navazování podle předem stanoveného řetězce. Když dojde k dočasnému poruchu v systému, funkce automatického opětovného navazování automaticky obnoví dodávku elektrické energie.

Pokud je porucha trvalá, přepínač funguje podle svého přednastaveného řetězce. Po dokončení přednastaveného počtu pokusů o znovunavázání (obvykle tři) potvrdí trvalou poruchu. Sekcionér pak izoluje vadnou větev, obnoví dodávku elektrické energie do nevadných částí. Pro odstranění poruchy a resetování stavu uzamčení přepínače je potřeba ruční zásah. Při použití v kombinaci se sekcionéry a sekčními vypínači přepínač efektivně odstraňuje dočasné poruchy a izoluje místa trvalých poruch, což minimalizuje dobu výpadku a postižené oblasti.

2. Metody úpravy kontrolní jednotky 10kV venkovního samonavazujícího vakuového přepínače

Aby bylo možné snížit investiční náklady, v transformaci jsme implementovali schéma, které odstraňuje kontrolní jednotku 10kV venkovního samonavazujícího vakuového přepínače a převádí zařízení na venkovní vakuový vypínač. Po adopci integrovaného automatizačního systému musí být funkce ochrany a monitorování přepínače deaktivovány. Nicméně, signály proudu z těla přepínače a okruhy spouštění/zavírání vypínače musí být připojeny k 10kV jednotce ochrany a monitorování integrovaného automatizačního systému. Konkrétní úpravy jsou následující:

Deaktivace funkcí ochrany a detekce přepínače odpojením napájecích a výstupních obvodů kontrolní jednotky na konečnicové desce.

Signály proudu z těla přepínače jsou obvykle vedeny přes konečnicovou desku kontrolní jednotky do 10kV jednotky ochrany a monitorování. Drátování z konečnicové desky k původní kontrolní jednotce musí být odpojeno, aby se zabránilo parazitním obvodům. Alternativně mohou být sekundární strany CT na těle přepínače přímo připojeny k 10kV jednotce ochrany a monitorování.

Napájecí zdroj pro 10kV integrovanou jednotku ochrany a monitorování je obvykle DC 220V nebo 110V. S ohledem na tři původní konfigurace napájecího zdroje kontrolní jednotky jsou následující přístupy k úpravám:

• Původní konfigurace: AC 220V pro oba napájecí a zavírací zdroj
  → Nahrazení cívky spouštění/zavírání verzí DC 220V nebo 110V. Pokud mechanismus používá motorku pro nabíjení pružiny, která není kompatibilní s oběma AC a DC, musí být také nahrazena.

• Původní konfigurace: AC 220V převedené na regulované DC 220V
  → Odpojení napájecího zdroje z kontrolní jednotky na obvody spouštění/zavírání a místo toho jejich přímé napájení z 10kV integrované jednotky ochrany a monitorování. Napájecí zdroj stanice by měl být nastaven na DC 220V.

• Původní konfigurace: Kontrolní jednotka napájená vestavěnou lithiovou baterií
  → V tomto případě obvykle kontrolní obvod používá DC 36V nebo 12V, zatímco obvody spouštění/zavírání používají AC 220V. Během úpravy musí být cívky spouštění/zavírání nahrazeny. Terminály cívek by měly být sériově spojeny s pomocnými kontakty vypínače a vedeny přímo na konečnicovou desku. Jakýkoli motor pro nabíjení pružiny, který není vybaven pro obě AC a DC, musí být také nahrazen.

Protože struktura kontrolní jednotky je kompaktní, při výběru náhradních civek spouštění/zavírání a motorů pro nabíjení pružiny by měly být preferovány produkty s identickými rozměry jako původní. Důležité je, aby nové drátování nemělo žádné spojení s původními obvody kontrolní jednotky, aby se zabránilo vzniku parazitních smyček.

3. Závěr

Během transformace venkovských elektrických sítí mohou vzniknout problémy s modernizací existujícího zařízení pro práci s novými automatizačními systémy. Avšak pokud jsou pro tyto problémy vyvinuta vhodná řešení, lze dosáhnout úspor nákladů, zatímco stále splňovat cíle projektu.

Poznámka: Tento přístup k modernizaci byl relativně běžný při raných vylepšováních venkovských elektrických sítí (např. před rokem 2010) nebo během vyřazování zastaralého zařízení. V dnešních venkovských elektrických sítích se častěji přímo nasazují nová inteligentní zařízení nebo speciální vakuové vypínače.