En kort diskussion af problemstillingerne ved konvertering af automatiske genoptagelsesafbrydere til brug som udendørs vakuumafbrydere

Omvandlingen af landlige elektricitetsnet spiller en vigtig rolle i reduktionen af elpriser i landlige områder og acceleration af den økonomiske udvikling i disse. For nylig deltog forfatteren i designet af flere småskala projekter til omvandling af landlige elektricitetsnet eller konventionelle understationer. I landlige understationer anvendes der ofte 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbrydere.

For at spare på investeringerne blev der i omvandlingen anvendt en løsning, hvor kontrolenheden på 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbrydere blev fjernet, og enheden blev omdannet til en udendørs vakuumafbryder. Dette rejser spørgsmålet om, hvordan beskyttelses- og styringssirkuitet skal ændres for at integrere dem i et mikrobaseret integreret overvågningssystem. Dette problem og de tilhørende løsninger vil blive uddybet yderligere nedenfor.

1. De grundlæggende principper for 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbrydere

Den 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbryder integrerer skift, kontrol, beskyttelse og overvågning i én enhed. Det er et foretrukket intelligent redskab til distributionsautomatisering, som kan udføre åbne- og lukningsoperationer automatisk på AC linjer ifølge en forudindstillet sekvens, og derefter nulstille sig automatisk eller låse op. Den har indbygget (uden ekstern strømforsyning) kontrol- og beskyttelsesfunktion. Siden dens introduktion i Kina, har det været bredt anvendt i bydistributionsnet og landlige understationer på grund af dets unikke fordele.

Den 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbryder består af to dele: hovedafbryderen og styreenheden. Afhængigt af metoden til at levere kontrolstrøm, kommer styreenheden generelt i tre konfigurationer:

• Brug af AC 220V direkte som både drift- og lukningsstrøm for styreenheden;

• Konvertering af AC 220V til regulert DC 220V for drift- og lukningsstrøm;

• Strømforsyning af styreenheden med en intern lithiumbatteri.

Hovedafbryderen er udstyret med bushingtype strømtransformatorer (CTs) for at måle linje-strøm. Måleværdierne fra hver fase sendes separat til styreenheden. Ved bekræftelse af en fejlstrøm og efter en forudindstillet tidsforsinkelse, udfører afbryderen automatisk åbne- og lukningsoperationer ifølge en forudbestemt sekvens. Når der opstår en midlertidig fejl i systemet, genopretter den automatiske lukningsfunktion strømforsyningen automatisk.

Hvis fejlen er permanent, virker afbryderen ifølge sin forudindstillede sekvens. Efter at have gennemført det forudbestemte antal lukningsforsøg (typisk tre), bekræfter den fejlen som permanent. En sektioner isolerer derefter den defekte gren, hvilket genopretter strømforsyningen til ikke-defekte sektioner. Manuelt indgreb er nødvendigt for at fjerne fejlen og nulstille afbryderens låsestatus for at returnere den til normal drift. Når den bruges i samarbejde med sektioner og sektionsafbrydere, klarer afbryderen effektivt midlertidige fejl og isolerer permanente fejlsteder, hvilket minimaliserer både strømafbrydelsesvarigheden og det berørte område.

2. Modifikationsmetoder for styreenheden på 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbrydere

For at reducere investeringsomkostninger blev der implementeret en løsning i omvandlingen, hvor styreenheden på 10kV udendørs automatiske styringsvakuumafbryder blev fjernet, og enheden blev omdannet til en udendørs vakuumafbryder. Efter at understationen har taget et integreret automatiseringssystem i brug, skal beskyttelses- og overvågningsfunktionerne på afbryderen deaktiveres. Dog skal strømsignalerne fra hovedafbryderen og trip/luknings-sirkuitet på afbryderen være forbundet til 10kV beskyttelses- og overvågningsenheden i det integrerede automatiseringssystem. De specifikke modifikationer er følgende:

Deaktiver afbryderens beskyttelses- og detectionsfunktioner ved at afkoble styreenhedens strømforsyning og udgangssirkuitet på terminalblokken.

Strømsignalene fra hovedafbryderen ledes typisk gennem styreenhedens terminalblok til 10kV beskyttelses- og overvågningsenheden. Opkoblingen fra terminalblokken til den oprindelige styreenhed skal afkobles for at undgå parasitære sirkuit. Alternativt kan sekundærsiden af CT'erne på hovedafbryderen direkte forbinderes til 10kV beskyttelses- og overvågningsenheden.

Kontrolstrømmen for den 10kV integrerede beskyttelses- og overvågningsenhed er typisk DC 220V eller 110V. Givet de tre originale styreenhedens strømforsyningskonfigurationer, er modifikationsmetoderne følgende:

• Oprindelig konfiguration: AC 220V til både drift- og lukningsstrøm
  → Erstat trip/lukningsspole med en DC 220V eller 110V version. Hvis mekanismen bruger en fjederopladningsmotor, der ikke er kompatibel med både AC og DC, skal denne også erstattes.

• Oprindelig konfiguration: AC 220V konverteret til regulert DC 220V
  → Afkobl strømforsyningen fra styreenheden til trip/luknings-sirkuitet, og forsyne dem direkte fra den 10kV integrerede beskyttelses- og overvågningsenhed. Understationskontrolstrømmen bør sættes til DC 220V.

• Oprindelig konfiguration: Styreenhed forsynet med indbygget lithiumbatteri
  → I dette tilfælde bruger kontrolsirkuitet typisk DC 36V eller 12V, mens trip/luknings-sirkuitet bruger AC 220V. Under modifikation skal trip/lukningsspoiler erstattes. Spoleterminalerne bør forbindes i serie med afbryderens hjælpekontakter og føres direkte til terminalblokken. Enhver fjederopladningsmotor, der ikke er godkendt for både AC og DC, skal også erstattes.

Da styreenhedsstrukturen er kompakt, bør produkter med dimensioner identiske med de originale vælges, når der findes erstatnings trip/lukningsspoiler og opladningsmotorer. Det er afgørende, at den nye opkobling ikke har nogen forbindelse med de originale styreenhedens sirkuit for at undgå parasitære løkker.

3. Konklusion

Under omvandlingen af landlige elektricitetsnet kan udfordringer opstå, når eksisterende udstyr rettes til at fungere med nye automatiseringssystemer. Men så længe passende løsninger udvikles for disse problemer, kan der opnås kostnedssparelse, samtidig med at projektets mål opfyldes.

Bemærk: Denne moderniseringsmetode var relativt almindelig i tidlige opgraderinger af landdistrikternes elektriske netværk (f.eks. før 2010) eller under afskaffelsen af ældre udstyr. I dag er det oftere, at nye intelligente enheder eller dedikerede vakuumkredsløbsbrydere anvendes direkte i landdistrikternes strømnet.