Eine kurze Diskussion über die Probleme der Umwandlung von Selbstschaltern in Freiluft-Vakuumschaltkreise für den Einsatz

Die Transformation des ländlichen Stromnetzes spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der Strompreise im ländlichen Raum und der Beschleunigung der wirtschaftlichen Entwicklung in ländlichen Gebieten. Kürzlich nahm der Autor an der Planung mehrerer kleiner Projekte zur Transformation von ländlichen Stromnetzen oder konventionellen Umspannwerken teil. In ländlichen Umspannwerken werden in konventionellen 10kV-Systemen meist 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalter verwendet.

Um Investitionen zu sparen, wurde ein Verfahren in der Transformation angewendet, das die Steuerungseinheit des 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalters entfernt und ihn in einen Außenvakuumkreuzschlüssel umwandelt. Dies wirft die Frage auf, wie die Schutz- und Steuerungsschaltungen modifiziert werden können, um sie in ein mikrocomputerbasiertes integriertes Überwachungssystem zu integrieren. Diese Fragestellung und ihre entsprechenden Lösungen werden im Folgenden weiter erläutert.

1. Grundprinzipien des 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalters

Der 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalter integriert Schalt-, Steuer-, Schutz- und Überwachungsfunktionen in einem Gerät. Es ist ein bevorzugtes intelligentes Gerät für die Verteilungsautomatisierung, das nach einer vorgegebenen Sequenz automatisch Öffnungs- und Wiederzuschaltvorgänge an AC-Leitungen durchführen und anschließend automatisch zurücksetzen oder sperren kann. Es verfügt über eine selbstversorgende (ohne externe Energiequelle) Steuer- und Schutzfunktion. Seit seiner Einführung in China wird es aufgrund seiner einzigartigen Vorteile in städtischen Verteilungsnetzen und ländlichen Umspannwerken weit verbreitet eingesetzt.

Der 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalter besteht aus zwei Teilen: dem Hauptwiederzuschalterkörper und der Steuerungseinheit. Je nach Methode der Versorgung der Steuerungsenergie gibt es in der Regel drei Konfigurationen:

• Verwendung von AC 220V direkt als Betriebs- und Schlussenergie für die Steuerung;

• Konvertierung von AC 220V in geregeltes DC 220V für Betriebs- und Schlussenergie;

• Versorgung der Steuerung mit einer internen Lithium-Batterie.

Der Wiederzuschalterkörper ist mit steckerdurchführten Stromtransformatoren (CTs) ausgestattet, um den Leitungstrom zu messen. Die gemessenen Werte jeder Phase werden getrennt an die Steuerung übertragen. Nach Bestätigung eines Fehlerstroms und nach einer vordefinierten Zeitverzögerung führt der Wiederzuschalter automatisch Öffnungs- und Wiederzuschaltvorgänge gemäß einer vorbestimmten Sequenz durch. Bei einem transitorischen Fehler im System stellt die automatische Wiederzuschaltung die Stromversorgung automatisch wieder her.

Bei einem dauerhaften Fehler arbeitet der Wiederzuschalter gemäß seiner voreingestellten Sequenz. Nach Abschluss der voreingestellten Anzahl von Wiederzuschaltversuchen (normalerweise drei) bestätigt er den Fehler als dauerhaft. Ein Sektionszähler isoliert dann den fehlerhaften Zweig und stellt die Stromversorgung für nicht-fehlerhafte Abschnitte wieder her. Eine manuelle Eingriff ist erforderlich, um den Fehler zu beheben und den Sperrstatus des Wiederzuschalters zurückzusetzen, um ihn wieder in den normalen Betrieb zu versetzen. In Kombination mit Sektionszählern und Sektionskreuzschlägern kann der Wiederzuschalter effektiv transitorische Fehler beseitigen und dauerhafte Fehlerstellen isolieren, was sowohl die Ausfallzeit als auch den betroffenen Bereich minimiert.

2. Modifikationsmethoden für die Steuerung des 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalters

Um Investitionskosten zu reduzieren, wurde ein Verfahren in der Transformation angewendet, das die Steuerungseinheit des 10kV-Außenautomatikvakuumwiederzuschalters entfernt und das Gerät als Außenvakuumkreuzschlüssel neu verwendet. Nachdem das Umspannwerk ein integriertes Automatisierungssystem verwendet, müssen die Schutz- und Überwachungsfunktionen des Wiederzuschalters deaktiviert werden. Allerdings müssen die Stromsignale vom Wiederzuschalterkörper und die Trip/Schluss-Schaltkreise des Kreuzschlüssels an die 10kV-Schutz- und Überwachungseinheit des integrierten Automatisierungssystems angeschlossen werden. Die spezifischen Modifikationen sind wie folgt:

Deaktivieren Sie die Schutz- und Erkennungsfunktionen des Wiederzuschalters, indem Sie die Spannungsversorgung und die Ausgangsschaltkreise der Steuerung am Terminalblock trennen.

Die Stromsignale vom Wiederzuschalterkörper werden in der Regel über den Terminalblock der Steuerung an die 10kV-Schutz- und Überwachungseinheit geleitet. Die Verkabelung vom Terminalblock zur ursprünglichen Steuerung muss getrennt werden, um Parasitenschaltkreise zu vermeiden. Alternativ können die Sekundärseite der CTs am Wiederzuschalterkörper direkt an die 10kV-Schutz- und Überwachungseinheit angeschlossen werden.

Die Steuerspannung für die 10kV-integrierte Schutz- und Überwachungseinheit beträgt in der Regel DC 220V oder 110V. Angesichts der drei ursprünglichen Steuerungsspannungs-Konfigurationen sind die Modifikationsansätze wie folgt:

• Ursprüngliche Konfiguration: AC 220V für Betriebs- und Schlussenergie
  → Ersetzen Sie die Trip/Schluss-Spule durch eine DC 220V- oder 110V-Version. Wenn der Mechanismus einen Federlademotor verwendet, der nicht für AC und DC geeignet ist, muss dieser ebenfalls ersetzt werden.

• Ursprüngliche Konfiguration: AC 220V in geregeltes DC 220V konvertiert
  → Trennen Sie die Spannungsversorgung von der Steuerung zu den Trip/Schluss-Schaltkreisen und versorgen Sie diese stattdessen direkt aus der 10kV-integrierten Schutz- und Überwachungseinheit. Die Umspannwerkssteuerspannung sollte auf DC 220V eingestellt sein.

• Ursprüngliche Konfiguration: Steuerung mit eingebauter Lithium-Batterie versorgt
  → In diesem Fall verwendet der Steuerschaltkreis in der Regel DC 36V oder 12V, während die Trip/Schluss-Schaltkreise AC 220V verwenden. Beim Modifizieren müssen die Trip/Schluss-Spulen ersetzt werden. Die Spulenanschlüsse sollten in Serie mit den Hilfskontakten des Kreuzschlüssels verbunden und direkt zum Terminalblock geführt werden. Jeder Federlademotor, der nicht für AC und DC ausgelegt ist, muss ebenfalls ersetzt werden.

Da die Steuerungsstruktur kompakt ist, sollten beim Auswählen der Ersatz-Trip/Schluss-Spulen und -Lademotoren Produkte mit identischen Abmessungen wie die Originalteile bevorzugt werden. Wichtig ist, dass die neue Verkabelung keinerlei Verbindung zu den ursprünglichen Steuerungsschaltkreisen hat, um Parasitenschleifen zu vermeiden.

3. Fazit

Während der Transformation des ländlichen Stromnetzes können Herausforderungen auftreten, wenn vorhandene Geräte an neue Automatisierungssysteme angepasst werden sollen. Sofern jedoch geeignete Lösungen für diese Probleme entwickelt werden, können Kosten gesenkt werden, während gleichzeitig die Projektziele erreicht werden.

Hinweis: Dieser Modernisierungsansatz war in frühen Ländlichen Netzwerkaufwertungen (z.B. vor 2010) oder während der Ausmusterung von veralteter Ausrüstung relativ verbreitet. In den heutigen ländlichen Stromnetzen werden neue intelligente Geräte oder spezielle Vakuumschalter häufiger direkt eingesetzt.