Σύντομη Συζήτηση για τα Θέματα της Μετατροπής των Αυτόματων Επανασύνδεσης σε Τοξικά Κλειδώματα Φορητής Ισχύος για Χρήση Εξωτερικά

Η μετασχηματισμός του αγροτικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη μείωση των τιμολογίων ηλεκτρικής ενέργειας στις αγροτικές περιοχές και στην επιτάχυνση της αγροτικής οικονομικής ανάπτυξης. Πρόσφατα, ο συγγραφέας συμμετείχε στον σχεδιασμό αρκετών μικρής κλίμακας έργων μετασχηματισμού αγροτικών δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας ή συμβατικών υποσταθμών. Στους υποσταθμούς αγροτικών δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, τα συμβατικά συστήματα 10kV χρησιμοποιούν κυρίως εξωτερικούς αυτόματους διακόπτες κενού 10kV.

Για να εξοικονομηθεί επένδυση, εφαρμόσαμε ένα σχέδιο κατά τον μετασχηματισμό, το οποίο αφαιρεί τη μονάδα ελέγχου του εξωτερικού αυτόματου διακόπτη κενού 10kV και τον μετατρέπει σε εξωτερικό διακόπτη κενού. Αυτό δημιουργεί το ερώτημα πώς να τροποποιηθούν τα κυκλώματα προστασίας και ελέγχου για να ενσωματωθούν σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα εποπτείας βασισμένο σε μικροϋπολογιστή. Το ζήτημα αυτό και οι αντίστοιχες λύσεις του θα αναπτυχθούν παρακάτω.

1. Βασικές Αρχές του Εξωτερικού Αυτόματου Διακόπτη Κενού 10kV

Ο εξωτερικός αυτόματος διακόπτης κενού 10kV ενσωματώνει τις λειτουργίες διακοπής, ελέγχου, προστασίας και εποπτείας σε μία μονάδα. Είναι μια προτιμώμενη έξυπνη συσκευή για την αυτοματοποίηση της διανομής, ικανή να εκτελεί αυτόματα λειτουργίες ανοίγματος και επανακλεισίματος σε γραμμές AC σύμφωνα με προκαθορισμένη ακολουθία, και στη συνέχεια να επαναφέρεται αυτόματα ή να απενεργοποιείται. Διαθέτει ενσωματωμένη λειτουργία ελέγχου και προστασίας (χωρίς ανάγκη εξωτερικής πηγής ενέργειας). Από την εισαγωγή του στην Κίνα, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε αστικά δίκτυα διανομής και αγροτικούς υποσταθμούς λόγω των μοναδικών πλεονεκτημάτων του.

Ο εξωτερικός αυτόματος διακόπτης κενού 10kV αποτελείται από δύο μέρη: το κύριο σώμα του διακόπτη και τη μονάδα ελέγχου. Ανάλογα με τον τρόπο παροχής ενέργειας στον έλεγχο, η μονάδα ελέγχου υπάρχει γενικά σε τρεις διαμορφώσεις:

• Χρήση άμεσα AC 220V ως ενέργειας λειτουργίας και κλεισίματος για τη μονάδα ελέγχου·

• Μετατροπή του AC 220V σε ρυθμιζόμενο DC 220V για ενέργεια λειτουργίας και κλεισίματος·

• Τροφοδοσία της μονάδας ελέγχου με εσωτερική μπαταρία λιθίου.

Το κύριο σώμα του διακόπτη είναι εξοπλισμένο με ρευματομετασχηματιστές (CTs) τύπου bushing για την ανίχνευση του ρεύματος της γραμμής. Οι μετρήσεις κάθε φάσης μεταδίδονται ξεχωριστά στη μονάδα ελέγχου. Μετά την επιβεβαίωση ρεύματος βλάβης και μετά από προκαθορισμένη χρονική καθυστέρηση, ο διακόπτης εκτελεί αυτόματα λειτουργίες ανοίγματος και επανακλεισίματος σύμφωνα με προκαθορισμένη ακολουθία. Όταν εμφανιστεί παροδική βλάβη στο σύστημα, η λειτουργία αυτόματου επανακλεισίματος αποκαθιστά αυτόματα την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας.

Εάν η βλάβη είναι μόνιμη, ο διακόπτης λειτουργεί σύμφωνα με την προκαθορισμένη ακολουθία του. Μετά την ολοκλήρωση του προκαθορισμένου αριθμού προσπαθειών επανακλεισίματος (συνήθως τρεις), επιβεβαιώνει τη βλάβη ως μόνιμη. Ένας διακόπτης τμηματοποίησης στη συνέχεια απομονώνει το ελαττωματικό τμήμα, αποκαθιστώντας την παροχή στα μη ελαττωματικά τμήματα. Απαιτείται χειροκίνητη παρέμβαση για την αποκατάσταση της βλάβης και την επαναφορά της κλειδώματος κατάστασης του διακόπτη ώστε να επιστρέψει σε κανονική λειτουργία. Όταν χρησιμοποιείται σε συνεργασία με διακόπτες τμηματοποίησης και διακόπτες τμημάτων, ο διακόπτης απομακρύνει αποτελεσματικά τις παροδικές βλάβες και απομονώνει τις θέσεις μόνιμων βλαβών, ελαχιστοποιώντας τη διάρκεια και την έκταση της διακοπής.

2. Μέθοδοι Τροποποίησης της Μονάδας Ελέγχου του Εξωτερικού Αυτόματου Διακόπτη Κενού 10kV

Για να μειωθούν τα κόστη επένδυσης, εφαρμόσαμε ένα σχέδιο κατά τον μετασχηματισμό που αφαιρεί τη μονάδα ελέγχου του εξωτερικού αυτόματου διακόπτη κενού 10kV και αξιοποιεί εκ νέου τη συσκευή ως εξωτερικό διακόπτη κενού. Μετά την υιοθέτηση ενός ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματισμού από τον υποσταθμό, πρέπει να απενεργοποιηθούν οι λειτουργίες προστασίας και εποπτείας του διακόπτη. Ωστόσο, τα σήματα ρεύματος από το κύριο σώμα του διακόπτη και τα κυκλώματα διακοπής/κλεισίματος του διακόπτη πρέπει να συνδεθούν στη μονάδα προστασίας και εποπτείας 10kV του ολοκληρωμένου συστήματος αυτοματισμού. Οι συγκεκριμένες τροποποιήσεις είναι οι εξής:

Απενεργοποιήστε τις λειτουργίες προστασίας και ανίχνευσης του διακόπτη αποσυνδέοντας την τροφοδοσία και τα εξόδου κυκλώματα της μονάδας ελέγχου στο τερματικό μπλοκ.

Τα σήματα ρεύματος από το κύριο σώμα του διακόπτη συνήθως δρομολογούνται μέσω του τερματικού μπλοκ της μονάδας ελέγχου στη μονάδα προστασίας και εποπτείας 10kV. Πρέπει να αποσυνδεθούν οι καλωδιώσεις από το τερματικό μπλοκ προς την αρχική μονάδα ελέγχου για να αποφευχθούν παράσιτα κυκλώματα. Εναλλακτικά, η δευτερεύουσα πλευρά των CTs στο κύριο σώμα του διακόπτη μπορεί να συνδεθεί απευθείας στη μονάδα προστασίας και εποπτείας 10kV.

Η τροφοδοσία ελέγχου για την ολοκληρωμένη μονάδα προστασίας και εποπτείας 10kV είναι συνήθως DC 220V ή 110V. Δεδομένων των τριών αρχικών διαμορφώσεων τροφοδοσίας της μονάδας ελέγχου, οι προσεγγίσεις τροποποίησης είναι οι εξής:

• Αρχική διαμόρφωση: AC 220V για ενέργεια λειτουργίας και κλεισίματος
  → Αντικαταστήστε το πηνίο διακοπής/κλεισίματος με έκδοση DC 220V ή 110V. Εάν ο μηχανισμός χρησιμοποιεί κινητήρα φόρτισης ελατηρίου που δεν είναι συμβατός με AC και DC, πρέπει επίσης να αντικατασταθεί.

• Αρχική διαμόρφωση: AC 220V μετατρέπεται σε ρυθμιζόμενο DC 220V
  → Αποσυνδέστε την τροφοδοσία από τη μονάδα ελέγχου στα κυκλώματα διακοπής/κλεισίματος και τροφοδοτήστε τα απευθείας από την ολοκληρωμένη μονάδα προστασίας και εποπτείας 10kV. Η τροφοδοσία ελέγχου του υποσταθμού πρέπει να οριστεί σε DC 220V.

• Αρχική διαμόρφωση: Μονάδα ελέγχου τροφοδοτείται από ενσωματωμένη μπαταρία λιθίου
  → Σε αυτήν την περίπτωση, το κύκλωμα ελέγχου χρησιμοποιεί συνήθως DC 36V ή 12V, ενώ τα κυκλώματα διακοπής/κλεισίματος χρησιμοποιούν AC 220V. Κατά την τροποποίηση, πρέπει να αντικατασταθούν τα πηνία διακοπής/κλεισίματος. Οι ακροδέκτες των πηνίων πρέπει να συνδεθούν σε σειρά με τις βοηθητικές επαφές του διακόπτη και να οδηγηθούν απευθείας στο τερματικό μπλοκ. Κάθε κινητήρας φόρτισης ελατηρίου που δεν είναι καταταγμένος για AC και DC πρέπει επίσης να αντικατασταθεί.

Δεδομένου ότι η δομή της μονάδας ελέγχου είναι συμπαγής, κατά την επιλογή αντικατάστασης πηνίων διακοπής/κλεισίματος και κινητήρων φόρτισης, πρέπει να προτιμηθούν προϊόντα με διαστάσεις πανομοιότυπες με τα αρχικά. Εξαιρετικά σημαντικό είναι το νέο καλώδιο να μην έχει καμία σύνδεση με τα αρχικά κυκλώματα της μονάδας ελέγχου για να αποφευχθούν παράσιτα βρόχοι.

3. Συμπέρασμα

Κατά τον μετασχηματισμό του αγροτικού δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας, μπορεί να προκύψουν προκλήσεις κατά την αναβάθμιση υφιστάμενου εξοπλισμού για λειτουργία με νέα συστήματα αυτοματισμού. Ωστόσο, εφόσον αναπτυχθούν κατάλληλες λύσεις για αυτά τα ζητήματα, μπορούν να επιτευχθούν εξοικονομήσεις κόστους ενώ παράλληλα επιτυγχάνονται οι στόχοι του έργου.

Σημείωση: Αυτή η προσέγγιση αναβάθμισης ήταν σχετικά κοινή σε πρώιμες ενημερώσεις υποδομών ρουραλικών δικτύων (π.χ., πριν το 2010) ή κατά τη διάρκεια της απόσυρσης παλαιωμένου εξοπλισμού. Στα σημερινά ρουραλικά ηλεκτρικά δίκτυα, είναι πιο κοινή η άμεση εγκατάσταση νέων εξευγενικών συσκευών ή ειδικών βακουύμ ανατριχιαστών.