Lyhyt keskustelu automaattisten sulkuvalvojien muuntamisesta ulkoiseksi tyhjiövirtasulkuvalvojaksi käyttöön

Maaseudun sähköverkon uudistus on tärkeä rooli maaseudun sähköhintojen alentamisessa ja maaseudun taloudellisen kehityksen kiihdyttämisessä. Viime aikoina olen osallistunut useiden pienten maaseudun sähköverkon uudistusprojektien tai perinteisten sähköasemien suunnitteluun. Maaseudun sähköasemissa perinteiset 10kV-järjestelmät käyttävät yleensä 10kV ulkoisia automaattisia vakiovirtakatkaisimia.

Sijoituksen säästämiseksi uudistuksessa poistimme 10kV ulkoisen automaattisen vakiovirtakatkaisimen ohjausyksikön ja muutimme sen ulkokatkaistavaksi vakiovirtakatkaisimeksi. Tämä nostaa esiin kysymyksen siitä, miten suoja- ja ohjauskierrokset voidaan muokata niin, että ne voidaan integroida mikrotietokonepohjaiseen yhteishavaintojärjestelmään. Tämän ongelman ja sen vastaavat ratkaisut tarkennetaan alla.

1. 10kV ulkoisen automaattisen vakiovirtakatkaisimen perusperiaatteet

10kV ulkoinen automaattinen vakiovirtakatkaisin integroi kytkentä-, ohjaus-, suoja- ja valvontatoiminnot yhteen laitteeseen. Se on suosittu älylaite jakeluautomaatiolle, joka voi suorittaa AC-johtoja varten automaattisesti avaamisen ja uudelleenkytkmisen määrätyssä järjestyksessä, ja sen jälkeen automaattisesti palautua tai lukita. Sillä on sisäinen (ulkopuolista virranlähdettä vaativaton) ohjaus- ja suojatoiminto. Sen käyttöönotosta lähtien se on laajasti käytetty kaupunkijakeluverkoissa ja maaseudun sähköasemissa sen ainutlaatuisen etun vuoksi.

10kV ulkoinen automaattinen vakiovirtakatkaisin koostuu kahdesta osasta: katkaisimen pääosastosta ja ohjausyksiköstä. Ohjausvirran toimintatavan mukaan ohjausyksikkö tulee yleensä kolmessa kokoonpanossa:

• Käyttämällä AC 220V suoraan sekä toimintavirrana että sulkeutumisvirrana ohjausyksikölle;

• Muuntamalla AC 220V säädettyyn DC 220V toimintavirraksi ja sulkeutumisvirraksi;

• Ohjausyksikön voimantulon tarjoamalla sisäisellä litiumakkulla.

Katkaisimen pääosa on varustettu putkityypin virranmuunnoksilla (CTs) johtovirtauksen havaitsemiseksi. Jokaisen vaiheen mittaritiedot välitetään erikseen ohjausyksikölle. Vika-ajan varmistamisen jälkeen ja asetetun viiveajan jälkeen katkaisin suorittaa automaattisesti avaamisen ja uudelleenkytkmisen määrätyssä järjestyksessä. Kun järjestelmässä tapahtuu tilapäinen vika, automaattinen uudelleenkytkmätoiminto palauttaa energianjakelun automaattisesti.

Jos vika on pysyvä, katkaisin toimii sen ennakkoon asetetun järjestyksen mukaisesti. Kun on suoritettu asetettu määrä uudelleenkytkemisyritteitä (yleensä kolme), vika varmistetaan pysyväksi. Osittelija erottaa silloin vikakannan, palauttaen energianjakelun epävikaisiin osiin. Manuaalista puuttumista vaaditaan vikan poistamiseen ja katkaisimen lukituksen tilan nollaus, jotta se palautuu normaaliin toimintaan. Kun sitä käytetään yhteistyössä osittelijoiden ja osituskatkaisimien kanssa, katkaisin poistaa tehokkaasti tilapäisiä vikoja ja erottaa pysyvät vikapaikat, vähentäen samalla keskeytysten kestoa ja vaikutusaluetta.

2. 10kV ulkoisen automaattisen vakiovirtakatkaisimen ohjausyksikön muokkaustavat

Sijoituksen säästämiseksi toteutimme uudistuksessa ohjausyksikön poistamisen 10kV ulkoisesta automaattisesta vakiovirtakatkaisimesta ja käyttöönotimme laitteen ulkokatkaistavaksi vakiovirtakatkaisimeksi. Kun sähköasema ottaa käyttöön yhdennetyn automaatiojärjestelmän, katkaisimen suoja- ja valvontatoiminnot on poistettava käytöstä. Kuitenkin katkaisimen pääosaston virtasignaalit ja katkaisimen avaus/sulku-kierrokset on yhdistettävä 10kV-suoja- ja valvontayksikköön yhdennetyn automaatiojärjestelmässä. Tarkemmat muokkaukset ovat seuraavat:

Poista katkaisimen suoja- ja valvontatoiminnot irrottamalla ohjausyksikön virrantarpeen ja ulosjohtavat kierrokset terminaaliplokissa.

Katkaisimen pääosaston virtasignaalit kulkevat yleensä ohjausyksikön terminaaliplokissa 10kV-suoja- ja valvontayksikköön. Johto terminaaliplokit alkuperäiseen ohjausyksikköön on irrotettava välttääksesi sivusuureiden muodostumista. Vaihtoehtoisesti katkaisimen pääosaston CT-alkioiden sekundääripuoli voidaan yhdistää suoraan 10kV-suoja- ja valvontayksikköön.

10kV yhdennetyn suoja- ja valvontayksikön ohjausvirta on yleensä DC 220V tai 110V. Kolmen alkuperäisen ohjausyksikön virrantarpeen mukaisesti muokkaustavat ovat seuraavat:

• Alkuperäinen kokoonpano: AC 220V molemmille toimintavirrana ja sulkeutumisvirrana
  → Korvaa avaus/sulku-kierros DC 220V tai 110V-version kanssa. Jos mekanismi käyttää kevytvarustusmoottoria, joka ei ole yhteensopiva sekä AC:n että DC:n kanssa, sen on myös korvattava.

• Alkuperäinen kokoonpano: AC 220V muutettuna säädettyyn DC 220V
  → Irrota ohjausyksikön virrantarve avaus/sulku-kierroksista ja yhdistä ne suoraan 10kV yhdennettyyn suoja- ja valvontayksikköön. Sähköaseman ohjausvirta tulisi asettaa DC 220V:ksi.

• Alkuperäinen kokoonpano: Ohjausyksikkö voimantulolla sisäisestä litiumakkusta
  → Tässä tapauksessa ohjauskierros käyttää yleensä DC 36V:tä tai 12V:tä, kun taas avaus/sulku-kierrokset käyttävät AC 220V:tä. Muokkauksen aikana avaus/sulku-kierrosten on korvattava. Kierroksen päät pitäisi yhdistää sarjassa katkaisimen apukontaktien kanssa ja johtaa ne suoraan terminaaliplokiin. Kaikki kevytvarustusmoottorit, jotka eivät ole yhteensopivia sekä AC:n että DC:n kanssa, on myös korvattava.

Koska ohjausyksikön rakenne on kompakti, korvaavien avaus/sulku-kierrosten ja kevytvarustusmoottorien valinnassa tulisi edistää tuotteita, joiden mitat ovat identtisiä alkuperäisten kanssa. Olennaisesti, uuden johtonsuunnitelman on oltava täysin erillinen alkuperäisistä ohjausyksikön kierroksista, jotta voidaan estää sivusuureiden muodostuminen.

3. Yhteenveto

Maaseudun sähköverkon uudistuksessa saattaa ilmetä haasteita, kun olemassa olevia laitteita yritetään sovittaa uusiin automaatiojärjestelmiin. Kuitenkin, jos näihin ongelmiin kehitetään asianmukaisia ratkaisuja, sijoituksen säästöjä voidaan saavuttaa samalla, kun projektin tavoitteet voidaan täyttää.

Huomio: Tämä päivitysmenetelmä oli suhteellisen yleistä aiemmissa maaseutusähköverkon päivityksissä (esim. ennen vuotta 2010) tai vanhentuneiden laitteiden poistamisen aikana. Nykymaailman maaseutusähköverkoissa uudet älylaitteet tai erityisesti vakuumpyssyt ovat yleisemmin käytössä suoraan.