Una Breve Discussione sui Problemi di Conversione dei Reclosers in Interruttori a Vuoto Esterni per l'Uso

La trasformazione della rete elettrica rurale svolge un ruolo importante nella riduzione delle tariffe elettriche rurali e nell'accelerazione dello sviluppo economico rurale. Di recente, l'autore ha partecipato alla progettazione di diversi progetti di piccola scala per la trasformazione della rete elettrica rurale o stazioni elettriche convenzionali. Nelle stazioni elettriche rurali, i sistemi convenzionali a 10kV adottano principalmente interruttori automatici a vuoto esterni con autoricompensazione da 10kV.

Per risparmiare sulle spese, abbiamo adottato uno schema di trasformazione che rimuove l'unità di controllo dell'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV e lo converte in un interruttore a vuoto esterno. Questo solleva il problema di come modificare i circuiti di protezione e controllo per integrarli in un sistema di monitoraggio integrato basato su microcomputer. Questo problema e le sue soluzioni corrispondenti saranno ulteriormente elaborati di seguito.

1. Principi fondamentali dell'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV

L'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV integra funzioni di commutazione, controllo, protezione e monitoraggio in un'unica unità. È un dispositivo intelligente preferito per l'automazione della distribuzione, in grado di eseguire automaticamente operazioni di apertura e ricomposizione su linee AC secondo una sequenza predefinita, e successivamente resettarsi automaticamente o bloccarsi. Dispone di funzionalità di controllo e protezione autonome (che non richiedono una fonte di alimentazione esterna). Dalla sua introduzione in Cina, è stato ampiamente utilizzato nelle reti di distribuzione urbane e nelle stazioni elettriche rurali grazie ai suoi vantaggi unici.

L'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV è composto da due parti: il corpo principale dell'interruttore e l'unità di controllo. A seconda del metodo di fornitura di potenza al controllo, l'unità di controllo generalmente viene fornita in tre configurazioni:

• Utilizzare direttamente la CA 220V sia come potenza di operazione che di chiusura per l'unità di controllo;

• Convertire la CA 220V in CC 220V regolata per la potenza di operazione e chiusura;

• Alimentare l'unità di controllo con una batteria interna al litio.

Il corpo dell'interruttore è dotato di trasformatori di corrente (CT) a candelabro per rilevare la corrente di linea. I valori misurati per ogni fase vengono trasmessi separatamente all'unità di controllo. Dopo aver confermato la corrente di guasto e dopo un ritardo temporale preimpostato, l'interruttore esegue automaticamente operazioni di apertura e ricomposizione secondo una sequenza predeterminata. Quando si verifica un guasto transitorio nel sistema, la funzione di ricomposizione automatica ripristina automaticamente l'approvvigionamento elettrico.

Se il guasto è permanente, l'interruttore opera secondo la sua sequenza preimpostata. Dopo aver completato il numero predefinito di tentativi di ricomposizione (tipicamente tre), si conferma il guasto come permanente. Un sezionatore isola poi il ramo difettoso, ripristinando l'energia alle sezioni non difettose. È necessaria un'intervento manuale per eliminare il guasto e resettare lo stato di blocco dell'interruttore per farlo tornare alla normale operatività. Quando utilizzato in coordinazione con sezionatori e interruttori sezionari, l'interruttore elimina efficacemente i guasti transitori e isola le posizioni dei guasti permanenti, minimizzando sia la durata dell'interruzione che l'area interessata.

2. Metodi di modifica per l'unità di controllo dell'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV

Per ridurre i costi di investimento, abbiamo implementato uno schema di trasformazione che rimuove l'unità di controllo dell'interruttore automatico a vuoto esterno da 10kV e lo ripropone come interruttore a vuoto esterno. Dopo che la stazione elettrica adotta un sistema di automazione integrato, le funzioni di protezione e monitoraggio dell'interruttore devono essere disattivate. Tuttavia, i segnali di corrente dal corpo dell'interruttore e i circuiti di trip/chiusura dell'interruttore devono essere collegati all'unità di protezione e monitoraggio da 10kV del sistema di automazione integrato. Le modifiche specifiche sono le seguenti:

Disattivare le funzioni di protezione e rilevamento dell'interruttore disconnettendo l'alimentazione e i circuiti di uscita dell'unità di controllo sulla barra terminale.

I segnali di corrente dal corpo dell'interruttore sono tipicamente indirizzati attraverso la barra terminale dell'unità di controllo all'unità di protezione e monitoraggio da 10kV. Il cablaggio dalla barra terminale all'unità di controllo originale deve essere disconnesso per evitare circuiti parassiti. In alternativa, il lato secondario dei CT sul corpo dell'interruttore può essere collegato direttamente all'unità di protezione e monitoraggio da 10kV.

La potenza di controllo per l'unità di protezione e monitoraggio integrata da 10kV è tipicamente CC 220V o 110V. Considerate le tre configurazioni originali di potenza dell'unità di controllo, i metodi di modifica sono i seguenti:

• Configurazione originale: CA 220V per potenza di operazione e chiusura
  → Sostituire la bobina di trip/chiusura con una versione in CC 220V o 110V. Se il meccanismo utilizza un motore a molla che non è compatibile sia con CA che con CC, deve essere sostituito anche questo.

• Configurazione originale: CA 220V convertita in CC 220V regolata
  → Disconnettere l'alimentazione dall'unità di controllo ai circuiti di trip/chiusura e invece alimentarli direttamente dall'unità di protezione e monitoraggio integrata da 10kV. La potenza di controllo della stazione elettrica dovrebbe essere impostata su CC 220V.

• Configurazione originale: Unità di controllo alimentata da batteria interna al litio
  → In questo caso, il circuito di controllo utilizza tipicamente CC 36V o 12V, mentre i circuiti di trip/chiusura utilizzano CA 220V. Durante la modifica, le bobine di trip/chiusura devono essere sostituite. I terminali delle bobine dovrebbero essere collegati in serie con i contatti ausiliari dell'interruttore e condotti direttamente alla barra terminale. Qualsiasi motore a molla non classificato per CA e CC deve essere sostituito.

Poiché la struttura dell'unità di controllo è compatta, quando si selezionano le bobine di trip/chiusura e i motori di carica sostitutivi, si dovrebbero preferire prodotti con dimensioni identiche a quelli originali. È cruciale che il nuovo cablaggio non abbia alcuna connessione con i circuiti dell'unità di controllo originale per prevenire i circuiti parassiti.

3. Conclusione

Durante la trasformazione della rete elettrica rurale, possono sorgere sfide quando si cerca di adattare l'equipaggiamento esistente ai nuovi sistemi di automazione. Tuttavia, purché si sviluppino soluzioni appropriate per questi problemi, è possibile ottenere risparmi sui costi e allo stesso tempo raggiungere gli obiettivi del progetto.

Nota: Questo approccio di aggiornamento era relativamente comune negli aggiornamenti delle reti rurali iniziali (ad esempio, prima del 2010) o durante la fase di dismissione delle apparecchiature obsolete. Nelle attuali reti elettriche rurali, sono più comunemente installati direttamente nuovi dispositivi intelligenti o interruttori a vuoto dedicati.