En kort diskusjon om utfordringer ved konvertering av automatiske åpne-lukk-enheter til utendørs vakuumbrytere for bruk

Omforgingen av landsbygds elektriske nett spiller en viktig rolle i å redusere elektrisitetspriser og fremme økonomisk utvikling på landsbygda. Nylig deltok forfatteren i designet av flere mindre prosjekter for omforging av landsbygdens elektriske nett eller konvensjonelle transformasjonsstasjoner. I transformasjonsstasjoner på landsbygda bruker de fleste konvensjonelle 10kV-systemer 10kV eksterne automatiske vakuumrekloser.

For å spare på investeringer, valgte vi en løsning i omforgingen som fjerner kontrollenheter for 10kV eksterne automatiske vakuumrekloser og konverterer dem til eksterne vakuumbrytere. Dette fører til spørsmålet om hvordan beskyttelses- og kontrollkretser skal endres for å integrere dem i et mikrodatabasert overvåkingssystem. Dette spørsmålet og de tilhørende løsningene vil bli nærmere forklart nedenfor.

1. Grunnleggende prinsipper for 10kV eksterne automatiske vakuumrekloser

10kV eksterne automatiske vakuumrekloser integrerer skruing, kontroll, beskyttelse og overvåking i ett enhet. Det er et foretrukket intelligente enhet for distribusjonsautomatisering, som kan utføre åpning og reklosing av AC-linjer automatisk etter en forhåndsbestemt sekvens, og deretter resette seg automatisk eller låse seg. Den har selvforsyrende (trenger ikke ekstern strømkilde) kontroll- og beskyttelsesfunksjonalitet. Siden den ble introdusert i Kina, har den blitt bredt brukt i byenes distribusjonsnettverk og landlige transformasjonsstasjoner på grunn av sine unike fordeler.

10kV eksterne automatiske vakuumrekloser består av to deler: hovedrekloseren og kontrollenheten. Avhengig av metoden for levering av kontrollstrøm, kommer kontrollenheter generelt i tre konfigurasjoner:

• Bruk av AC 220V direkte som drifts- og lukkestrøm for kontrollenheten;

• Konvertering av AC 220V til regulert DC 220V for drifts- og lukkestrøm;

• Forsyning av kontrollenheten med en intern litiumbatteri.

Rekloserkroppen er utstyrt med busktypiske strømtransformatorer (CTs) for å detektere linjestrom. Måleverdiene fra hver fase overføres separat til kontrollenheten. Etter bekreftelse av feilstrøm og en forhåndsbestemt tidsforsinkelse, utfører rekloseren åpning og reklosing automatisk etter en forhåndsbestemt sekvens. Når det oppstår en midlertidig feil i systemet, gjenoppretter reklosingfunksjonen strømforsyningen automatisk.

Hvis feilen er permanent, opererer rekloseren ifølge sin forhåndsbestemte sekvens. Etter at den fullført det forhåndsbestemte antallet reklosingforsøk (vanligvis tre), bekrefter den feilen som permanent. En seksjonering isolerer deretter den defekte grenen, gjenoppretter strømforsyningen til de ikke-defekte seksjonene. Manuell innblanding kreves for å fjerne feilen og tilbakestille reklosers låsestatus for å returnere den til normal drift. Når det brukes i samordning med seksjoneringsenheter og seksjoneringssirkuitbrytere, klarer rekloseren effektivt midlertidige feil og isolerer permanente feilsteder, minimerer både nedbruddsvarighet og berørt område.

2. Modifikasjonsmetoder for 10kV eksterne automatiske vakuumrekloserkontroller

For å redusere investeringskostnader, implementerte vi en løsning i omforgingen som fjerner kontrollenheten til 10kV eksterne automatiske vakuumrekloser og omdanner enheten til en ekstern vakuumkretsutslukker. Etter at transformasjonsstasjonen har adoptert et integrert automasjonssystem, må beskyttelses- og overvåkingsfunksjonene for rekloseren deaktiveres. Imidlertid må strømsignalene fra rekloserkroppen og kretsutslukkerens trip/lukkekretser kobles til 10kV beskyttelses- og overvåkingsenheten i det integrerte automasjonssystemet. De spesifikke modifikasjonene er som følger:

Deaktiver rekloserens beskyttelses- og deteksjonsfunksjoner ved å koble fra kontrollenheters strømforsyning og utgangskretser på terminalblokken.

Strømsignalene fra rekloserkroppen blir vanligvis ledet gjennom kontrollenheters terminalblokk til 10kV beskyttelses- og overvåkingsenheten. Forbindelsen fra terminalblokken til den originale kontrollenheten må kobles fra for å unngå parasittkretser. Alternativt kan sekundær siden av CT-ene på rekloserkroppen kobles direkte til 10kV beskyttelses- og overvåkingsenheten.

Kontrollstrømmen for 10kV integrert beskyttelse- og overvåkingsenhet er vanligvis DC 220V eller 110V. Gitt de tre originale kontrollenheter strømforsyning konfigurasjonene, er modifiseringsmetodene som følger:

• Original konfigurasjon: AC 220V for både drifts- og lukkestrøm
  → Erstatt trip/lukkekrets med en DC 220V eller 110V versjon. Hvis mekanismen bruker en fjederladningsmotor som ikke er kompatibel med både AC og DC, må også denne erstattes.

• Original konfigurasjon: AC 220V konvertert til regulert DC 220V
  → Kobler fra strømforsyningen fra kontrollenheten til trip/lukkekretser og isteden forsikre dem direkte fra 10kV integrert beskyttelse- og overvåkingsenhet. Transformasjonsstasjonens kontrollstrøm bør settes til DC 220V.

• Original konfigurasjon: Kontrollenheter forsikret av innebygd litiumbatteri
  → I dette tilfellet bruker kontrollkretsen typisk DC 36V eller 12V, mens trip/lukkekretser bruker AC 220V. Under modifisering, må trip/lukkekretser erstattes. Kretsens kontakter bør kobles i serie med kretsutslukkers hjelpkontakter og ledet direkte til terminalblokken. Enhver fjederladningsmotor som ikke er beregnet for både AC og DC, må også erstattes.

Siden kontrollenhetsstrukturen er kompakt, bør produkter med identiske dimensjoner som originalene foretrekkes når man velger erstatnings trip/lukkekretser og ladningsmotorer. Det er viktig at den nye kablingen ikke har noen forbindelse med de originale kontrollkretser for å unngå parasittkretser.

3. Konklusjon

Under omforging av landsbygdens elektriske nett, kan det oppstå utfordringer når eksisterende utstyr tilpasses for å fungere med nye automasjonssystemer. Men så lenge passende løsninger utvikles for disse problemene, kan kostnadsbesparelser oppnås samtidig som prosjektmål oppfylles.

Merk: Denne tilbakefittingsmetoden var relativt vanlig i tidlige oppgraderinger av landsbygdsnett (f.eks. før 2010) eller under avviklingen av eldre utstyr. I dagens landsbygdsnett er det ny intelligente enheter eller dedikerte vakuumkretsavbrytere som oftere settes inn direkte.