En kort diskussion om frågorna kring omvandlingen av återstängare till utomhusvacuumkretsutslagare för användning

Omförandet av landsbygdsnät spelar en viktig roll för att minska elpriser på landsbygden och främja den ekonomiska utvecklingen i dessa områden. Nyligen deltog författaren i designen av flera småskaliga projekt för omförande av landsbygdsnät eller konventionella understationer. I understationer för landsbygdsnät används vanligtvis 10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställare.

För att spara på investeringar användes en lösning vid omförandet som innebar att kontrollenheten för 10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställaren togs bort och enheten omvandlades till en utomhusvakuumbrytare. Detta ger upphov till frågan om hur skydds- och styrkretsarna ska modifieras för att integreras i ett datorbaserat övervakningssystem. Denna fråga och dess motsvarande lösningar kommer att behandlas närmare nedan.

1. Grundläggande principer för 10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställare

10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställare integrerar växling, styrning, skydd och övervakning i en enhet. De är ett förstahandsval för intelligenta enheter inom distributionsautomation, med förmåga att automatiskt utföra öppnings- och återställningsoperationer på växelströmslinjer enligt en förinställd sekvens, och sedan antingen återställa sig automatiskt eller låsa upp. De har egen (utan extern ström) styr- och skyddsfunktion. Sedan de introducerades i Kina har de på grund av sina unika fördelar blivit brett använda i urbana distributionsnät och landsbygdsunderstationer.

10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställare består av två delar: huvudåterställaren och styrningsenheten. Beroende på metoden för leverans av styrström finns det generellt tre konfigurationer:

• Användning av AC 220V direkt som både drift- och stängningsström för styrningenheten;

• Konvertering av AC 220V till reglerad DC 220V för drift- och stängningsström;

• Strömförsörjning av styrningenheten med en inbyggd litiumbatteri.

Huvudåterställaren är utrustad med buskslipringtransformatorer (CTs) för att mäta linje-ström. Mätvärdena från varje fas skickas separat till styrningenheten. Vid identifiering av felström och efter en förinställd tidsfördröjning utför återställaren automatiskt öppnings- och återställningsoperationer enligt en förbestämd sekvens. Vid tillfällig felaktighet återställs strömförsörjningen automatiskt genom automatisk återställningsfunktion.

Om felet är permanent agerar återställaren enligt sin förinställda sekvens. Efter att ha slutfört det förinställda antalet återställningsförsök (vanligtvis tre) bekräftar den felet som permanent. En sektionering isolerar då den defekta grenen, vilket återställer strömförsörjningen till icke-defekta sektioner. Manuell ingripande krävs för att rensa felet och återställa återställarens låsningsstatus för att återgå till normal drift. När de används i samverkan med sektioneringar och sektionsbrytare effektivt klarar återställaren tillfälliga fel och isolerar permanenta felfält, vilket minimerar både avbrottsdure och påverkad yta.

2. Modifieringsmetoder för styrningenheten för 10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställare

För att reducera investeringskostnader implementerade vi en lösning vid omförandet som innebar att ta bort styrningenheten för 10kV-utomhusautomatiska vakuumåterställaren och omdirigera enheten som en utomhusvakuumbrytare. Efter att understationen har antagit ett integrerat automationsystem måste skydds- och övervakningsfunktionerna för återställaren inaktiveras. Dock måste strömsignalerna från huvudåterställaren och trip/stängningskretsarna för brytaren anslutas till 10kV-skydds- och övervakningsenheten i det integrerade automationsystemet. De specifika ändringarna är följande:

Inaktivera återställarens skydd- och detektorfunktioner genom att koppla bort styrningens strömförsörjning och utgångskretsar på terminalblocket.

Strömsignalerna från huvudåterställaren dirigeras vanligtvis genom styrningens terminalblock till 10kV-skydds- och övervakningsenheten. Draden från terminalblocket till den ursprungliga styrningenheten måste kopplas bort för att undvika parasitiska kretsar. Alternativt kan sekundärsidan av CT:erna på huvudåterställaren direkt anslutas till 10kV-skydds- och övervakningsenheten.

Styrströmmen för 10kV-integrerade skydds- och övervakningsenheten är vanligtvis DC 220V eller 110V. Givet de tre ursprungliga styrningskonfigurationerna är modifieringsmetoderna följande:

• Ursprunglig konfiguration: AC 220V för både drift- och stängningsström
  → Byt ut trip/stängningsspolen mot en DC 220V eller 110V-version. Om mekanismen använder en fjäderladdningsmotor som inte är kompatibel med både AC och DC, måste den också bytas ut.

• Ursprunglig konfiguration: AC 220V konverterad till reglerad DC 220V
  → Koppla bort strömförsörjningen från styrningenheten till trip/stängningskretsarna och matar istället dem direkt från 10kV-integrerade skydds- och övervakningsenheten. Understationskontrollströmmen bör sättas till DC 220V.

• Ursprunglig konfiguration: Styrningenhet drivs av inbyggt litiumbatteri
  → I detta fall använder styrkretsen vanligtvis DC 36V eller 12V, medan trip/stängningskretsarna använder AC 220V. Vid modifiering måste trip/stängningsspolar bytas ut. Spolterminalerna bör kopplas i serie med brytarens hjälpkontakter och ledas direkt till terminalblocket. Eventuella fjäderladdningsmotorer som inte är godkända för både AC och DC måste också bytas ut.

Eftersom styrningsstrukturen är kompakt, bör produkter med identiska dimensioner som originalen väljas när ersättnings-trip/stängningsspolar och laddningsmotorer väljs. Det är avgörande att den nya draden inte har någon anslutning alls till de ursprungliga styrningskretsarna för att förhindra parasitiska slingor.

3. Slutsats

Under omförandet av landsbygdsnät kan utmaningar uppstå vid ombyggnad av befintlig utrustning för att fungera med nya automationsystem. Men så länge lämpliga lösningar utarbetas för dessa problem kan kostnadsbesparingar uppnås samtidigt som projektets mål uppfylls.

Notera: Denna moderniseringsmetod var relativt vanlig vid tidiga förbättringar av landsbygdsnät (t.ex. före 2010) eller under fasningen av äldre utrustning. I dagens landsbygdsnät används nya intelligenta enheter eller specialanpassade vakuumkretsutslagare istället mer ofta.