ارزش هسته‌ای و کاربردهای نوآورانه دستگاه‌های تغییر مسیر ولتاژ متوسط ۱۲kV در زیرстанسیون‌های هوشمند

با پیشرفت سریع شبکه‌های هوشمند و یکپارچگی انرژی‌های تجدیدپذیر، دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط (MV) به عنوان تجهیزات اصلی توزیع برق در زیرстанسیون‌ها، مستقیماً از طریق قابلیت اطمینان، هوشمندی و کارایی فضایی خود، ثبات سیستم برق را تعیین می‌کنند. این مقاله به فناوری‌های کلیدی، راه‌حل‌های مخصوص سناریوها و مزایای عملی دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط در زیرستانسیون‌ها می‌پردازد.

نیازهای اصلی در سناریوهای زیرستانسیون

1. نیازهای بالای قابلیت اطمینان

زیرستانسیون‌ها نقش حیاتی در توزیع برق و حفاظت سیستم دارند. نقاط کلیدی مربوط به دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط:

• عملکرد دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط: باید عملکرد پایدار بلندمدت را تحت بارهای بالا و تغییرات مکرر تضمین کند.
• مقایسه نرخ خرابی:

• دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط سنتی: ~1.2 خرابی/واحد/سال
• دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط هوشمند: ~0.3 خرابی/واحد/سال
  • تحمل مکانیکی: از 10,000 به بیش از 20,000 عملیات افزایش می‌یابد.
  • نیازهای قطع کوتاه مدار:
• سیستم‌های 12kV: معمولاً 31.5kA-40kA
• پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر: ممکن است ≥63kA نیاز داشته باشند

2. تأقلم با محیط‌های پیچیده

زیرستانسیون‌ها در شهرها، مناطق صنعتی یا مناطق دورافتاده چالش‌های منحصر به فردی برای دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط ایجاد می‌کنند:

• ارتفاعات بالا: اصلاحات فاصله الکتریکی (به عنوان مثال، سیستم‌های 12kV در ارتفاع 5000 متر نیاز به افزایش فاصله از 125 میلی‌متر به 161 میلی‌متر دارند).
• مناطق آلوده: فاصله خزش باید افزایش یابد (به عنوان مثال، ≥25 میلی‌متر/کیلوولت برای طبقه آلودگی III).
• مناطق ساحلی: باید آزمون‌های اسپری شور را عبور کنند (به عنوان مثال، آزمون CASS 1000 ساعته).
• دمای بالا و رطوبت: سیستم‌های هوشمند خشک کننده ضروری هستند.

3. نیازهای به‌روزرسانی هوشمندی

تحول دیجیتال نیاز به عملکردهای هوشمند در دستگاه‌های کلیدزنی ولتاژ متوسط را افزایش می‌دهد:

• پشتیبانی از پروتکل ارتباطی IEC 61850 برای به اشتراک گذاری داده و کنترل دوردست.
• نظارت بر وضعیت (دمای، جریان، وضعیت مکانیکی)، پیش‌بینی خرابی و تشخیص دوردست هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد.

• تحقیقات نشان می‌دهد که سیستم‌های نظارت هوشمند می‌توانند:
  • فرکانس بازرسی دستی را 70% کاهش دهند.
  • عمر مفید تجهیزات را تا 3 برابر افزایش دهند.
  • هزینه‌های نگهداری سالانه را 35% کاهش دهند.

4. نیازهای حفاظت ایمنی و لرزه‌ای

استانداردهای ایمنی строгие для среднего напряжения коммутационного оборудования:

• Система "Пяти предотвращений": Предотвращает критические ошибки (например, перемещение выключателя под нагрузкой).
• Защита от внутренней дуги: Каналы сброса давления ограничивают пиковое давление до ≤48 кПа.
• Сейсмостойкость: Должна выдерживать сильные землетрясения (например, деформация ≤1.2 мм при сейсмической интенсивности 9 баллов).

5. Ограничения по пространству и оптимизация размещения

     Модульные конструкции для эффективного использования пространства:

• Современные коммутационные устройства среднего напряжения с твердой изоляцией уменьшают занимаемую площадь на 37.5% и снижают сопротивление основной цепи более чем на 40%.        

Ключевые технологические решения

1. Закрытое коммутационное оборудование среднего напряжения (представляемое KYN28)

• Структурные преимущества: Разделенные бронированные отсеки (выключатель, шина, кабель) предотвращают распространение неисправностей.
• Адаптивность к окружающей среде: Степень защиты IP4X или выше, подходящая для загрязненных и влажных областей.
• Доля рынка: Доминирует на рынке (>60%), основной выбор для подстанций.

2. Интеллектуальные системы управления коммутационным оборудованием среднего напряжения

• Основные функции:

• Интегрированные микропроцессорные реле защиты, совместимые с IEC 61850.
• Реальное время мониторинга с использованием алгоритмов ИИ для прогнозирования срока службы компонентов (например, механическая долговечность выключателя до 100,000 операций).
  • Эффект примера: Проект Государственной сети снизил частоту отказов на 30% и затраты на обслуживание на 20%.

3. Защита безопасности в коммутационном оборудовании среднего напряжения

• Механизм "Пяти предотвращений": Обеспечивает безопасную последовательность операций.
• Защита от электрической дуги: Интегрированные каналы сброса давления и системы гашения дуги.   

Типичные сценарии применения и примеры

1. Пример 1: Модернизация городской распределительной подстанции
   • Проблема: Расширение старых подстанций с высоким ростом нагрузки.
   • Решение:

• Установлено газоизолированное коммутационное оборудование (GIS) с номинальным током 4000 А, экономия 30% пространства.
• Внедрена облачная платформа для удаленного управления.
  • Результаты: Надежность энергоснабжения увеличилась на 15%; продолжительность отключений сократилась на 40%.

2. Пример 2: Подключение ветровой электростанции к сети (Ветропарк)

• Проблема: Жесткие условия окружающей среды (высокая соленость, колебания температуры) вызывают отказы.
• Решение:

• Усиленное металлическое закрытое коммутационное оборудование среднего напряжения с защитой IP54 и встроенными нагревателями.
• Модули переключения емкостных нагрузок для стабильного ветрового энергоснабжения.
  • Результаты: Успех подключения к сети увеличился на 15%; эксплуатационные расходы снизились на 10%.

Будущие тренды: Более экологичные решения и цифровые двойники

1. Экологически чистое коммутационное оборудование среднего напряжения
   • Отказ от SF₆, использование сухого воздуха или азота в качестве изоляционных материалов.
   • Новые изоляционные материалы повышают энергоэффективность на 20%.

2. Интеграция цифровых двойников для коммутационного оборудования среднего напряжения

• Использование информационного моделирования зданий (BIM) для предварительных испытаний перед установкой.
• Обновление данных в реальном времени оптимизирует распределение нагрузки и продлевает срок службы.