Kernwaarden en Innovatieve Toepassingen van 12kV Middenspanningsinstallaties in Slimme Transformatorenposten

Met de snelle ontwikkeling van slimme netwerken en de integratie van hernieuwbare energie, bepaalt lage spanning (MV) schakelapparatuur, als het kernverdelingsapparaat in transformatorstations, rechtstreeks de stabiliteit van het elektriciteitsnet door zijn betrouwbaarheid, intelligentie en ruimte-efficiëntie. Dit artikel gaat dieper in op de kern technologieën, scenario-specifieke oplossingen en praktische voordelen van MV-schakelapparatuur in transformatorstations.

Kernvereisten voor transformatorstation-scenario's

1. Hoog betrouwbaarheidsvereiste

Transformatorstations spelen een cruciale rol in stroomverdeling en systeembescherming. Belangrijke punten met betrekking tot MV-schakelapparatuur:

• Bewerking van MV-schakelapparatuur: Moet stabiele prestaties garanderen onder hoge belastingen en frequente schakeling.
• Vergelijking van storingfrequentie:

• Traditionele MV-schakelapparatuur: ~1,2 storingen/eenheid/jaar
• Slimme MV-schakelapparatuur: ~0,3 storingen/eenheid/jaar
  • Mechanische levensduur: Verhoogd van 10.000 naar meer dan 20.000 bewerkingen.
  • Vereisten voor korte-slagonderbreking:
• 12kV-systemen: Meestal 31,5kA-40kA
• Hernieuwbare energieprojecten: Kunnen ≥63kA vereisen

2. Aanpassing aan complexe omgevingen

Transformatorstations in steden, industriële gebieden of afgelegen regio's stellen unieke uitdagingen voor aan MV-schakelapparatuur:

• Hoge hoogte: Correcties van elektrische afstanden (bijv., 12kV-systemen op 5000m hoogte vereisen een afstandstoename van 125mm naar 161mm).
• Vervuilde gebieden: Kruipafstand moet verhoogd worden (bijv., ≥25mm/kV voor klasse III-vervuiling).
• Kustgebieden: Moet zoutneveltests doorstaan (bijv., 1000-uur CASS-test).
• Hoge temperatuur en vochtigheid: Slimme ontwateringssystemen zijn essentieel.

3. Vereisten voor intelligentie-upgrade

Digitale transformatie verhoogt de vraag naar slimme functies in MV-schakelapparatuur:

• Ondersteunt IEC 61850-communicatieprotocol voor gegevensdeling en externe bediening.
• Statusmonitoring (temperatuur, stroom, mechanische status), foutvoorspelling en externe diagnostiek verminderen onderhoudskosten.

• Studies tonen dat intelligente monitoringsystemen kunnen:
  • Het frequentie van handmatige inspecties verlagen met 70%.
  • De levensduur van apparatuur verlengen tot drie keer.
  • Jaarlijkse onderhoudskosten verlagen met 35%.

4. Veiligheidsbescherming en seismische eisen

Strikte veiligheidsnormen voor MV-schakelapparatuur:

• "Vijf-preventieve" vergrendelsysteem: Voorkomt cruciale fouten (bijv., schakelaar bewegen onder belasting).
• Interne boogbescherming: Drukafvoerkanaal beperkt piekspanning tot ≤48kPa.
• Seismisch ontwerp: Moet hoge-intensiteit aardbevingen doorstaan (bijv., vervorming ≤1,2mm bij 9-graadseismische intensiteit).

5. Ruimtebeperkingen en layoutoptimalisatie

     Modulaire ontwerpen voor efficiënte ruimtebenutting:

• Moderne MV-schakelapparatuur met vaste isolatiepaaltjes vermindert de voetafdruk met 37,5% en verlaagt de hoofdcircuitweerstand met meer dan 40%.        

Kern technologische oplossingen

1. Geharde lage spanning schakelapparatuur (vertegenwoordigd door KYN28)

• Structuurvoordeel: Gescheiden geharde compartimenten (schakelaar, busbar, kabel) voorkomen foutverspreiding.
• Omgevingsaanpassing: IP4X of hogere beschermingsgraad, geschikt voor vervuilde en vochtige gebieden.
• Marktaandeel: Domineert de markt (>60%), de mainstream keuze voor transformatorstations.

2. Slimme besturingssystemen voor MV-schakelapparatuur

• Kernfuncties:

• Geïntegreerde microprocessor-gebaseerde beschermingsrelais compatibel met IEC 61850.
• Real-time monitoring met AI-algoritmen om componentenlevensduur te voorspellen (bijv., mechanische levensduur van schakelaar tot 100.000 bewerkingen).
  • Case-effect: Een State Grid-project verlaagde storingfrequenties met 30% en onderhoudskosten met 20%.

3. Veiligheidsbescherming in MV-schakelapparatuur

• "Vijf-preventieve" vergrendelmechanisme: Handhaaft veilige bedieningsvolgordes.
• Boogflitsbescherming: Geïntegreerde drukafvoerkanaal en boogblussysteem.   

Typische toepassingsscenario's en casestudies

1. Case 1: Upgrade van stedelijke nutsbedrijfs-transformatorstation
   • Uitdaging: Uitbreiding van oude transformatorstations met hoge belastingsgroei.
   • Oplossing:

• Ingezet gasgeïsoleerde schakelapparatuur (GIS) met 4000A nominale stroom, bespaart 30% ruimte.
• Geïmplementeerd een cloudplatform voor externe beheersing.
  • Resultaten: Betrouwbaarheid van stroomtoevoer verhoogd met 15%; uitvaltijd verlaagd met 40%.

2. Case 2: Aansluiting van hernieuwbaar energiecentrale (windpark) op het netwerk

• Uitdaging: Harsh omgeving (hoge zoutnevel, temperatuurschommelingen) veroorzaakt storingen.
• Oplossing:

• Verbeterde geharde MV-schakelapparatuur met IP54-bescherming en ingebouwde verwarmingselementen.
• Capacitieve belasting schakelmodules voor stabiele windenergie.
  • Resultaten: Aansluitingssuccesratio verbeterd met 15%; operationele kosten verlaagd met 10%.

Toekomstige trends: Groenere oplossingen en digitale twin

1. Milieuvriendelijke MV-schakelapparatuur
   • Fase-out van SF₆, gebruik van droge lucht of stikstof-geïsoleerde hybride technologie.
   • Nieuwe isolatiematerialen verbeteren energie-efficiëntie met 20%.

2. Integratie van digitale twin voor MV-schakelapparatuur

• Gebruik van Building Information Modeling (BIM) voor voorinstallatie testen.
• Real-time gegevensspiegeling optimaliseert belastingsverdeling en verlengt levensduur.