Korzyści i innowacyjne zastosowania łączników średniego napięcia 12kV w inteligentnych stacjach przekształcających

Wraz z szybkim rozwojem inteligentnych sieci elektrycznych i integracją odnawialnych źródeł energii, średnie napięcie (MV) sprzętu przełącznikowego, jako kluczowe urządzenie dystrybucji energii w stacjach transformatorowych, bezpośrednio określa stabilność systemu energetycznego poprzez swoją niezawodność, inteligencję i efektywność przestrzenną. Ten artykuł zagłębia się w kluczowe technologie, specyficzne dla scenariusza rozwiązania i praktyczne korzyści ze sprzętu przełącznikowego średniego napięcia w stacjach transformatorowych.

Podstawowe wymagania dla scenariuszy stacji transformatorowych

1. Wysokie wymagania dotyczące niezawodności

Stacje transformatorowe odgrywają kluczową rolę w dystrybucji energii i ochronie systemu. Kluczowe punkty związane ze sprzętem przełącznikowym średniego napięcia:

• Działanie sprzętu przełącznikowego średniego napięcia: Musi zapewniać stabilne długotrwałe działanie pod wysokimi obciążeniami i częstym przełączaniem.
• Porównanie wskaźników awarii:

• Tradycyjny sprzęt przełącznikowy średniego napięcia: ~1,2 awarii/jednostka/rok
• Inteligentny sprzęt przełącznikowy średniego napięcia: ~0,3 awarii/jednostka/rok
  • Wytrzymałość mechaniczna: Zwiększa się z 10 000 do ponad 20 000 operacji.
  • Wymagania dotyczące przerwania krótkiego zwarcia:
• Systemy 12 kV: Zazwyczaj 31,5 kA–40 kA
• Projekty odnawialnych źródeł energii: Mogą wymagać ≥63 kA

2. Przystosowanie do skomplikowanych środowisk

Stacje transformatorowe w miastach, obszarach przemysłowych lub odległych regionach stawiają unikalne wyzwania dla sprzętu przełącznikowego średniego napięcia:

• Wysokie pułapy: Korykta elektryczna (np. systemy 12 kV na wysokości 5000 m wymagają zwiększenia odstępów z 125 mm do 161 mm).
• Zanieczyszczone obszary: Odległość pełzania musi być zwiększona (np. ≥25 mm/kV dla klasy III zanieczyszczeń).
• Obszary nadmorskie: Muszą przeprowadzić testy na sól (np. 1000-godzinny test CASS).
• Wysoka temperatura i wilgotność: Systemy inteligentnego usuwania wilgoci są niezbędne.

3. Wymagania dotyczące modernizacji inteligentnej

Cyfrowa transformacja zwiększa popyt na inteligentne funkcje w sprzęcie przełącznikowym średniego napięcia:

• Wsparcie dla protokołu komunikacyjnego IEC 61850 do udostępniania danych i zdalnego sterowania.
• Monitorowanie stanu (temperatura, prąd, stan mechaniczny), prognozowanie awarii i diagnostyka zdalna redukują koszty konserwacji.

• Badania pokazują, że inteligentne systemy monitorowania mogą:
  • Zmniejszyć częstotliwość ręcznych inspekcji o 70%.
  • Prolongować żywotność sprzętu nawet trzykrotnie.
  • Obniżyć roczne koszty konserwacji o 35%.

4. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa i odporności sejsmicznej

Śtricte normy bezpieczeństwa dla sprzętu przełącznikowego średniego napięcia:

• System interlocków „pięciopreventive”: Zapobiega krytycznym błędom (np. przesuwanie przełącznika pod obciążeniem).
• Ochrona przed łukiem wewnętrznym: Kanały odciążeniowe ograniczają maksymalne ciśnienie do ≤48 kPa.
• Konstrukcja sejsmiczna: Musi wytrzymać silne trzęsienia ziemi (np. deformacja ≤1,2 mm przy intensywności trzęsienia 9 stopni).

5. Ograniczenia przestrzenne i optymalizacja układu

     Modularne projekty do efektywnego wykorzystania przestrzeni:

• Nowoczesny sprzęt przełącznikowy średniego napięcia z izolowanymi biegunami stałą redukuje powierzchnię o 37,5% i obniża opór głównego obwodu o ponad 40%.        

Kluczowe technologiczne rozwiązania

1. Sprzęt przełącznikowy średniego napięcia w obudowie metalowej (reprezentowany przez KYN28)

• Strukturalna przewaga: Oddzielone opancerzone komory (przełącznik, szyna, kabel) zapobiegają rozprzestrzenianiu się uszkodzeń.
• Przystosowanie do środowiska: Ocena ochrony IP4X lub wyższa, odpowiednia dla zanieczyszczonych i wilgotnych obszarów.
• Udział w rynku: Dominuje na rynku (>60%), główny wybór dla stacji transformatorowych.

2. Inteligentne systemy kontroli dla sprzętu przełącznikowego średniego napięcia

• Główne funkcje:

• Zintegrowane mikroprocesorowe relays ochronne kompatybilne z IEC 61850.
• Monitoring w czasie rzeczywistym za pomocą algorytmów AI do prognozowania żywotności komponentów (np. wytrzymałość mechaniczna przełącznika może osiągnąć 100 000 operacji).
  • Skutki w praktyce: Projekt State Grid zmniejszył wskaźniki awarii o 30% i koszty konserwacji o 20%.

3. Bezpieczeństwo w sprzęcie przełącznikowym średniego napięcia

• Mechanizm interlocków „pięciopreventive”: Wymusza bezpieczne sekwencje działania.
• Ochrona przed łukiem: Zintegrowane kanały odciążeniowe i systemy gaszenia łuku.   

Typowe scenariusze zastosowania i przypadki

1. Przypadek 1: Modernizacja miejskiej stacji transformatorowej
   • Wyzwanie: Rozszerzanie starych stacji transformatorowych z dużym wzrostem obciążeń.
   • Rozwiązanie:

• Wdrożono gazowo-izolowany sprzęt przełącznikowy (GIS) z prądem nominalnym 4000 A, oszczędzając 30% przestrzeni.
• Zaimplementowano platformę chmurową do zarządzania zdalnego.
  • Wyniki: Niezawodność dostawy energii zwiększyła się o 15%; czas przerw w dostawie energii zmniejszył się o 40%.

2. Przypadek 2: Podłączenie farmy wiatrowej do sieci

• Wyzwanie: Trudne warunki (wysoki poziom soli, wahania temperatury) powodujące awarie.
• Rozwiązanie:

• Wzmocniono sprzęt przełącznikowy średniego napięcia w obudowie metalowej z ochroną IP54 i wbudowanymi grzejnikami.
• Moduły przełączania obciążeń pojemnościowych dla stabilnej energii wiatrowej.
  • Wyniki: Stopień sukcesu podłączenia do sieci zwiększył się o 15%; koszty operacyjne zmniejszyły się o 10%.

Przyszłe trendy: Ekologiczne rozwiązania i cyfrowe bliźniaki

1. Ekologiczny sprzęt przełącznikowy średniego napięcia
   • Eliwacja SF₆, użycie suchego powietrza lub azotu jako izolacji hybrydowej.
   • Nowe materiały izolacyjne poprawiają efektywność energetyczną o 20%.

2. Integracja cyfrowych bliźniaków dla sprzętu przełącznikowego średniego napięcia

• Użycie modelowania informacji budowlanych (BIM) do testów przed instalacją.
• Odbicie danych w czasie rzeczywistym optymalizuje dystrybucję obciążeń i prolonguje żywotność.