Основная ценность и инновационные применения 12кВ средневольтного коммутационного оборудования в умных подстанциях

С быстрым развитием умных сетей и интеграцией возобновляемых источников энергии, средневольтное (MV) коммутационное оборудование, как основное распределительное оборудование в подстанциях, напрямую определяет стабильность энергосистемы благодаря своей надежности, интеллектуальности и эффективности использования пространства. В этой статье подробно рассматриваются ключевые технологии, решения для конкретных сценариев и практические преимущества средневольтного коммутационного оборудования на подстанциях.

Основные требования для сценариев подстанций

1. Высокие требования к надежности

Подстанции играют важную роль в распределении электроэнергии и защите системы. Ключевые моменты, связанные с средневольтным коммутационным оборудованием:

• Работа MV коммутационного оборудования: Должна обеспечивать стабильное долгосрочное функционирование при высоких нагрузках и частом переключении.
• Сравнение показателей отказов:

• Традиционное средневольтное коммутационное оборудование: ~1.2 отказа/единица/год
• Интеллектуальное средневольтное коммутационное оборудование: ~0.3 отказа/единица/год
  • Механическая выносливость: Увеличивается с 10 000 до более 20 000 операций.
  • Требования к прерыванию короткого замыкания:
• Системы 12 кВ: Обычно 31.5 кА–40 кА
• Проекты возобновляемой энергии: Могут требовать ≥63 кА

2. Адаптивность к сложным условиям

Подстанции в городах, промышленных зонах или удаленных районах накладывают уникальные вызовы на средневольтное коммутационное оборудование:

• Высокогорье: Корректировки электрических зазоров (например, для систем 12 кВ на высоте 5000 м требуется увеличить зазор с 125 мм до 161 мм).
• Загрязненные районы: Необходимо увеличить ползучий путь (например, ≥25 мм/кВ для класса III загрязнения).
• Прибрежные районы: Должно проходить тест на солевой туман (например, 1000-часовой тест CASS).
• Высокая температура и влажность: Необходимы интеллектуальные системы осушения.

3. Требования к интеллектуальному обновлению

Цифровая трансформация повышает спрос на интеллектуальные функции в средневольтном коммутационном оборудовании:

• Поддержка протокола связи IEC 61850 для обмена данными и дистанционного управления.
• Мониторинг состояния (температура, ток, механическое состояние), прогнозирование неисправностей и дистанционная диагностика снижают затраты на обслуживание.

• Исследования показывают, что интеллектуальные системы мониторинга могут:
  • Снизить частоту ручного осмотра на 70%.
  • Увеличить срок службы оборудования до трех раз.
  • Снизить ежегодные затраты на обслуживание на 35%.

4. Требования к безопасности и сейсмостойкости

Строгие стандарты безопасности для средневольтного коммутационного оборудования:

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

5. Ограничения по пространству и оптимизация планировки

     Модульные конструкции для эффективного использования пространства:

• Современное средневольтное коммутационное оборудование с твердыми изоляторами снижает занимаемую площадь на 37.5% и уменьшает сопротивление главной цепи более чем на 40%.        

Ключевые технологические решения

1. Металлическое закрытое средневольтное коммутационное оборудование (представленное KYN28)

• Структурное преимущество: Разделенные бронированные отсеки (выключатель, шина, кабель) предотвращают распространение неисправностей.
• Адаптивность к окружающей среде: Степень защиты IP4X или выше, подходящая для загрязненных и влажных районов.
• Доля рынка: Доминирует на рынке (>60%), является основным выбором для подстанций.

2. Интеллектуальные системы управления для средневольтного коммутационного оборудования

• Основные функции:

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

3. Безопасность в средневольтном коммутационном оборудовании

• Механизм "пяти предохранений": Обеспечивает безопасные последовательности операций.
• Защита от дугового пробоя: Интегрированные каналы сброса давления и системы гашения дуг.   

Типичные сценарии применения и примеры

1. Пример 1: Модернизация городской подстанции
   • Проблема: Расширение старых подстанций с высокими темпами роста нагрузки.
   • Решение:

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

2. Пример 2: Подключение возобновляемой электростанции к сети (ветровая ферма)

• Проблема: Суровые условия (высокая соленость, колебания температуры) вызывают отказы.
• Решение:

• Улучшенное металлическое закрытое средневольтное коммутационное оборудование с защитой IP54 и встроенными нагревателями.
• Модули переключения емкостной нагрузки для стабильной работы ветровой энергии.
  • Результаты: Успешность подключения к сети повысилась на 15%; эксплуатационные расходы снизились на 10%.

Будущие тенденции: Экологичные решения и цифровые двойники

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

2. Интеграция цифровых двойников для средневольтного коммутационного оборудования

• Использование информационного моделирования зданий (BIM) для предварительных испытаний перед установкой.
• Мирroring реальных данных оптимизирует распределение нагрузки и продлевает срок службы.