Основні цінності та інноваційні застосування 12кВ середньовольтного комутаційного обладнання в розумних підстанціях

З поширенням інтелектуальних електромереж та інтеграцією відновлювальної енергії, середньовольтове комутаційне обладнання (MV Switchgear), як ключовий елемент розподілу електроенергії на підстанціях, безпосередньо визначає стабільність електроенергетичної системи через свою надійність, інтелектуальність та ефективність використання простору. Ця стаття глибше розглядає ключові технології, спеціалізовані рішення та практичні переваги середньовольтового комутаційного обладнання на підстанціях.

Основні вимоги для сценаріїв підстанцій

1. Високі вимоги до надійності

Підстанції відіграють ключову роль у розподілі електроенергії та захисті системи. Основні аспекти, пов'язані з середньовольтовим комутаційним обладнанням:

• Робота MV Switchgear: Необхідно забезпечити стабільну довгострокову роботу при високих навантаженнях та частих переключеннях.
• Порівняння частоти відмов:

• Традиційне середньовольтове комутаційне обладнання: ~1,2 відмов/одиниця/рік
• Інтелектуальне середньовольтове комутаційне обладнання: ~0,3 відмов/одиниця/рік
  • Механічна витривалість: Зростає з 10 000 до більше 20 000 операцій.
  • Вимоги до переривання коротких замикань:
• Системи 12 кВ: Зазвичай 31,5 кА-40 кА
• Проекти відновлюваної енергії: Можуть вимагати ≥63 кА

2. Приспособлення до складних середовищ

Підстанції в містах, промислових ділянках або віддалених регіонах ставлять унікальні виклики середньовольтовому комутаційному обладнанню:

• Висока висота: Корекція електричних клітин (наприклад, системи 12 кВ на висоті 5000 м вимагають збільшення клітини з 125 мм до 161 мм).
• Забруднені райони: Дистанція полізу має бути збільшена (наприклад, ≥25 мм/кВ для класу III забруднення).
• Побережні райони: Необхідно пройти тест на солоне спрей (наприклад, 1000-годинний тест CASS).
• Висока температура та вологість: Інтелектуальні системи відволоження є необхідними.

3. Вимоги до оновлення інтелектуальності

Цифрове перетворення збільшує попит на інтелектуальні функції в середньовольтовому комутаційному обладнанні:

• Підтримка протоколу зв'язку IEC 61850 для обміну даними та віддаленого керування.
• Моніторинг стану (температура, струм, механічний стан), прогнозування аварій та віддалене діагностування зменшують витрати на обслуговування.

• Дослідження показують, що інтелектуальні системи моніторингу можуть:
  • Зменшити частоту ручного осмотру на 70%.
  • Збільшити термін служби обладнання до 3 разів.
  • Знизити річні витрати на обслуговування на 35%.

4. Вимоги до безпеки та сейсмостійкості

Строгі стандарти безпеки для середньовольтового комутаційного обладнання:

• Система "п'яти запобіжників": Запобігає критичним помилкам (наприклад, переміщення вимикача під навантаженням).
• Захист від внутрішнього дугового випробування: Канали зниження тиску обмежують піковий тиск до ≤48 кПа.
• Сейсмічний дизайн: Повинен витримувати сильні землетруси (наприклад, деформація ≤1,2 мм при 9-бальному землетрусі).

5. Обмеження простору та оптимізація розташування

     Модульний дизайн для ефективного використання простору:

• Сучасне середньовольтове комутаційне обладнання з твердими ізоляційними стовпами зменшує площа зайняття на 37,5% та знижує опір головного контуру більше ніж на 40%.        

Ключові технологічні рішення

1. Металеве закрите середньовольтове комутаційне обладнання (представлений моделлю KYN28)

• Структурна перевага: Розділені броньовані камери (вимикач, шина, кабель) запобігають поширенню аварій.
• Приспособлення до середовища: Клас захисту IP4X або вище, придатне для забруднених та вологих районів.
• Ринкова частка: Домінує на ринку (>60%), основний вибір для підстанцій.

2. Інтелектуальні системи керування середньовольтовим комутаційним обладнанням

• Основні функції:

• Інтегровані мікропроцесорні реле захисту, сумісні з IEC 61850.
• Реальність моніторингу з використанням алгоритмів штучного інтелекту для прогнозування терміну служби компонентів (наприклад, механічна витривалість вимикача до 100 000 операцій).
  • Ефект від проекту: Проект Державної мережі зменшив частоту відмов на 30% та витрати на обслуговування на 20%.

3. Безпека в середньовольтовому комутаційному обладнанні

• Механізм "п'яти запобіжників": Застосовується для забезпечення безпечного порядку операцій.
• Захист від дугового випробування: Інтегровані канали зниження тиску та системи гашення дуги.   

Типові сценарії застосування та кейси

1. Кейс 1: Оновлення міської підстанції
   • Виклик: Розширення старих підстанцій з високим зростанням навантаження.
   • Рішення:

• Впровадження газово-ізольованого комутаційного обладнання (GIS) з номінальним струмом 4000 А, що економить 30% простору.
• Впровадження хмарної платформи для віддаленого управління.
  • Результати: Надійність постачання електроенергії зросла на 15%; тривалість відключень зменшилась на 40%.

2. Кейс 2: Підключення вітрильної електростанції до мережі

• Виклик: Складні умови (високий солоний туман, коливання температур), що викликають відмови.
• Рішення:

• Покращене металеве закрите середньовольтове комутаційне обладнання з захистом IP54 та вбудованими нагрівачами.
• Модулі переключення ємних навантажень для стабільної вітроенергетики.
  • Результати: Успішність підключення до мережі зросла на 15%; витрати на експлуатацію зменшились на 10%.

Перспективи: Екологічні рішення та цифровий двійник

1. Екологічне середньовольтове комутаційне обладнання
   • Фазування SF₆, використання сухого повітря або азотної ізоляції гібридної технології.
   • Нові матеріали для ізоляції покращують енергоефективність на 20%.

2. Інтеграція цифрового двійника для середньовольтового комутаційного обладнання

• Використання інформаційного моделювання будівель (BIM) для передвстановлення тестування.
• Реальність відображення даних оптимізує розподіл навантаження та продовжує термін служби.