SF₆ რენდობითი მთავარი უნიტები (RMUs) და ქალაქური ქსელის რენოვაცია

საერთო მიხედვა​
ძველი განაწილების ქსელები მთავრად რადიალური სტრუქტურის არიან, სადაც ყველაზე მეტი შესასვლელი და გასასვლელი ხაზები ჰაერით დაფარული ხაზებია. ჩართვის მოწყობილობები ჩვეულებრივ ჰაერით დახურული ვაკუუმის შემთხვევითი დაჭერის აპარატებია ან მცირე-ნახშირო დაჭერის აპარატები. ამ ქსელები ხშირად ხერხებს ჰყვებიან, აქვთ მაღალი გამოყენების ხარჯები და შეტევის შემთხვევაში გრძელი და ფართო ელექტროენერგიის გარეშე შეტევა, რაც მნიშვნელოვანად დაბრკოლებს ეკონომიკურ განვითარებას.

სწრაფი ეკონომიკური განვითარებისა და ქალაქური ქსელის რენოვაციის შესრულების საფუძველზე, მაღალი ელექტროენერგიის სარწმუნო დაზღვევის მოთხოვნები გაიზარდა. სრულად დახურული, სრულად დახურული, გარეშე დავალებას არ მოითხოვს და საკუთარი ზომის SF₆ რგოლის მთავარი ერთეულები (RMUs) კიდევ ერთხელ გახდა სარწმუნო ელექტროენერგიის დაზღვევის გარანტია.

​1. SF₆ RMUs-ის ტიპები და სტრუქტურული თვისებები​

​1.1. SF₆ RMUs-ის ტიპები​
SF₆ RMUs შეიძლება კლასიფიცირდეს ორ ძირითად ტიპად სტრუქტურის მიხედვით: საერთო ტანკის ტიპი და მოდულური ერთეულის ტიპი. ადრეული საერთო ტანკის ტიპის RMUs ჩვეულებრივ ერთი შესასვლელი, ერთი რგოლი და ერთი გასასვლელი ჰქონდა, რაც პატარა ტვირთებისთვის ადგილი ჰქონდა. თუმცა, ტვირთების მოთხოვნების ზრდისთვის, გაფართოებადი მოდულური ერთეულის ტიპი ჩამოვიდა, რომელიც უზრუნველყოფს მაქსიმუმ 10 MVA-მდე დანარჩენი დანარჩენი ენერგიის განაწილებას.

SF₆ RMUs შეიძლება კლასიფიცირდეს ფუნქციის მიხედვით სამ ტიპად: კე布尔类型：额定电流为 630A。 - **熔断器型**：可直接连接到变压器。额定电流为 200A。然而，考虑到熔断器的温升效应，每个 RMU 实际上只能供应最大 1600 kVA 的变压器。 - **SF₆ 断路器型**：用于保护超过 1600 kVA 的变压器。它还可以作为进线或母线段单元，具有过流和瞬时跳闸保护功能。其额定电流为 630A，总故障切断时间为 95ms。 - 下图显示了 SF₆ RMU 的基本配置。  - **1.2 SF₆ RMU 的结构特点** - **气体罐**：这是 RMU 最关键的部分。气体罐内包含负荷开关、母线、开关轴和 SF₆ 气体。 - 负荷开关是一个三位置开关，包括隔离刀开关和灭弧罩。 - 刀开关的动触点有两个由镍铬合金制成的特殊铆钉，有两个作用： - 在开关开合过程中提供干润滑，确保长时间使用后动触点和静触点之间的接触电阻不会增加。 - 由于镍铬合金的高熔点，在闭合或耐受期间短路电流产生的热量不会使动触点熔化。 - 灭弧罩内有去离子板，可以拉长电弧，减少电弧能量，并在负荷开关中断负载电流时最小化金属蒸汽和 SF₆ 分解产物的生成量。 - 母线与刀开关接触的部分是静触点。除了满足额定电流容量和动态/热稳定性要求外，母线的设计和制造还考虑了电磁场效应，以尽量减少磁场影响。 - 开关轴穿过气体罐并连接到操作机构隔间，使隔间外的操作员能够控制开关的闭合、打开和接地状态。穿透点处采用双密封结构（罐与外部之间的唯一移动连接），严格保证抽真空和充气过程中的气密性。 - SF₆ 气体的年泄漏率仅为 0.0035%。这种低泄漏率对于 RMU 长期安全运行至关重要。 - 除了用作绝缘和灭弧的 SF₆ 气体外，气体罐内还含有氧化铝 (Al₂O₃)，它可以加速 SF₆ 气体再生，并作为一种优良的干燥剂，保持 SF₆ 气体质量，最大限度地减少电弧故障。如果发生此类故障，罐下方的防爆膜会将热气直接排放到电缆沟中或设备后方，远离前方的操作员。 - 气体罐由 3mm 厚的不锈钢板双面焊接而成。 - **操作机构隔间**：内部的操作机构通过开关轴连接到负荷开关和接地开关。使用插入操作孔的操作杆，操作员可以轻松进行闭合、打开和接地操作，所需力很小（仅需 60 N·m）。 - 由于开关触点不可见，操作机构配有直接与开关轴相连的位置指示器，清楚显示负荷开关和接地开关的当前状态。 - 负荷开关、接地开关和前面板之间安装了机械联锁装置，满足五种安全联锁要求（防误操作功能）。 - 负荷开关和接地开关都配备了快速合闸/分闸机构，确保开合速度与操作员的速度无关。 - 具有熔断器保护的开关（TS 型开关柜）还具有自动跳闸装置，分为机械式和电气式。机械跳闸原理：当单元电路发生短路故障时，熔断器在故障电流的第一个半周期（约 10ms）内熔断。熔断器的撞击针撞击跳闸机构，导致负荷开关打开。总故障切断时间仅为 35ms，有效保护单元并防止故障传播到相邻单元。此外，由于出色的机械性能，熔断器型开关柜的转移电流可达 2300A。 - 可在操作机构隔间的前面板操作杆上加装挂锁，防止未经授权的操作。 - 为了安全操作，隔间内安装了直接连接到气体罐的气体压力表，并且密封防潮（防止表盘起雾），使维护人员能够随时准确监测 RMU 的状态。 - 操作机构隔间还安装了电压指示器，允许操作员监测电路带电情况（氖灯指示）和相位验证（使用测试插座）。 - **电缆连接隔间**：位于 RMU 前部，高度为 1220mm，提供了足够的电缆终端空间。 - RMU 套管的电缆连接使用无石棉触摸屏蔽（AFTS）或无石棉带套件（AWK）硅橡胶电缆附件。 - 铜或铝电缆截面范围为 25-240 mm²（熔断器型开关柜）或 35-400 mm²（电缆型开关柜）。 - **母线连接隔间（模块化单元）**：位于气体罐下方。三个套管呈交错“阶梯”排列，有效减小空间需求并便于母线连接。 - 套管为空心导电型，允许铜管母线直接螺栓连接到气体罐内的母线上。 - 使用硅橡胶绝缘的铜管母线，有效增加载流能力并减小相间距（仅为 110mm）。 - 母线与套管之间的连接使用硅橡胶连接器（E 型端子连接器和 T 型扩展连接器）和螺纹帽，实现直接在套管上的无缝电气连接。这些母线能够在潮湿凝结、导电灰尘和盐沉积等恶劣条件下正常工作。 - 此外，母线隔间的前部被一个单独的接地钢板屏蔽，将其与电缆连接隔间分开。 ### 2. SF₆ RMU 的技术参数和应用 - **2.1 技术参数** | 项目 | 电缆型开关柜 | 熔断器型开关柜 | 熔断器型开关柜 | | --- | --- | --- | --- | | 额定电压 / kV | 12 | 12 | 12 | | 额定电流 / A | 630 | 200 | 630 | | 工频耐受电压 / kV·min⁻¹ | 50 - 60 | 42 - 48 | 42 - 48 | | 冲击耐受电压 / kV | 125 - 145 | 75 - 85 | 75 - 85 | | 额定分断电流 / A | 630 | 200 | 630 | | 额定转移电流 / A | - | 2300 | - | | 额定短路分断电流 / kA | - | 20 | 20 | | 分断电容电流 / A | 45 | 10 | 50 | | 分断电感电流 / A | 16 | 16 | - | | 额定峰值耐受电流 / kA | 50 | - | 50 | | 额定短时耐受电流 / kA·3s⁻¹ | 20 | - | 20 | | 额定合闸电流 / kA | 50 | - | 50 | | 操作次数（630 A）/ 次 | >100 | >100 | 3000 | | 合闸操作次数（50 kA）/ 次 | 5 | 5 | 5 | | 机械操作次数 / 次 | 2000 | 2000 | 4000 | | 环境温度 / °C | - | -25 - +55 | - | | 防护等级 | IP65/IP4X | IP65/IP4X | IP65/IP4X | | 泄漏率 / %, 每年 | - | 0.0035 | - | - **2.2 SF₆ RMU 的应用** 由于其紧凑的尺寸、免维护性和高可靠性，SF₆ RMU 特别适合于关键设施、高层建筑、住宅区和城市电网的电力分配。它们显著降低了运营成本和占地面积。 - **三单元共箱型**：尺寸仅为 980mm × 635mm × 1050mm，非常适合亭式变压器和户外应用。 - **模块化电缆型**：可以集成切换分支箱，支持最多一个进线和三个出线（即通过母线隔间进线，通过电缆连接隔间并联连接三个出线）的配置。 - **模块化熔断器型**：适用于远离变电站且只有一个变压器运行的地点。为了实现本地变压器控制而无需额外的进线单元，进线电缆可以直接连接到 TS 型开关柜单元的母线隔间，提供相同的功能。 - **断路器型开关柜**：配备过流和瞬时跳闸保护。它可以作为变压器保护单元、进线单元或母线段单元。要实现远程跳闸或变压器气体保护继电器操作时的跳闸（对于熔断器型开关柜），只需在操作机构中添加一个电磁跳闸线圈，并向电路提供 220V AC 或 24V DC 电源即可。 - **电动操作**： - 为了实现配电自动化，可以在操作机构隔间中添加一个电动机，并在顶部安装一个 350mm 高的控制箱。仍可进行本地按钮操作（开/关）。 - 添加自动转换开关（ATS）设备可以实现两个进线电源之间的自动切换，无论是否定义为主/备用配置。 - 电动机通常有多种电压等级（220V AC、220V DC、110V DC、48V DC、24V DC）供用户选择。 - 可以在操作机构隔间的前面板上安装短路故障指示器，信号传输到远程控制室。该指示器可以自动、手动或远程复位。 - 电缆连接隔间中可以添加低压穿芯电流互感器（CT）用于电流测量。 - 电缆型开关柜单元内也可以安装避雷器，以保护 RMU。 - 配电自动化功能主要集中在五个方面：数据采集、监控与控制、故障隔离与服务恢复、地理信息系统（GIS）以及数据统计与报告。 - 实现配电自动化需要主设备具有电动操作机构和馈线终端单元（FTU）或远程终端单元（RTU）。 - 光纤电缆是首选的通信介质。通信协议应为用户熟悉的国际公认标准，如 IEC 870、DNP 3.0 或 TCP/IP。 - 控制室 SCADA 软件平台应具备多任务和多用户能力，如 UNIX。 - 数据库建议稳定且处理能力强，如 Oracle。 - 该解决方案特别适合于户外或远离低压电源的 RMU，因为它可以保证同时操作两个 150W 电机超过 50 次。 ### 3. 寿命周期 SF₆ RMU 的寿命通常为 25-30 年，并且可以方便地改造为配电自动化设备。因此，SF₆ RMU 应成为城市电网改造项目的首选。