SF6 qazı tərəfindən dişilən dairəvi başlıq vahidləri və qatı dişici dairəvi başlıq vahidlərinin müqayisəsi
İntrodüksiya
Hazırda, SF6 qazla dolu zəncirli elektrik şəbəkələri (bu mətnin əvvəlindən "SF6 RMUs" kimi qısaltılır) bazarın üstünlüyüni tutur. Lakin, SF6 qazı beynəlxalq olaraq əsas isti saxlanan qazlardan biri kimi tanınır. Mühitə qorunma və emisiyaların azaldılması üçün onun istifadəsi azaldılmalı və məhdudlaşmalıdır. Qatı qazla dolu zəncirli elektrik şəbəkələrin (RMUs) ortaya çıxması, SF6 RMUs ilə bağlı problemləri həll edib və bir çox yeni xüsusiyyətlər daxil edir.
1 Zəncirli Elektrik Şəbəkələri və Zəncirli Elektrik Şəbəkə Ünitləri (RMUs)
"Şəhərləşmə" prosesi elektrik təchizatının nəzərdə tutulmasında artan tələblər yaradır. Daha çox istifadəçilər iki (və ya daha çox) enerji mənbəyinə ehtiyacı var. "Radial elektrik təchizatı" sisteminin istifadəsi, kabel quraşdırılmasına, səhv tapılmasına və şəbəkənin yenilənməsinə və genişləndirilməsinə çətinliklər yarada bilər. Müqayisədə, "zəncirli elektrik təchizatı" mühüm yüklər üçün iki (və ya daha çox) enerji mənbəyi asanlıqla təmin edə bilər, elektrik təchizatını sadələşdirir, kabel routinqini asanlaşdırır, kontakt cihazlarının sayını azaldır, səhv paylanmasını azaldır və səhv nöqtələrinin tapılmasını asanlaşdırır.
1.1 Zəncirli Elektrik Təchizatı
Zəncirli elektrik təchizatı, müxtəlif transformatorlar və ya eyni transformatorun fərqli busbarlarından gələn iki (və ya daha çox) şəbəkə xəttinin bir dairə formasında birləşdirilərək elektrik təchizatı təmin etməsidir. Bu sistemin üstünlükləri arasında hər bir təchizat dalının sol tərəfdən gələn ana şəbəkədən və ya sağ tərəfdən gələn ana şəbəkədən elektrik ala bilərsi deyil. Bu o deməkdir ki, əgər bir ana şəbəkədə səhv baş verirsə, digər tərəfdən elektrik təchizatı davam edə bilər. Həqiqətən, bu sistem bir şəbəkədən təchizat etmək olsa da, hər bir təchizat dalı, iki şəbəkədən təchizat etmənin oxşar üstünlüklərini alır və nəticədə nəzərdə tutulan güvənirlilik çox artır. Çin tənzimləmələri, şəhərlərdəki əsas zəncirli şəbəkələrin "N-1 Güvənlik Kriteriyası"na uyğun olduğunu müəyyən edir. Bu, şəbəkədə N yük varsa, hər hansı bir yük səhvdən uğursa, sistem qalan "N-1" yükü təmin edə bilər, bu da arızalar və yük azalmasına səbəb olmur.
1.2 Zəncirli Birləşmə Metodları
- Standart Zəncir Birləşməsi: Bir mənbədən təchizat olunan, kabloların özü vasitəsilə zəncir formasında birləşdirilən, bu növ birləşmə, bir hissəsi arızadan uğursa, digər yükü təchizat etməyə imkan verir.
- Fərqli Busbarlardan Gələn Zəncir Birləşməsi: Bu birləşmə iki enerji mənbəyə malikdir və adətən açıq çevrə rejimində işləyir, bu da daha yüksək təchizat güvənirliliyini və daha böyük idarəetmə fleksibilərini təmin edir.
- Tək Zəncir Birləşməsi: Enerji mənbələri fərqli transformatorlardan və ya iki busbar hissəsindən götürülür. Şəbəkədə hər hansı bir kabel hissəsi servis altında olduğunda, bu yükün arızasına səbəb olmur.
- İki Zəncir Birləşməsi: Hər bir yük müstəqil zəncir şəbəkəsindən elektrik ala bilər, bu da çox yüksək güvənirlilik təmin edir.
- İki Mənbəli İkiləşdirilmiş "T" Birləşməsi: Fərqli busbarlardan iki kabel xətti birləşdirilir. Hər bir yük hər iki kabledən elektrik ala bilər. Bu metod, iki mənbəli istifadəçilər üçün praktiki olaraq arızasız təchizat təmin edir və xüsusi mühüm istifadəçilər üçün uyğundur.
1.3 Zəncirli Elektrik Şəbəkə Ünitləri (RMUs) və Onların Xüsusiyyətləri
RMUs, zəncirli elektrik təchizatı üçün istifadə olunan kontakt cihaz qutularıdır. Qutuların növləri, yük dəyişici, avtomat, yük dəyişici +保险丝组合、组合装置、母线连接器、计量单元、电压互感器（VT）等，或它们的任意组合或扩展。
RMU具有紧凑的结构、占地面积小、成本低、安装方便、调试时间短等特点，满足“设备小型化”的要求。它们广泛应用于住宅小区、公共建筑、中小型企业变电站、二次开关站、紧凑型变电站和电缆接头箱。
**1.4 RMU类型**
- **空气绝缘RMU：** 使用空气作为绝缘介质。占地面积和体积较大，易受环境影响。
- **SF6 RMU：** 使用SF6气体作为绝缘介质。主开关被密封在一个充满SF6气体的金属外壳内，操作机构位于外壳外。由于是密封结构，不受外部环境影响。其体积比标准空气绝缘RMU小得多，目前是最常用的类型。
- **固体绝缘RMU：** 使用固体绝缘材料作为主要绝缘介质。开关及所有带电部件用环氧树脂等绝缘材料封装或浇注。由于内部开关相间和相对地的安全绝缘距离减小，其尺寸和体积与SF6 RMU相似。它们不产生SF6排放，真正实现免维护运行。
**2 SF6 RMU的使用限制**
SF6是大气温室效应的主要贡献者。然而，SF6具有理想的电气性能（优异的绝缘、灭弧和冷却性能）、强电负性、良好的导热性和稳定性，可重复使用，对环境条件（湿度、污染、高海拔）不敏感，并且能够实现紧凑的柜体设计。因此，它被广泛用作电气设备中的绝缘和灭弧介质。电力行业是SF6消耗量最大的行业；统计数据显示，每年生产的SF6气体中有80%用于电气设备。
联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）和美国环境保护署（EPA）都将SF6列为极具危害性和影响性的温室气体。欧盟F-气体法规（2006年）规定：除了在没有可行替代品的电力开关设备中，大多数领域禁止使用SF6。
此外，SF6 RMU使用复杂，需要大量辅助设备：
- **购买SF6泄漏监测设备：** 用于检测SF6气体泄漏，监测SF6浓度和氧气含量，检测微量水分等。
- **配备SF6回收装置：** 在SF6灭弧过程中，气室内会产生SF4等副产品。因此，在使用寿命结束时，不仅要回收剩余的SF6气体，还需要对残留的有毒副产品进行特殊处理。
- **配置SF6气体净化设备：** 用于净化和循环利用SF6气体。
- **在变电站内安装通风设备。**
使用SF6 RMU时必须注意以下几点：
- **尽量减少SF6泄漏：** SF6 RMU使用加压密封腔室，但气体泄漏不可避免。在SF6压力低的情况下进行切换操作会导致可靠性降低，直接威胁操作人员安全并缩短设备寿命。
- **工作人员进入变电站前，必须先进行强制通风，并佩戴专用防护装备。**
- **操作程序复杂，相关人员需要反复培训。**
**3 固体绝缘RMU的特点和应用**
SF6 RMU潜在的环境威胁限制了其进一步发展。寻找SF6的替代品一直是全球研究的重点。固体绝缘RMU最早由伊顿公司（美国）在20世纪90年代末开发并推出。在运行过程中，它们不会产生任何有毒有害气体，对环境无影响，可靠性更高，真正实现免维护运行。
固体绝缘RMU是指将初级导电回路——如真空断路器、隔离开关、接地开关、主母线、分支母线——单独或组合封装在环氧树脂等固体绝缘材料中。它们被封装在完全绝缘、密封的功能模块内，这些模块可以进一步组合或扩展。模块上可接触的外表面涂有导电或半导电屏蔽层，可以直接可靠接地。
**3.1 固体绝缘RMU的特点**
- **环保设计：** 不使用SF6作为绝缘或切换介质。相反，真空用作开关的灭弧介质，使用对环境无影响（且可回收）的环保材料作为主要绝缘介质。此外，通过减少组件数量来确保运行时的低能耗和更少的潜在故障点。
- **真正免维护：** 固体绝缘RMU消除了SF6压力容器。开关本体的内部绝缘和灭弧采用真空介质；外部绝缘使用固体介电材料如绝缘筒。绝缘筒采用整体铸造技术，将真空断路器、主导电回路和绝缘支撑集成在一起，密封在金属外壳内，不受外部环境影响。由于完全绝缘和密封的整体结构，以及不存在SF6泄漏检测、充气和废物处理等问题，实现了真正的免维护运行。
- **高性价比：** 尽管固体绝缘RMU的初始投资略高于SF6 RMU，但其总生命周期成本显著降低，如表1所示。用户考虑越来越全面，不仅包括初始购买价格，还包括整个生命周期的成本，包括安全风险、电网质量、成本控制和可持续性。SF6 RMU在其生命周期内所需的维护、充气、泄漏处理和最终回收成本几乎相当于购买成本。相比之下，固体绝缘RMU只需一次初始投资，之后基本上没有后续成本。因此，从长远来看，固体绝缘RMU的经济效率远优于SF6 RMU。
**表1：SF6 RMU与固体绝缘RMU的生命周期成本比较**
| 项目 | 内容 | SF6 RMU | 固体绝缘RMU |
| --- | --- | --- | --- |
| **初始投资** | 购买成本 | 低 | 相对较高 |
| **运行环境** | SF6气体监测、报警、通风等设备 | 需要 | 无需 |
| **维护** | SF6泄漏检查、气体充装等 | 需要 | 无需 |
| **人员保护** | 相应的SF6防护装备等 | 需要 | 无需 |
| **培训** | 操作程序、专业培训等 | 复杂 | 简单 |
| **报废处理成本** | 使用专用设备回收残余SF6气体 | 需要 | 无需 |
| | 对内部残留的有毒SF6副产品进行特殊处理 | 需要 | 无需 |
| **温室气体排放** | 显著的SF6排放 | 有 | 无 |
| **安全性** | SF6压力低时开关操作的安全性等 | 低 | 高 |
| **使用寿命** | SF6泄漏等问题影响运行和维护成本 | 长期成本高 | |
- **紧凑结构：** 设计尽可能紧凑，同时确保柜体安全和操作方便。其占地面积和体积甚至比SF6 RMU更小，帮助用户节省空间，提供直接的经济效益。
- **内部电弧防护设计，更安全可靠：** 初级和次级开关设备每年至少发生一次因内部电弧造成的重大损坏。大多数固体绝缘RMU都采用了内部电弧防护设计。当内部电弧发生时，其对RMU的影响被最小化，确保设备更安全可靠的运行。
- **可视化隔离间隙：** 具有可视观察窗，便于检查内部三工位隔离开关的触点状态，提供现场可见隔离，增强操作人员的安全性。
- **智能化能力：** 与SF6 RMU相比，更容易实现配电自动化。安装配电终端单元（DTU）和通信设备后，可以轻松实现状态数据采集和监控、“四遥”功能（遥信、遥测、遥控、遥调）、通信、自诊断和记录报告等功能。
**3.2 应用现状**
目前，固体绝缘RMU的广泛应用受到其相对较高的价格和复杂的制造工艺的限制。其工艺要求超过了SF6气体绝缘RMU。如果工艺技术不足，绝缘风险、故障概率和危险可能高于SF6 RMU，需要严格控制原材料和工艺质量。此外，固体绝缘RMU的布线灵活性有限，特别是对于PT（VT）柜和计量柜等功能单元，连接选项较少，限制了用户选择，这也一定程度上限制了固体绝缘RMU的应用和发展。
随着生产结构的不断优化和产品制造标准化程度的提高，固体绝缘RMU的产品质量变得更加稳定，价格也在逐渐下降。一些国家对不使用SF6的产品提供5%~10%的激励，以减少其使用和排放。这意味着用户在决策时不只考虑购买成本。我们也可以借鉴国际做法：在环境敏感项目和新项目（如住宅社区、公共建筑、市政建设）中优先使用固体绝缘RMU，逐步淘汰SF6 RMU。根据制造商承诺的使用寿命逐步淘汰和更换老旧或正在运行的SF6 RMU，并为采用环保型固体绝缘RMU的用户提供补贴，支持此类产品的发展。随着用户环保意识的增强和生命周期成本考虑的增加，固体绝缘RMU的前景广阔。
**4 结论**
固体绝缘RMU在技术上与SF6 RMU相当，并且具有一些SF6 RMU所不具备的特点，如无有害气体排放、真正免维护运行和较低的总生命周期成本。它们正越来越多地引起用户的关注和青睐。
