Sammenligning af SF6-gas isolerede ringhovedenheder og fast isolerede ringhovedenheder

Introduktion​
I øjeblikket dominerer SF6-gas-isolerede ringhovedenheder (herfra refereret til som "SF6 RMUs") markedet. SF6-gas er imidlertid internationalt anerkendt som en af de vigtigste drivhusgasser. For at opnå miljøbeskyttelse og reduktion af emissioner, skal dets anvendelse reduceres og begrænses. Opkomsten af fast-isolerede ringhovedenheder (RMUs) har løst problemerne forbundet med SF6 RMUs, samtidig med at den inkluderer mange nye funktioner.

​1 Ringstrømforsyning og Ringhovedenheder (RMUs)​​
Urbaniseringsprocessen stiller stadig højere krav til strømforsyningens pålidelighed. Flere brugere kræver dobbelt (eller flere) strømforsyningskilder. Brug af et "radial strømforsynings" system kan føre til vanskeligheder i kabelinstallation, fejlfinding udfordringer og ulejligheder under netopgradering og -udvidelse. Imidlertid kan en "ringstrømforsyning" bekvemt give dobbelt (eller flere) strømkilder til kritiske belastninger, forenkler distributionslinjer, gør kablerutning lettere, reducerer behovet for spændingsafbrydere, nedbringer fejlhyppigheden og gør det lettere at identificere fejlpunkter.

​1.1 Ringstrømforsyning​
Ringstrømforsyning henviser til et system, hvor to (eller flere) udgående led fra forskellige understationer eller forskellige busbarer inden for samme understation er forbundet for at danne en sløjfe til strømforsyning. Dets fordele inkluderer: hver distributionsgren kan hente strøm fra hovedforsyningen på venstre side eller hovedforsyningen på højre side. Dette betyder, at hvis der opstår en fejl i en af hovedforsyningerne, kan strømforsyningen fortsætte fra den anden side. Selvom det i virkeligheden er enkeltleds strømforsyning, får hver distributionsgren effektivt fordelene ved dobbeltleds strømforsyning, hvilket betydeligt forbedrer pålideligheden. I Kina fastsætter regler, at hovedringforbindelsen i byer følger "N-1 Sikkerhedskriteriet". Dette betyder, at hvis der er N belastninger på linjen, kan systemet acceptere overførslen, når en enhed oplever en fejl, og sikre, at de resterende "N-1" belastninger fortsat modtager sikkert strøm uden at forårsage afbrydelser eller belastningsnedbringelser.

​1.2 Ringforbindelsesmetoder​

• ​Standard Ringforbindelse:​​ Forsynet af en enkelt kilde, danner en ring gennem selve kablerne, der sikrer pålidelig strømforsyning til alle andre belastninger, når et kablesektion mislykkes.
• ​Ringforbindelse fra forskellige busbarer:​​ Denne forbindelse har to strømkilder, typisk opereret i åben sløjfe, der giver højere forsyningspålidelighed og større driftsflexibilitet.
• ​Enkelt Ringforbindelse:​​ Strømkilder tages fra forskellige understationer eller to busbarsektioner. Når nogen kablesektion i nettet er under vedligeholdelse, forårsager det ingen belastningsafbrydelse.
• ​Dobbelt Ringforbindelse:​​ Hver belastning kan modtage strøm fra et uafhængigt ringnet, der giver meget høj pålidelighed.
• ​Dobbelt Kilde Dobbelt "T" Forbindelse:​​ To kabelkredsløb er forbundet fra forskellige busbarsektioner. Hver belastning kan trække strøm fra begge kabler. Denne metode opnår i virkeligheden ingen afbrydelse for dobbeltkildebrugere og er særligt velegnet til visse kritiske brugere.

​1.3 Ringhovedenheder (RMUs) og deres egenskaber​
RMUs refererer til skabsskabe, der bruges til ringstrømforsyning. Skabetyper inkluderer lastskalder, spændingsafbrydere, kombination af lastskalde + sikring, kombinationsapparater, buskoppler, måleenheder, spændingsoverførere (VTs), osv., eller enhver kombination eller udvidelse heraf.

RMUs har en kompakt struktur, lille fodaftryk, lav kostpris, let installation og kort kommissioneringstid, der opfylder kravet om "miniaturisering af udstyr". De anvendes bredt i boligkomplekser, offentlige bygninger, små og mellemstore virksomheders understationer, sekundære skiftstationer, kompakte understationer og kabelforbindelseskasser.

​1.4 RMU Typer​

• ​Luft-isolerede RMUs:​​ Bruger luft som isoleringsmedium. De har et stort fodaftryk og volumen og er sårbare over for miljøindflydelse.
• ​SF6 RMUs:​​ Bruger SF6-gas som isoleringsmedium. Hovedskalden er indkapslet i en forseglet metalbeholder fyldt med SF6-gas, med driftmekanismen placeret uden for beholderen. På grund af den forsegrede beholder er de ikke påvirket af det eksterne miljø. Deres volumen er betydeligt mindre end standard luft-isolerede RMUs, og de er den mest almindelige type i øjeblikket.
• ​Fast-isolerede RMUs:​​ Bruger faste isoleringsmaterialer som hovedisolering. Skalde og alle live dele er indkapslet eller formet med isoleringsmaterialer som epoxi-harz. Da de sikre fase til fase og fase til jord isoleringsafstande inden i skalde er reduceret, er deres størrelse og volumen lignende SF6 RMUs. De producerer ingen SF6-emissioner og opnår sand driftsfri drift.

​2 Anvendelsesbegrænsninger for SF6 RMUs​
SF6 er en stor bidragyder til atmosfæriske drivhuseffekter. SF6 har dog ideale elektriske egenskaber (excellent isolering, buelokkedækning og køling), stærk elektronegativitet, god termisk ledeevne og stabilitet, er genanvendelig, usensitiv over for miljøforhold (fugt, forurening, høj højde) og muliggør kompakte skabdesign. Derfor anvendes det bredt som isolerings- og buelokkemedium i elektriske udstyr. Forbruget af SF6 er højest i energisektoren; statistikker viser, at 80% af det årlige produktion af SF6-gas anvendes i elektriske udstyr.

FN's Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) og USAs Miljøbeskyttelsesagentur (EPA) klassificerer begge SF6 som en ekstremt skadelig og påvirkende drivhusgas. EU F-Gas-regulation (2006) fastsætter: bortset fra strømskaldestationer, hvor ingen levedygtig alternativ findes, er brugen af SF6 forbudt i de fleste områder.

Desuden er SF6 RMUs komplekse at bruge og kræver betydelig investering, der kræver mange hjælpeenheder:

• ​Køb SF6-lækagemonitoringudstyr:​​ Bruges til SF6-gaslækagedetection, monitoring af SF6-koncentration og iltindhold, sporvandspåvisning, osv.
• ​Udrust SF6-genindvindingsemner:​​ Ved-produkter som SF4 dannes i gasrummet under SF6-buelokkedækning. Derfor skal ved slutningen af livscyklussen ikke kun det resterende SF6-gas genindvindes, men også de resterende giftige ved-produkter behandles specielt.
• ​Konfigurer SF6-gasrensningudstyr:​​ Til renning og genbrug af SF6-gas.
• ​Installér ventilationsudstyr i understationer.​​

Når man bruger SF6 RMUs, er det nødvendigt at:

• ​Minimere SF6-lækage:​​ SF6 RMUs bruger pressuriserede forsegrede rum, men gaslækage er uundgåelig. Udførelse af skifteoperationer, når SF6-trykket er lavt, resulterer i lav pålidelighed, truer direkte operatørssikkerheden og reducerer udstyrslivslængden.
• ​Før arbejdere går ind i understationen, skal der først udføres tvungen ventilation, og de skal bære speciel beskyttelsesudstyr.​​
• ​Operationer og procedurer er komplekse, og relevante personer skal have gentagen træning.​​

​3 Karakteristika og anvendelser af fast-isolerede RMUs​
Den potentielle miljøtrussel fra SF6 RMUs begrænser deres yderligere udvikling. Findes alternative til SF6 har været et emne for forskning verden over. Fast-isolerede RMUs blev først udviklet og introduceret af Eaton Corporation (USA) i slutningen af 1990'erne. Under drift genererer de ingen giftige eller skadelige gasser, har ingen miljøpåvirkning, tilbyder højere pålidelighed og opnår sand driftsfri drift.

Fast-isolerede RMUs refererer til systemer, hvor primære ledningskredsløb – som vakuumafbrydere, afkoblingskontakter, jordkontakter, hovedbusbar, grenbusbar – individuelt eller i kombination er indkapslet med faste isoleringsmaterialer som epoxi-harz. De er indkapslet i fuldt isolerede, forsegrede funktionsmoduler, der kan være videre kombineret eller udvidet. Ydersider af moduler, der er tilgængelige for personale, er overlagt med en ledek eller halvledek skjoldlag og kan direkte og pålideligt jordes.

​3.1 Karakteristika af fast-isolerede RMUs​

• ​Miljøvenligt design:​​ Bruger ikke SF6 som isolerings- eller skiftemedium. I stedet bruges vakuum som buelokkemedium for skalde, og miljøvenlige materialer uden miljøpåvirkning (og der kan genanvendes) bruges som hovedisolering. Desuden er antallet af komponenter minimiseret for at sikre lav energiforbrug under drift og færre potentielle fejpunkter.
• ​Sand driftsfri drift:​​ Fast-isolerede RMUs eliminerer SF6-trykkammeret. Indre isolering og buelokkedækning af skaldebrugeren bruger et vakuummedium; eksterne isolering bruger faste dielektriske materialer som isolerende cylindre. Isolerende cylinder anvender fastformningsteknologi, integrerer vakuumafbryder, hovedledningskredsløb og isolerende støtter i én enhed, forseglet i en metalbeholder, uforandret af det eksterne miljø. På grund af den fuldt isolerede og forsegrede samlede struktur og mangel på problemstillinger som SF6-lækagedetection, opfyldning og affaldshåndtering, opnår den sand driftsfri drift.
• ​Høj kostnadseffektivitet:​​ Selvom den initielle investering for fast-isolerede RMUs er lidt højere end for SF6 RMUs, er den totale livscykluskost betydeligt lavere, som vist i Tabel 1. Brugernes overvejelser er stadig mere omfattende, der inkluderer ikke kun den initielle købspris, men også den samlede livscykluskost, herunder sikkerhedsrisici, netkvalitet, kostnadsstyring og bæredygtighed. De kostnader, der kræves til vedligeholdelse, opfyldning af gas, håndtering af lækager og final genindvinding af SF6 RMUs under deres levetid, er næsten lig med købsprisen. Imidlertid involverer fast-isolerede RMUs en initiel investering med næsten ingen efterfølgende omkostninger. Derfor er den økonomiske effektivitet af fast-isolerede RMUs langt bedre end for SF6 RMUs set over længere tid.

​Tabel 1: Livscykluskostsammenligning mellem SF6 RMUs og fast-isolerede RMUs​

• ​Kompakt struktur:​​ Designet til at være så kompakt som muligt, mens det sikrer skabs sikkerhed og nem operation. Dets fodaftryk og volumen er endda mindre end SF6 RMUs, hvilket hjælper brugere med at spare plads og giver direkte økonomiske fordele.
• ​Internt buelokket design, sikrere og mere pålideligt:​​ For primære og sekundære skab, forekommer betydelig skade som følge af interne buelokket mindst én gang årligt. De fleste fast-isolerede RMUs inkluderer internt buelokket design. Når der opstår en intern buelokket, bliver dens indvirkning på RMU minimaliseret så meget som muligt, hvilket sikrer sikrere og mere pålidelig udstyr drift.
• ​Visualiseret isoleringsafstand:​​ Har et visuelt observationsvindue for let kontrol af kontaktilstanden for den interne tre-position afkoblingskontakt, der giver synlig isolation på stedet og forbedrer operators sikkerhed.
• ​Smart kapaciteter:​​ Lettere at implementere distributionsautomatisering sammenlignet med SF6 RMUs. Efter installation af en Distribution Terminal Unit (DTU) og kommunikationsenheder, kan funktioner som statusdataindsamling og -overvågning, "Fire-Fjerne" funktioner (fjerntegn, fjernmåling, fjernkontrol, fjernregulering), kommunikation, selvdiagnose og log/reporting let opnås.

​3.2 Anvendelsesstatus​
I øjeblikket begrænses den bredt anvendte fast-isolerede RMUs af deres relativt højere pris og komplekse produktionsprocesser. Deres processkrav overstiger dem for SF6-gas-isolerede RMUs. Hvis processmetoderne er utilstrækkelige, kan isoleringsrisici, fejl sandsynligheder og farer være højere end SF6 RMUs, hvilket kræver streng kvalitetskontrol af råmaterialer og håndværk. Desuden kan trådflexibiliteten for fast-isolerede RMUs være begrænset, især for funktionelle enheder som PT (VT) skabe og måleskabe, der tilbyder færre forbindelsesmuligheder og begrænser brugervalg, hvilket også noget begrænser anvendelsen og udviklingen af fast-isolerede RMUs.

Med fortsat optimering af produktionsstrukturer og øget standardisering i produktproduktion, bliver produktkvaliteten af fast-isolerede RMUs mere stabil, og priserne falder gradvist. Nogle lande tilbyder incitamenter på 5%~10% for produkter, der ikke bruger SF6, for at reducere dets brug og emissioner. Dette betyder, at brugere ikke kun overvejer købsomkostninger i beslutningsprocessen. Vi kan også lære af internationale praksisser: prioriter brugen af fast-isolerede RMUs i miljøsensitive projekter og nye projekter (f.eks. boligkomplekser, offentlige bygninger, kommunale konstruktioner), mens SF6 RMUs gradvist udfases. Udfase og erstatte ældre eller driftende SF6 RMUs i overensstemmelse med deres producentlovede levetid og give subsidier til brugere, der adopterer miljøvenlige fast-isolerede RMUs, for at støtte sådanne produkter. Som brugernes miljøbevidsthed vokser og livscykluskostovervejelser øges, er udsigterne for fast-isolerede RMUs bred.

​4 Konklusion​
Fast-isolerede RMUs er teknisk ligeværdige med SF6 RMUs og har nogle egenskaber, som SF6 RMUs mangler, som f.eks. ingen skadelige gasemissioner, sand driftsfri drift og lavere total livscykluskost. De vinder stadig mere brugernes opmærksomhed og præference.