Porównanie gazowych pierścieniowych jednostek głównych z izolacją SF6 i bryłowych pierścieniowych jednostek głównych z izolacją stałą
Wstęp
Obecnie rynkowym dominatorem są gazowe izolowane jednostki pierścieniowe z SF6 (dalej nazywane "SF6 RMUs"). Jednak SF6 jest międzynarodowym uznawany jako jeden z głównych gazów cieplarnianych. Aby osiągnąć ochronę środowiska i redukcję emisji, jego użycie musi być ograniczone. Pojawienie się solid-insulated ring main units (RMUs) rozwiązało problemy związane z SF6 RMUs, wprowadzając wiele nowych funkcji.
1 Zasilanie Pierścieniowe i Jednostki Pierścieniowe (RMUs)
Proces "urbanizacji" stawia coraz wyższe wymagania w zakresie niezawodności dystrybucji energii. Więcej użytkowników wymaga podwójnego (lub wielokrotnego) źródła zasilania. Zastosowanie systemu "radialnego zasilania" może prowadzić do trudności w instalacji kabli, problemów z diagnostyką awarii oraz niepraktyczności podczas modernizacji i rozszerzania sieci. Z kolei "zasilanie pierścieniowe" może łatwo zapewnić podwójne (lub więcej) źródła zasilania dla kluczowych obciążeń, upraszcza linie dystrybucyjne, ułatwia rozmieszczenie kabli, zmniejsza potrzeby przestawek, obniża wskaźniki awarii i ułatwia identyfikację punktów uszkodzeń.
1.1 Zasilanie Pierścieniowe
Zasilanie pierścieniowe odnosi się do systemu, w którym dwa (lub więcej) wychodzące linie z różnych podstacji lub różnych busów w tej samej podstacji są połączone w pętlę do zasilania. Jego zalety obejmują: każda gałąź dystrybucyjna może pobierać energię z głównego pasma po lewej stronie lub z głównego pasma po prawej stronie. To oznacza, że w przypadku awarii na jednym z głównych pasm, energia może być nadal dostarczana z drugiej strony. Choć jest to zasada pojedynczego zasilania, każda gałąź dystrybucyjna efektywnie uzyskuje korzyści podobne do dwupasmowego zasilania, znacznie zwiększając niezawodność. W Chinach przepisy stanowią, że główne połączenia pierścieniowe w miastach powinny spełniać kryterium bezpieczeństwa "N-1". Oznacza to, że jeśli na linii jest N obciążeń, a jedno z nich doświadczy awarii, system może przyjąć przeniesione obciążenie, zapewniając, że pozostałe "N-1" obciążenia będą nadal bezpiecznie zasilane, nie powodując przerw w dostawie ani ograniczeń obciążeń.
1.2 Metody Połączeń Pierścieniowych
- Standardowe Połączenie Pierścieniowe: Zaopatrzone przez jedno źródło, tworząc pierścień poprzez same kable, zapewniające niezawodne zasilanie wszystkich innych obciążeń, gdy jedna sekcja kabla ulegnie awarii.
- Połączenie Pierścieniowe z Różnych Busów: To połączenie ma dwa źródła zasilania, zazwyczaj działające w otwartym pierścieniu, oferując wyższą niezawodność zasilania i większą elastyczność operacyjną.
- Pojedyncze Połączenie Pierścieniowe: Źródła zasilania są biorone z różnych podstacji lub dwóch sekcji busów. Gdy jakakolwiek sekcja kabla w sieci jest poddana konserwacji, nie powoduje to przerwy w zasilaniu żadnego obciążenia.
- Podwójne Połączenie Pierścieniowe: Każde obciążenie może otrzymać zasilanie z niezależnej sieci pierścieniowej, zapewniając bardzo wysoką niezawodność.
- Dwuzródłowe Podwójne Połączenie "T": Dwie linie kablowe są połączone z różnych sekcji busów. Każde obciążenie może pobierać energię z obu kabli. Ta metoda efektywnie umożliwia brak przerw dla użytkowników z dwoma źródłami i jest szczególnie odpowiednia dla niektórych kluczowych użytkowników.
1.3 Jednostki Pierścieniowe (RMUs) i Ich Cechy
Jednostki pierścieniowe (RMUs) to szafy przełączników używane do zasilania pierścieniowego. Typy szaf obejmują przełączniki obciążeniowe, automaty, kombinacje przełącznika obciążeniowego + bezpiecznik, kombinacje urządzeń, łączenia busów, jednostki pomiarowe, transformatory napięcia (VT), itp., lub dowolne ich połączenie lub rozszerzenie.
RMUs charakteryzują się zwartą konstrukcją, małym obszarem zabudowy, niskimi kosztami, łatwą instalacją i krótkim czasem uruchomienia, spełniając wymóg "miniaturyzacji sprzętu". Są szeroko stosowane w kompleksach mieszkalnych, budynkach publicznych, małych i średnich podstacjach przedsiębiorstw, wtórnych stacjach przełączania, zwartych podstacjach i skrzynkach łączenia kabli.
1.4 Typy RMU
- RMUs z Izolacją Powietrzną: Używają powietrza jako medium izolacyjnego. Mają duży obszar zabudowy i objętość, a są podatne na wpływ środowiska.
- RMUs z SF6: Używają gazu SF6 jako medium izolacyjnego. Główny przełącznik znajduje się w szczelnej metalowej obudowie wypełnionej gazem SF6, z mechanizmem działania poza obudową. Dzięki szczelnej obudowie nie są one narażone na wpływ zewnętrznego środowiska. Ich objętość jest znacznie mniejsza niż standardowych RMU z izolacją powietrzną, co czyni je najpopularniejszym typem obecnie.
- RMUs z Solidną Izolacją: Używają stałych materiałów izolacyjnych jako głównego medium izolacyjnego. Przełącznik i wszystkie części pod napięciem są zamknięte lub zalane materiałami izolacyjnymi, takimi jak żywica epoksydowa. Ponieważ bezpieczne odległości między fazami i między fazą a ziemią wewnątrz przełącznika są zmniejszone, ich rozmiar i objętość są podobne do RMU z SF6. Nie generują emisji SF6 i osiągają prawdziwą bezobsługową pracę.
2 Ograniczenia Użycia RMU z SF6
SF6 jest głównym czynnikiem wpływającym na efekt cieplarniany atmosfery. Jednak SF6 posiada idealne właściwości elektryczne (doskonała izolacja, gaszenie łuku i chłodzenie), silną elektro-negatywność, dobrą przewodność ciepła i stabilność, jest ponownie używalny, niewrażliwy na warunki środowiskowe (wilgotność, zanieczyszczenia, duże wysokości) i umożliwia kompaktowe projekty szaf. W związku z tym jest szeroko stosowany jako środek izolacyjny i gaszący łuki w sprzęcie elektrycznym. Największe zużycie SF6 występuje w przemyśle energetycznym; statystyki wskazują, że 80% produkcji gazu SF6 rocznie jest wykorzystywane w sprzęcie elektrycznym.
Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu ONZ (IPCC) i Agencja Ochrony Środowiska USA (EPA) klasyfikują SF6 jako bardzo szkodliwy i wpływający na klimat gaz cieplarniany. Rozporządzenie UE F-Gas (2006) stanowi: z wyjątkiem sprzętu przełączniczego, gdzie nie istnieje realna alternatywa, użycie SF6 jest zabronione w większości dziedzin.
Ponadto, RMU z SF6 są skomplikowane w użytkowaniu i wymagają znacznych inwestycji, potrzebując wielu dodatkowych urządzeń:
- Zakup Urządzeń do Monitorowania Wycieku SF6: Używane do wykrywania wycieku gazu SF6, monitorowania stężenia SF6 i zawartości tlenu, wykrywania śladowych wilgoci, itp.
- Wyposażenie w Urządzenia do Odzysku SF6: W wyniku procesu gaszenia łuku w SF6 powstają produkty uboczne, takie jak SF4. Dlatego, na końcu życia, oprócz odzyskania resztek gazu SF6, resztki toksycznych produktów ubocznych wymagają specjalnej obróbki.
- Konfiguracja Urządzeń do Purifikacji Gazu SF6: Do oczyszczania i recyklingu gazu SF6.
- Instalacja Urządzeń Wentylacyjnych w Podstacjach.
Przy użyciu RMU z SF6 należy:
- Minimalizować Wyciek SF6: RMU z SF6 używają hermetycznych, sprężonych kamer, ale wyciek gazu jest nieunikniony. Wykonywanie operacji przełączania, gdy ciśnienie SF6 jest niskie, prowadzi do niskiej niezawodności, bezpośrednio zagrożone bezpieczeństwo operatora i zmniejszenie długości życia sprzętu.
- Przed wejściem pracowników do podstacji, należy najpierw przeprowadzić wymuszoną wentylację, a pracownicy muszą nosić specjalne środki ochronne.
- Operacje i procedury są skomplikowane, wymagają powtarzalnego szkolenia odpowiednich osób.
3 Cechy i Zastosowania RMU z Solidną Izolacją
Potencjalne zagrożenie środowiskowe RMU z SF6 ogranicza ich dalszy rozwój. Znalezienie alternatywy dla SF6 było tematem badań na całym świecie. RMU z solidną izolacją zostały po raz pierwszy opracowane i wprowadzone przez Eaton Corporation (USA) w późnych latach 90. XX wieku. W trakcie eksploatacji nie generują żadnych toksycznych lub szkodliwych gazów, nie mają wpływu na środowisko, oferują wyższą niezawodność i osiągają prawdziwą bezobsługową pracę.
RMU z solidną izolacją odnoszą się do systemów, w których podstawowe obwody przewodzące, takie jak przerywacz próżniowy, odłącznik, zamek ziemny, główna magistrala, gałęzie magistrali, są indywidualnie lub w połączeniu zamknięte w stałych materiałach izolacyjnych, takich jak żywica epoksydowa. Są one zamknięte w peł
