Jämförelse mellan SF6-gasisolereda ringhuvuden och fastisolereda ringhuvuden

Introduktion​
För närvarande dominerar SF6-gasisoleringssystem för ringhuvuden (hädanefter "SF6 RMUs") marknaden. SF6-gas erkänns dock internationellt som ett av de viktigaste växthusgaserna. För att uppnå miljöskydd och minskning av utsläpp måste dess användning minskas och begränsas. Framväxten av fast isolerade ringhuvuden (RMUs) har löst problemen med SF6 RMUs samtidigt som de inkluderar många nya funktioner.

​1 Ringströmning och ringhuvuden (RMUs)​​
Urbaniseringsprocessen ställer allt högre krav på tillförlitligheten i elfördelning. Fler användare kräver dubbla (eller flera) strömkällor. Användningen av ett "radiellt strömförsörjningssystem" kan leda till svårigheter vid kabelinstallation, felsökning och otillgänglighet under nätuppdateringar och -utbyggningar. Å andra sidan kan en "ringströmning" bekvämt erbjuda dubbla (eller flera) strömkällor för viktiga belastningar, förenkla distributionslinjer, underlätta kabelläggning, minska behovet av spännbrytare, sänka felhändelsefrekvensen och underlätta identifiering av felet.

​1.1 Ringströmning​
Ringströmning refererar till ett system där två (eller flera) utgående linjer från olika ombord eller olika busbar inom samma ombord är sammanbundna för att bilda en ring för strömförsörjning. Dess fördelar inkluderar: varje distributionsgren kan dra ström från huvudförsörjningen till vänster eller huvudförsörjningen till höger. Det betyder att om det uppstår ett fel i någon av huvudförsörjningarna, kan ström fortsätta att levereras från den andra sidan. Även om det i grund och botten är enkelkretsförsörjning, får varje distributionsgren effektivt fördelar liknande dubbelkretsförsörjning, vilket drastiskt ökar tillförlitligheten. I Kina anger regler att den huvudsakliga ringanslutningen i städer följer "N-1-säkerhetskriteriet". Det innebär att om det finns N belastningar på linjen, kan systemet acceptera den överförda belastningen när någon av belastningarna har ett fel, och säkerställa att de återstående "N-1" belastningarna fortsätter att få en säker strömförsörjning utan att orsaka avbrott eller lastnedtagning.

​1.2 Anslutningsmetoder för ringhuvuden​

• ​Standardringanslutning:​​ Försedd av en enda källa, bildar en ring genom kablarna själva, vilket garanterar tillförlitlig strömförsörjning till alla andra belastningar när en sektion av kablar misslyckas.
• ​Ringanslutning från olika busbar:​​ Denna anslutning har två strömkällor, vanligtvis driftsätt i öppen loop, vilket ger högre tillförlitlighet i strömförsörjning och större driftflexibilitet.
• ​Enkel ringanslutning:​​ Strömkällor tas från olika ombord eller två busbarsektioner. När någon kabelsektion i nätet är under underhåll, orsakar det ingen belastningsavbrott.
• ​Dubbel ringanslutning:​​ Varje belastning kan få ström från ett oberoende ringnät, vilket ger mycket hög tillförlitlighet.
• ​Dubbel källa dubbel "T"-anslutning:​​ Två kabellinjer är anslutna från olika busbarsektioner. Varje belastning kan dra ström från båda kablar. Denna metod uppnår i princip inga avbrott för dubbelkällaanvändare och är särskilt lämplig för vissa kritiska användare.

​1.3 Ringhuvuden (RMUs) och deras egenskaper​
RMUs refererar till spännbrytarhus som används för ringströmning. Husmodeller inkluderar belastningskopplingar, spännbrytare, belastningskoppling + säkringskombinationer, kombinationsapparatur, buskopplingar, mätstationer, spänningsomvandlare (VTs), etc., eller någon kombination eller utökning av dessa.

RMUs har en kompakt struktur, liten fotavtryck, låg kostnad, enkel installation och kort inkopplingsperiod, vilket uppfyller kravet på "miniatyrteknik för utrustning". De används ofta i bostadsområden, offentliga byggnader, små och medelstora företags ombord, sekundära växlingsstationer, kompakta ombord och kabelförbindelser.

​1.4 Typer av RMUs​

• ​Luftisolerade RMUs:​​ Använder luft som isoleringsmedium. De har stor yta och volym, och är känsliga för miljöpåverkan.
• ​SF6 RMUs:​​ Använder SF6-gas som isoleringsmedium. Huvudspännbrytaren är innesluten i en seglad metallhölje fylld med SF6-gas, med driftmekanismen ute på höljets yta. På grund av den seglade höljen påverkas de inte av extern miljö. Deras volym är betydligt mindre än standardluftisolerade RMUs, vilket gör dem till den mest använda typen just nu.
• ​Fast isolerade RMUs:​​ Använder fasta isoleringsmaterial som huvudisolering. Spännbrytaren och alla livliga delar är inneslutna eller pottade med isoleringsmaterial som epoxidresin. Eftersom den säkra fas-till-fas- och fas-till-jord-isoleringen inuti spännbrytaren är reducerad, är deras storlek och volym liknande SF6 RMUs. De producerar inga SF6-utsläpp och uppnår riktigt underhållsfri drift.

​2 Användningsbegränsningar för SF6 RMUs​
SF6 är en betydande bidragsgivare till atmosfäriska växthusverkningar. Men SF6 har idealiska elektriska egenskaper (utmärkt isolering, bågekvävning och kylprestanda), stark elektroaktivitet, god termisk ledning och stabilitet, är återanvändbart, okänsligt för omgivande förhållanden (fukt, föroreningar, höga höjder) och möjliggör kompakta husdesigner. Därför används det omfattande som isolerings- och bågekvävningsmedium i elektrisk utrustning. SF6-förbrukningen är högst inom energisektorn; statistik visar att 80% av det årligen producerade SF6-gaset används i elektrisk utrustning.

FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar (IPCC) och USAs miljöskyddsmyndighet (EPA) klassificerar båda SF6 som ett extremt skadligt och påverkande växthusgas. EU:s F-Gasförordning (2006) anger: förutom i elswitchgear där inget rimligt alternativ finns, är användningen av SF6 förbjuden inom de flesta områden.

Vidare är SF6 RMUs komplexa att använda och kräver betydande investeringar, vilket kräver många hjälpmedel:

• ​Köp SF6-läckageövervakningsutrustning:​​ Används för SF6-gasläckagedetektering, övervakning av SF6-koncentration och syreinnehåll, detektering av spår av fukt, etc.
• ​Utrusta med SF6-återvinningssystem:​​ Bifprodukter som SF4 genereras inuti gasrummet under SF6-bågekvävning. Därför, vid slutet av livscykeln, måste inte bara resterande SF6-gas återvinnas, men resterande giftiga bifprodukter kräver speciell behandling.
• ​Konfigurera SF6-gasrensningssystem:​​ För att rengöra och återvinna SF6-gasen.
• ​Installera ventilationsutrustning i ombord.​​

När man använder SF6 RMUs är det nödvändigt att:

• ​Minimera SF6-läckage:​​ SF6 RMUs använder trycksegla rum, men gasläckage är oundvikligt. Att utföra växlingsoperationer när SF6-trycket är lågt resulterar i låg tillförlitlighet, hotar direkt operatörs säkerhet och minskar utrustningens livslängd.
• ​Innan arbetare går in i ombord måste tvingande ventilation utföras, och de måste bära speciell skyddsutrustning.​​
• ​Operationer och procedurer är komplexa, vilket kräver upprepade träningspass för relevant personal.​​

​3 Egenskaper och tillämpningar för fast isolerade RMUs​
Det potentiella miljöhotet från SF6 RMUs begränsar deras ytterligare utveckling. Att hitta alternativ till SF6 har varit ett ämne för forskning runt om i världen. Fast isolerade RMUs utvecklades och introducerades först av Eaton Corporation (USA) i slutet av 1990-talet. Under drift genererar de inga giftiga eller skadliga gaser, har ingen miljöpåverkan, erbjuder högre tillförlitlighet och uppnår riktigt underhållsfri drift.

Fast isolerade RMUs refererar till system där primära ledningskretsar - som vakuumavbrytare, koppling, jordningskoppling, huvudbusbar, grenbusbar - individuellt eller i kombination är inneslutna med fasta isoleringsmaterial som epoxidresin. De är inneslutna inuti fullt isolerade, seglade funktionsmoduler som kan kombineras eller utökas ytterligare. Ytor på modulerna som är tillgängliga för personal är belagda med en konduktiv eller halvkonduktiv sköldningslager och kan direkt och pålitligt jordas.

​3.1 Egenskaper hos fast isolerade RMUs​

• ​Miljövänlig design:​​ Använder inte SF6 som isolerings- eller växlingsmedium. Istället används vakuum som bågekvävningsmedium för växlingar, och miljövänliga material utan miljöpåverkan (och som är återvinnbart) används som huvudisolering. Dessutom minimeras antalet komponenter för att säkerställa låg energiförbrukning under drift och färre potentiella felplatser.
• ​Riktigt underhållsfritt:​​ Fast isolerade RMUs eliminerar SF6-tryckbehållaren. Den interna isoleringen och bågekvävningen av växlingskroppen använder ett vakuummedium; extern isolering använder fasta dielektriska material som isoleringscylinder. Isoleringscylindern använder solid-casting-teknik, integrerar vakuumavbrytaren, huvudledningskretsen och isolerande stöd till en enhet, seglad inuti en metallhölje, obeinfluerad av den externa miljön. På grund av den fullt isolerade och seglade totalstrukturen, och brist på frågor som SF6-läckagedetektering, fyllning och avfallshantering, uppnås riktigt underhållsfri drift.
• ​Hög kostnadseffektivitet:​​ Även om den initiala investeringen för fast isolerade RMUs är något högre än för SF6 RMUs, är den totala livscykluskostnaden betydligt lägre, som visas i tabell 1. Användarnas överväganden är alltmer omfattande, inklusive inte bara den ursprungliga inköpspriset utan också den totala livscykluskostnaden, inklusive säkerhetsrisker, nätets kvalitet, kostnadskontroll och hållbarhet. De kostnader som krävs för att underhålla, fylla gas, hantera läckage och slutgiltig återvinning av SF6 RMUs under deras livslängd är nästan lika med inköpskostnaden. Å andra sidan involverar fast isolerade RMUs en enda initial investering med praktiskt taget inga efterföljande kostnader. Därför är ekonomisk effektivitet för fast isolerade RMUs långsiktigt betydligt bättre än för SF6 RMUs.

​Tabell 1: Livscykluskostnadsjämförelse mellan SF6 RMUs och fast isolerade RMUs​

• ​Kompakt struktur:​​ Designad för att vara så kompakt som möjligt samtidigt som säkerheten och lättheten i drift av huset garanteras. Deras fotavtryck och volym är ännu mindre än SF6 RMUs, vilket hjälper användarna att spara plats och ger direkta ekonomiska fördelar.
• ​Intern bågebeständigt design, säkrare och mer tillförlitlig:​​ För primära och sekundära växlingsutrustningar inträffar betydande skada av intern båge åtminstone en gång per år. De flesta fast isolerade RMUs inkluderar intern bågebeständigt design. När en intern båge uppstår, minimeras dess inverkan på RMU så mycket som möjligt, vilket säkerställer säkrare och mer tillförlitlig drift av utrustningen.
• ​Visualiserad isoleringsgap:​​ Har en visuell observationsfönster för enkel kontroll av kontaktstatus för den interna trippelpositionskopplingen, vilket ger synlig isolering på plats och ökar operatörs säkerhet.
• ​Smart kapacitet:​​ Lättare att implementera distributionsautomatisering jämfört med SF6 RMUs. Efter installation av en Distribution Terminal Unit (DTU) och kommunikationsenheter kan funktioner som statusdatainsamling och övervakning, "fyra fjärr" funktioner (fjärrsignering, fjärrmätning, fjärrstyrning, fjärrreglering), kommunikation, självdiagnos och loggning/rapportering enkelt uppnås.

​3.2 Tillämpningsstatus​
För närvarande begränsas den breda införandet av fast isolerade RMUs av deras relativt högre pris och komplexa tillverkningsprocesser. Deras processkrav överskrider de för SF6-gasisolerade RMUs. Om processmetoderna är otillräckliga, kan isoleringsrisker, felhändelsefrekvens och risker vara högre än för SF6 RMUs, vilket kräver strikt kvalitetskontroll av råmaterial och hantverk. Dessutom kan flexibiliteten i kabelläggning för fast isolerade RMUs vara begränsad, särskilt för funktionsenheter som PT (VT)-hus och mätstationer, vilket erbjuder färre anslutningsalternativ och begränsar användarval, vilket också begränsar tillämpningen och utvecklingen av fast isolerade RMUs.

Med kontinuerlig optimering av produktionsstrukturer och ökad standardisering i produkttillverkning blir produktkvaliteten för fast isolerade RMUs mer stabil, och priser minskar gradvis. Vissa länder erbjuder incitament på 5%~10% för produkter som inte använder SF6, för att minska dess användning och utsläpp. Det innebär att användare inte enbart betraktar inköpskostnader i beslutsfattandet. Vi kan också lära oss av internationella praxis: prioritera användningen av fast isolerade RMUs i miljömässigt känsliga projekt och nya projekt (t.ex. bostadsområden, offentliga byggnader, kommunala byggnader), samtidigt som vi gradvis faserar ut SF6 RMUs. Faser ut och ersätt åldrade eller driftsatta SF6 RMUs enligt tillverkarens löfte om livslängd och ge subventioner till användare som antar miljövänliga fast isolerade RMUs för att stödja sådana produkter. Som användarnas miljömedvetenhet ökar och livscykluskostnadsöverväganden ökar, är utsikterna för fast isolerade RMUs breda.

​4 Slutsats​
Fast isolerade RMUs är tekniskt ekvivalenta med SF6 RMUs och har vissa egenskaper som saknas hos SF6 RMUs, som inga skadliga gasutsläpp, riktigt underhållsfri drift och lägre total livscykluskostnad. De får alltmer användares uppmärksamhet och föredrags.