Приложение на интелигентните твърди изолирани кръгови разпределителни уреди (SIRMUs) в разпределителната мрежа на Qinzhou

1 Въведение​

Побережните региони се сблъскват с екологични предизвикателства, включително обилни валежи, молнии, високи температури, влажност и корозия от солен прах. За да се гарантира безопасността на градските разпределителни мрежи в такива условия, за да се намалят прекъсванията на електроенергията, причинени от поддръжка на оборудването, и за да се предотвратят аварии поради изчерпване на срока на полезност на оборудването и други фактори, влияещи на сигурността на мрежата, ние извършихме изследвания по употребата на нов тип твърдо изолирано кръгово разпределително устройство (SIRMU). Това SIRMU предлага дълъг срок на полезност, безподдръжково функциониране, екологична съобразност, интелигентност и подобряване на надеждността на доставката на електроенергия.

В момента повече от 90% от средноволтовите кръгови разпределителни устройства (RMUs) се основават на SF₆ газ като изолираща среда. SF₆ газът е химически много стабилен, има отлични изолиращи и угасяващи свойства и се използва широко в електроустановки. SF₆ газоизолираните разпределителни устройства са компактни. Обаче, при ниски температури SF₆ газът се преобразува в течност, което намалява неговите изолиращи и угасяващи способности. При високи температури той се разпада до високо токсични продукти, представляващи значителен риск за хората. Освен това, протечките и емисиите са неизбежни при напълване, функциониране и рекуперация, като SF₆ се счита за основен екологичен замърсител. SF₆ е международно признат като един от шестте основни парникови газове; от екологична гледна точка, неговата употреба трябва да бъде минимизирана или изцяло спряна. Принципът на проектиране на твърдо изолираното кръгово разпределително устройство фундаментално елиминира нуждата от SF₆ газ, предоставяйки основна гаранция за намаляване на емисиите и защита на околната среда в сектора на разпределителната мрежа, съответстваща силно на екологичните изисквания.

Интелигентното твърдо изолирано кръгово разпределително устройство (SIRMU) за разширение на разпределителната мрежа предлага не само екологичност и отлична устойчивост към сурови условия, но и висока степен на интелигентност. Функционалността му включва всички функции, традиционно предоставяни от както първично, така и вторично електроустановки, в едно устройство. Продуктът използва интегриран и модуларен подход в дизайна на високоволтовите и нисковолтовите компоненти, предлагайки отлична универсалност и разширителност, представлявайки истинско интелигентно електроустройство.

​2 Техническо приложение на интелигентните твърдо изолирани кръгови разпределителни устройства (SIRMUs)​​

​2.1 Приложение на технологията за твърда изолация​

Технологията за твърда изолация включва главно капсулиране и запечатване на живите части на основния контур на средноволтовите разпределителни устройства с твърди материали, или пренасяне на високото електрическо поле във вътрешността на твърдия изолиращ материал. Това позволява на твърдия материал да издържа по-високи потенциали, като се намалява полето във въздуха. Най-общи твърди изолиращи материали са епоксидни смоли и силиконов каучук.

Твърдо изолираното кръгово разпределително устройство (SIRMU) използва твърд изолиращ материал като основна изолираща среда. Ключови проводящи компоненти на контура, като вакуумните прекъсвители и техните връзки, прекъсвителни ключове, заземяващи ключове, основни и разклонителни шини, са индивидуално или колективно капсулирани в твърда изолация, формирайки един или няколко модула. Тези модули са изцяло изолирани, изцяло запечатани, функционално специфични и предназначени за реорганизация и разширяване. Повърхности, достъпни за хора, са покрити с проводещи или полупроводещи екраниращи слоеве и са директно и надеждно заземени. Ключови характеристики включват изцяло изолация, изцяло запечатване, модуларност, компактен размер и интелигентност. SIRMU демонстрират значително по-добро изпълнение в сравнение с SF₆ RMU в устояване на сурови условия като крайно студено, високи планини, влажност и силни ветрове/пясък. С изцяло запечатан, водонепроницаем дизайн без изложени високоволтови проводници, те са особено подходящи за влажни и подтопени области, способни да осигуряват надеждна доставка на електроенергия във влажни или потопени условия.

​2.2 Приложение на интелигентната защитна технология​

Интеграцията на микропроцесорна и компютърна технология в електроустановките ги снабдява с интелигентни функции, като позволява двусмерна комуникация с центровете за управление. Така се образува интелигентна система за мониторинг, защита и управление на мрежата. Чрез проста конфигурация на параметрите, едно интелигентно устройство може удобно да извършва функции, които традиционно изискват няколко устройства.

Структурният дизайн на SIRMU отговаря на изискванията на модерните устойчиви интелигентни мрежи. Използва бързи алгоритми, давайки прекъсвителите бърза способност за изключване, позволяващо бързо изолиране на дефектни линии и ефективно предотвратяване на последователни изключения. Оборудвано с система за защита при однофазни заземяващи дефекти, то позволява онлайн детектиране на такива дефекти в незаземени (или с висок импеданс заземени/PET/PEN) системи без допълнителна конфигурация, предоставяйки сигнал за тревога или команди за изключване в зависимост от зададени стойности. Главният контур използва модуларен дизайн за една фаза, което изцяло избягва междифазни кратки съединения по време на функциониране и значително подобрява ефективността на поддръжката, като намалява разходите. Интегрирана вградена операционна система с ядро CPU архитектура, включва ARM процесор (ARMP) за обща обработка и контрол на системата, както и мощен DSP за ефективно многозадачество, позволява бързо обработване на данни, контрол и комуникация. Устройствата са компактни, малки по размер, леки и лесни за монтаж. Разстоянията за изолация са видими, позволявайки безопасна работа. Автоматично разпознаване на режим на доставка на електроенергия позволява гъвкав автоматичен преход за двоен източник на електроенергия, подобрявайки надеждността на доставката. Предлагане на гъвкава комуникационна поддръжка (GSM SMS, GPRS, CDMA универсални безжични услуги, оптика, скрути, радио, носител), и поддържане на множество комуникационни протоколи, облекчава лесната реализация на автоматизация на разпределението.

​2.3 Безподдръжково и екологично​

Главният ключ използва безподдръжков прекъсвач с вакуум, известен със стабилност и надеждност, без периодична поддръжка. Интегрираният дизайн на прекъсвача и заземяващия ключ с прекъсвача предоставя компактна конструкция с надеждни механични и електрически блокировки, ефективно предотвратявайки неправилно управление.

​2.4 Ключови производствени процеси и качествено осигуряване за SIRMU​

За да се гарантира стабилността, консистентността и качеството на продуктите - като се гарантира дългосрочната изолираща способност на продуктите SIRMU - твърдите изолиращи стълби използват процеса за автоматично налягане и геле (APG) при изработване от епоксидни смоли. Производствените изисквания за SIRMU надвишават тези за SF₆ газоизолирани RMU. Недостатъчното контролиране на производствения процес значително увеличава вероятността и тежестта на скрити дефекти и дефекти на изолацията в сравнение с SF₆ устройства. Строг контрол на суровините и напредъкът в производствените процеси са необходими.

Външната изолация на вакуумния прекъсвач се постига чрез множество медии, включително епоксид, силиконов каучук и въздух. Ето защо, изолиращата способност на отделните материали и обработката на интерфейса между различните изолиращи медии са критични. Както епоксидните, така и силиконовите каучуци предлагат отлична диелектрична сила, достигаща 5-6 пъти тази на въздуха. Постигането на тази сила изисква строго контролиране на процеса на формиране - оптимална температура и налягане - заедно с осигуряване на декарбонизация и изпускане на газове по време на формиране, за да се избегнат затворени микробалончета. Липсата на това не само намалява изолиращата способност, но и причинява неравномерно разпределение на електрическото поле, увеличавайки активността на частичните разряди (PD) и представяйки оперативни рискове. Обработката на интерфейса гарантира достатъчна изолираща способност на интерфейса при стрес, термични цикли и т.н., предотвратявайки провал на изолацията. Са необходими надеждни методи за измерване на качеството на интерфейса. В момента, PD измервания, X-лъчови проверки и тестове с мълниев удар могат точно да оценят изолиращата способност на интерфейса.

Използването на X-лъчови проверки като заводски тест предотвратява дефекти като балончета, пори или пукнатини в сборки от твърда изолация и гарантира, че вакуумните прекъсвачи, техните връзки/терминали и твърдите изолирани шини не показват визуално явни аномални деформации в X-лъчови изображения относно техните позиции. Изпълнението на PD измервания предотвратява начало и спиране на PD в слабости или дефекти в изолацията на SIRMU, причинени от високо електрическо поле, избягвайки натрупване на деградация, довеждаща до пробив на изолацията с течение на времето.

​3 Техническа проектна схема за интелигентното SIRMU​

На база на обширен опит в операциите на разпределителната мрежа и анализ на напредъка на домашното и международното оборудване, като се вземат предвид практическите условия на функциониране на мрежата и екологичните изисквания, определихме чрез комплексно сравнение да разработим и приложим проекта "Изследване на приложението на интелигентното твърдо изолирано кръгово разпределително устройство на 10кВ".

​3.1 Основно техническо съдържание​

Нов тип AVR-12 твърдо изолирано кръгово разпределително устройство (SIRMU) се инсталира на оригиналното място. Использована е конфигурация с двоен източник на електроенергия, използвайки интелигентните функции на SIRMU за бързо изолиране на дефектни линии, бързо откриване на однофазни заземяващи дефекти и пренасяне на всичка информация за ключовете чрез оптичен кабел до Головна станция за автоматизация на разпределението (DMS) или чрез SMS до телефоните на персонала за поддръжка. Използването на платформата за наблюдение на главната станция позволява статистика на данни и анализ на дефекти.

Проектът се реализира в следните аспекти:

• На база на оригинален план за RMU и като се вземе предвид важността за потребителите, електроенергията се доставя чрез две входящи линии. При нормална работа, входяща линия №1 доставя електроенергия, докато входяща линия №2 е в горещ резерв.
• Основното оборудване е AVR-12 кръгово разпределително устройство, състоящо се от 7 секции: 6 секции с прекъсвачи (CB) и 1 секция с потенциометър (PT).
• Шестте CB секции използват структура CB + Дисъединител (DS) + Заземяващ ключ (ES), оборудвани с интегрирани защитни устройства.
• PT секцията използва DS + еднофазен PT структура, предоставяща комуникационна енергия. PT може да бъде свързан/разделен чрез DS в PT секцията, позволявайки поддръжка на PT или линия без необходимостта от изключване на цялото SIRMU.
• Използването на CB типа SIRMU позволява многократно прекъсване на токове на кратки съединения. В сравнение с защита чрез предпазници, освен изключването на неудобството и отпадъчността от замяна на предпазниците, те предоставят пълна защита при кратки съединения чрез корекции на настройките.

​Нормална работа:​​
Интелигентният контролер придобива параметри (статус на прекъсвач, статус на дисъединител, первичен ток/напряжение, нулев ток/напряжение, статус на главната станция DMS) за всяка входяща/изходяща секция. Реалните данни се качват чрез оптичен кабел до Головната станция за интелигентни разпределителни ключове, позволявайки дистанционно управление.

​Кратко съединение:​​
Бързата защитна функция на интелигентния контролер открива тока на дефекта и потока на мощността в рамките на 15мс и изчиства дефекта в рамките на 25мс, гарантирайки нормална доставка на линията, предотвратявайки последователни изключения и минимизирайки обхвата на прекъсването. Моментни характеристики (напряжение, ток, статус на ключа) позволяват контрол върху характеристиката на действие на перманентния магнитен актьор, намалявайки времето за изчистване на дефекта, за да се изолира бързо дефектната линия. Едновременно контролерът изпраща информация за действията на SIRMU чрез оптичен кабел до центъра за наблюдение, позволявайки своевременна оценка на състоянието на продукта и облекчавайки локализацията на дефекта и възстановяването на електроенергията.

​Еднофазен заземяващ дефект:​​
Контролерът използва големина/фаза на нулев ток и големина/фаза на нулево напряжение, за да определи дали дефектът се случва на страната на нагрузката на SIRMU. Само за заземяващи дефекти на страната на нагрузката контролерът издава команда за защитно изключване или сигнал за тревога и качва информация за дефекта чрез оптичен кабел. Дефекти на страната на източника не активират действия от този контролер на SIRMU.

​3.2 Основни технически предизвикателства​

(1) Приложение на технологията за твърда изолация и APG производствен процес, за да се гарантира надеждността, дългият срок на полезност и безподдръжковата работа на SIRMU в условията на висока температура и висок солен прах.
(2) Използване на интегриран, гъвкав концептуален дизайн, комбиниращ високоволтовата първична секция на прекъсвача с вторичната интелигентна контролна секция. Вградени комбинирани сензори за ток/напряжение позволяват реално време придобиване на първични сигнали за напряжение/ток и статус на ключа, за гъвкаво управление на актьора на прекъсвача, оптимизирайки работата на вакуумния прекъсвач.

(3) Бързо откриване на тока на дефекта и изпълнение на защитни действия.

​Реализация на проекта:​​
Този проект използва твърдо изолирани RMU с интегрирани интелигентни контролни устройства. Главният ключ използва комбинирано устройство, състоящо се от прекъсвач с вакуум, приведен в действие от перманентен магнит (VCB) с интегриран дисъединител (DS) и заземяващ ключ (ES). Оборудван с интелигентна控制系统无法生成答案，请稍后重试~