Aplikace inteligentních pevně izolovaných okruhových rozvaděčů (SIRMUs) v distribuční síti v Qinzhou

1 Úvod​

Pobřežní oblasti čelí environmentálním výzvám, jako jsou silné deště, blesky, vysoké teploty, vysoká vlhkost a koroze způsobená solemi. Aby byla zajištěna bezpečnost městských distribučních sítí v takových podmínkách, minimalizovány přerušení dodávek energie způsobené údržbou zařízení a zabráněny nehody způsobené koncem životnosti zařízení a jinými faktory ovlivňujícími bezpečnost sítě, provádíme výzkum použití nového typu pevně izolovaného okruhového rozdělovače (SIRMU). Tento SIRMU nabízí dlouhou životnost, bezzásahovou operaci, soulad s environmentálními požadavky, inteligenci a zlepšenou spolehlivost dodávek energie.

V současné době více než 90 % středových napěťových okruhových rozdělovačů (RMU) používá SF₆ plyn jako izolační médium. SF₆ plyn je chemicky velmi stabilní, má vynikající izolační a uhasivací vlastnosti a je široce používán v elektrickém zařízení. SF₆ plynové vybavení je kompaktní. Avšak SF₆ plyn tekutí za nízkých teplot, což snižuje jeho izolační a uhasivací schopnosti. Za vysokých teplot se rozkládá na vysoce toxické vedlejší produkty, což představuje značné riziko pro lidi. Kromě toho unikání a emise jsou nevyhnutelné během plnění plynem, provozu a zotavování, což z SF₆ dělá hlavního znečišťovatele prostředí. SF₆ je mezinárodně uznáván jako jeden ze šesti hlavních skleníkových plynů; z hlediska životního prostředí by jeho použití mělo být minimalizováno nebo eliminováno. Návrh pevně izolovaného okruhového rozdělovače zásadně eliminuje potřebu SF₆ plynu, což poskytuje základní záruku pro snížení emisí a ochranu životního prostředí v odvětví distribučních sítí, což odpovídá environmentálním požadavkům.

Inteligentní pevně izolovaný okruhový rozdělovač (SIRMU) pro rozšíření distribuční sítě nabízí nejen ekologickou výhodu a vynikající odolnost proti tvrdým podmínkám, ale také vysokou míru inteligence. Jeho funkce zahrnují všechny funkce tradičně poskytované jak primárním, tak sekundárním elektrickým zařízením v jednom zařízení. Produkt využívá integrovaný a modulární návrhový přístup pro oba, vysokonapěťové i níkonapěťové komponenty, což poskytuje vynikající univerzálnost a rozšiřitelnost, představující skutečně inteligentní elektrické zařízení.

​2 Technické aplikace inteligentních pevně izolovaných okruhových rozdělovačů (SIRMU)​​

​2.1 Aplikace pevné izolace​

Technologie pevné izolace primárně spočívá v zapouzdření a uzavření živých částí hlavního obvodu středového napěťového vybavení pevnými materiály, nebo převodu vysoké intenzity elektrického pole dovnitř pevného izolačního materiálu. To umožňuje, aby pevný materiál odolal vyšším potenciálům, což snižuje pole v ovzduší. Nejčastější pevné izolační materiály jsou epoxidová smola a kaučuková síla.

Pevně izolovaný okruhový rozdělovač (SIRMU) používá pevný izolační materiál jako hlavní izolační médium. Klíčové vodiče obvodu, jako jsou vakuumové přerušovače a jejich spoje, odpojovací přepínače, zazemňovací přepínače, hlavní sběrnice a odbočkové sběrnice, jsou individuálně nebo kolektivně zapouzdřeny v pevné izolaci, tvoří jeden nebo několik modulů. Tyto moduly jsou plně izolované, plně uzavřené, mají specifickou funkci a jsou navrženy pro kombinaci a rozšiřitelnost. Plochy přístupné lidem jsou pokryty vodivými nebo polovodivými štítovými vrstvami a jsou přímo a spolehlivě zazemněny. Klíčovými charakteristikami jsou plná izolace, plné uzavření, modularita, kompaktnost a inteligence. SIRMU ukazují výrazně lepší výkon než SF₆ RMU při odolávání tvrdým podmínkám, jako jsou extrémní chlad, vysoké nadmořské výšky, vlhkost a silný vítr/písek. Díky plně uzavřenému, voděodolnému návrhu bez expozovaných vysokonapěťových vodičů jsou obzvláště vhodné pro vlhké a zaplavované oblasti, schopné poskytovat spolehlivé dodávky energie v vlhkých nebo zaplavených podmínkách.

​2.2 Aplikace inteligentních ochranných technologií​

Integrace mikroprocesorové a počítačové technologie do elektrického zařízení mu poskytuje inteligentní funkce a umožňuje obousměrnou komunikaci s kontrolními centry. To tvoří inteligentní systém monitoringu, ochrany a správy sítě. Prostřednictvím jednoduché konfigurace parametrů může jedno inteligentní zařízení pohodlně plnit funkce, které tradičně vyžadovaly několik zařízení.

Konstrukční návrh SIRMU odpovídá požadavkům moderních odolných inteligentních sítí. Používá rychlé algoritmy, které poskytují přerušovačům rychlé tripping schopnosti, umožňují rychlé izolování vadných linek a efektivně brání kaskádovému trippingu. Vybavení jednofázovým zemněním ochranným systémem umožňuje online detekci takových vad v nezemněných (nebo vysokoodporově zemněných/PET/PEN) systémech bez nutnosti další konfigurace, poskytuje upozornění nebo příkazy k odpojení podle nastavených hodnot. Hlavní obvod používá jednofázový modulární návrh, který úplně eliminuje fázové krátké spojení během provozu a významně zvyšuje efektivitu údržby a snižuje náklady. Integrovaný vestavěný operační systém má jádro CPU architektury, včetně ARM procesoru (ARMP) pro obecné zpracování a řízení systému, spolu s výkonným DSP pro efektivní multitasking, umožňující vysokorychlostní zpracování dat, řízení a komunikaci. Jednotky jsou konstrukčně kompaktní, malé, lehké a snadno instalovatelné. Izolační mezery jsou viditelně ověřitelné pro bezpečný provoz. Automatické rozpoznávání způsobu dodávky umožňuje flexibilní automatické přepínání pro dvojitou dodávku energie, což zlepšuje spolehlivost dodávek energie. Nabízí flexibilní komunikační podporu (GSM SMS, GPRS, CDMA univerzální bezdrátové služby, optické vlákno, dvojlinka, bezdrátové, nosič), a podporuje několik komunikačních protokolů, což usnadňuje implementaci distribuční automatizace.

​2.3 Bezúdržbové a ekologické​

Hlavní přepínač využívá bezúdržbové vakuumové přerušovače známé svou stabilitou a spolehlivostí, které nevyžadují pravidelnou údržbu. Integrace odpojovacího přepínače a zazemňovacího přepínače s přerušovačem poskytuje kompaktní strukturu s spolehlivými mechanickými a elektrickými interlocky, což efektivně brání nesprávnému obsluhování.

​2.4 Klíčové výrobní procesy a zajištění kvality pro SIRMU​

Aby byla zajištěna stabilita výroby, konzistence a kvalita produktu – což garantuje dlouhodobou izolační odolnost produktů SIRMU – pevné izolační tyče vyráběné z epoxidové smoly využívají proces Automatického Tlakového Gelování (APG). Požadavky na výrobní procesy pro SIRMU přesahují ty pro SF₆ plynově izolované RMU. Nedostatečná kontrola výrobního procesu značně zvyšuje pravděpodobnost a závažnost skrytých izolačních vad a poruch oproti SF₆ jednotkám. Je nezbytná přísná kontrola surovin a pokročilé výrobní schopnosti.

Externí izolace vakuumového přerušovače je dosažena prostřednictvím více médií, včetně epoxidu, kaučukové síly a vzduchu. Proto je klíčová izolační síla jednotlivých materiálů a interfaciální zpracování mezi různými izolačními médii. Oba, epoxid a kaučuková síla, nabízejí vynikající dielektrickou sílu, dosahující 5-6krát vyšší než vzduch. Dosáhnout této síly vyžaduje přísnou kontrolu lisovacího procesu – optimální teplota a tlak – spolu s zajistěním degazifikace a ventilace materiálů během lisování, aby se zabránilo uvěznění mikrobublin. Pokud to není splněno, snižuje to nejen izolační sílu, ale také způsobuje nerovnoměrné rozložení elektrického pole, zvyšuje aktivitu částečných výbojků (PD) a představuje provozní rizika. Interfaciální zpracování zajišťuje dostatečnou interfaciální izolační sílu za stresu, tepelných cyklů atd., což brání selhání izolace. Jsou nezbytné spolehlivé metody pro detekci kvality rozhraní. V současné době mohou PD měření, rentgenová kontrola a testy bleskových impulzů přesně hodnotit interfaciální izolační sílu.

Použití rentgenové kontroly jako továrního testu prevence bublin, pórovitosti nebo trhlin v pevných izolačních montážích a zajišťuje, že vakuumové přerušovače, jejich spoje/kontakty a pevně izolované sběrnice neukazují žádné viditelné abnormální deformace v rentgenových obrazech vzhledem k jejich poloze. Provádění PD měření prevence vzniku a zániku PD v slabých místech nebo defektů izolace SIRMU způsobených vysokými elektrickými poli, což zabrání postupnému degradaci vedoucí k průrazu izolace v průběhu času.

​3 Technický návrh pro inteligentní SIRMU​

Na základě rozsáhlého zkušeností s operací distribučních sítí a analýzy pokročilého domácího a zahraničního vybavení, s ohledem na praktické podmínky provozu sítě a environmentální požadavky, jsme rozhodli o vývoji a aplikaci projektu „Výzkum aplikace 10kV inteligentního pevně izolovaného okruhového rozdělovače“.

​3.1 Hlavní technický obsah​

Nové AVR-12 typy pevně izolovaných okruhových rozdělovačů (SIRMU) jsou nainstalovány na původním místě. Je použita konfigurace dvojité dodávky energie, využívající inteligentní funkce SIRMU pro rychlé izolování vadných linek, rychlé detekce jednofázových zemních vad a přenos všech informací o přepínačích přes optické vlákno do Hlavní stanice Distribuční automatizace (DMS) nebo pomocí SMS na telefony servisních pracovníků. Využitím platformy pro monitorování hlavní stanice lze provádět statistiku dat a analýzu vad.

Tento projekt je realizován v následujících aspektech:

• Na základě původního návrhu RMU a s ohledem na důležitost uživatele je energie dodávána prostřednictvím dvojic vstupních linek. Během normálního provozu Incomer #1 dodává energii, zatímco Incomer #2 je v horovém střihu.
• Hlavní vybavením je AVR-12 typ okruhového rozdělovače, skládající se ze 7 buněk: 6 buněk přerušovače (CB) a 1 buňka napěťového transformátoru (PT).
• 6 buněk CB používají strukturu CB + Odpojovací přepínač (DS) + Zazemňovací přepínač (ES), vybavené integrovanými ochrannými zařízeními.
• Buňka PT používá strukturu DS + jednofázový PT, poskytující komunikační energii. PT lze přepínat v/ven pomocí DS v buňce PT, což umožňuje údržbu PT nebo linky bez nutnosti kompletního vypnutí SIRMU.
• Použití CB-typu SIRMU umožňuje více přerušení krátkozaměrných proudů. Oproti ochraně fúzí, kromě eliminace nepohodlí a zbytečnosti nahrazování fúzí, poskytují celkovou ochranu proti krátkým spojením prostřednictvím nastavení.

​Normální provoz:​​
Inteligentní kontrolér získává parametry (stav přerušovače, stav odpojovacího přepínače, primární proud/napětí, nulový proud/napětí, stav hlavní stanice DMS) pro každou vstupní/výstupní buňku. Reálná data jsou přenášena přes optické vlákno do inteligentní hlavní stanice pro distribuční přepínače, což umožňuje vzdálenou operaci.

​Krátké spojení:​​
Rychlá ochranná funkce inteligentního kontroléru detekuje proud a tok energie během 15ms a vyřeší vadu během 25ms, což zajišťuje normální dodávku linek, brání kaskádovému trippingu a minimalizuje rozsah výpadku. Okamžité charakteristiky (napětí, proud, stav přepínače) umožňují kontrolu charakteristik akce permanentního magnetu, což zkracuje čas vyřešení vady a rychle izoluje vadnou linku. Současně kontrolér přenáší informace o akcích SIRMU přes optické vlákno do monitorovacího centra, což umožňuje včasné posouzení stavu produktu a usnadňuje lokalizaci vady a obnovení dodávky energie.

​Jednofázová zemní vada:​​
Kontrolér používá velikost/fázi nulového proudu a velikost/fázi nulového napětí k určení, zda došlo k vadě na zatížené straně SIRMU. Pouze pro zemní vady na zatížené straně kontrolér vydává příkaz k ochrannému odpojení nebo varování a přenáší informace o vade přes optické vlákno. Vady na straně zdroje nezpůsobují akce tohoto kontroléru SIRMU.

​3.2 Hlavní technické výzvy​

(1) Použití technologie pevné izolace a výrobního procesu APG k zajištění spolehlivosti, dlouhé životnosti a bezúdržbového provozu SIRMU v podmínkách vysokých teplot a vysoké solnosti.
(2) Využití integrovaného a flexibilního návrhového konceptu, který kombinuje vysokonapěťovou primární část přerušovače s sekundární inteligentní kontrolní částí. Vestavěné kombinované senzory proudu a napětí umožňují reálné časové shromažďování signálů primárního napětí a proudu a stavu přepínače pro flexibilní kontrolu aktuatoru přerušovače, optimalizaci fungování vakuumového přerušovače.
(3) Rychlá detekce vady proudu a provedení ochranných akcí.

​Realizace projektu:​​
Tento projekt využívá pevně izolované RMU s integrovanými inteligentními kontrolními zařízeními. Hlavní přepínač používá kombinační zařízení složené z vakuumového přerušovače s permanentním magnetem (VCB) s integrovaným odpojovacím přepínačem (DS) a zazemňovacím přepínačem (ES). Vybavení inteligentním kontrolním systémem dokáže provádět automatické kontrolní funkce i bez koordinace s DMS. Permanentní magnetový aktuator nabízí vysokou spolehlivost a bezúdržbový provoz. Komunikace přes optické vlákno umožňuje reálné časové shromažďování všech provozních parametrů RMU, což usnadňuje vzdálené obnovení dodávky energie a analýzu výpadků energie, a kumuluje zkušenosti pro terminálová zařízení inteligentních sítí. Externí nerezová skříň minimalizuje budoucí údržbu.

​4 Závěr​

Inteligentní pevně izolovaný okruhový rozdělovač (SIRMU) je bezpečný, ekologický, stabilní, spolehlivý a vysoko inteligentní nová generace RMU. Je obzvláště vhodný pro nasazení v tvrdých lokalitách charakterizovaných vysokou nadmořskou výškou, extrémními teplotními změnami, kontaminací a vlhkostí.