Anvendelse af intelligente fast isolerede ringhovedenheder (SIRMUs) i Qinzhou-fordelnettet
1 Introduktion
Kystområder står over for miljømæssige udfordringer, herunder kraftige nedbør, lyn, høje temperaturer, høj luftfugtighed og høj saltspændningskorrosion. For at sikre sikkerheden af byens distributionsnet i sådanne miljøer, minimere strømafbrydelser på grund af vedligeholdelse af udstyr, og forebygge ulykker på grund af udstyrs aldring og andre faktorer, der påvirker netværkets sikkerhed, har vi undersøgt brugen af en ny type Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU). Denne SIRMU tilbyder lang levetid, drift uden vedligeholdelse, miljøoverholdelse, intelligens og forbedret strømforsyningsreliabilitet.
I øjeblikket benytter over 90% af mellemspændings Ring Main Units (RMUs) SF₆-gas som isoleringsmedium. SF₆-gas er kemisk meget stabil, har fremragende isoleringsegenskaber og bueudslukningsegenskaber, og anvendes bredt i strømudstyr. SF₆-gasisoleret skifteudstyr er kompakt. Dog bliver SF₆-gas flydende ved lave temperaturer, hvilket reducerer dets isolerings- og bueudslukningskapaciteter. Ved høje temperaturer dekomponerer den sig til højgiftige biprodukter, hvilket udgør betydelige risici for mennesker. Desuden er leckage og emissioner uundgåelige under gasfyldning, drift og genoprettelse, hvilket gør SF₆ til en vigtig miljøforurener. SF₆ anerkendes internationalt som en af de seks største drivhusgasser; fra et miljømæssigt perspektiv bør dens anvendelse minimeres eller elimineres. Designprincippet for Solid Insulated Ring Main Unit eliminerer grundlæggende behovet for SF₆-gas, hvilket giver en fundamentalt garanti for reduktion af emissioner og miljøbeskyttelse i distributionsnetsektoren, og passer godt ind med miljøkravene.
Den intelligente Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) til udvidelse af distributionsnettet tilbyder ikke kun miljøvenlighed og fremragende modstandskraft over for hårde miljøer, men også en høj grad af intelligens. Dens funktionalitet omfatter alle funktioner, som traditionelt leveres af både primære og sekundære strømsystemudstyr, i én enhed. Produktet anvender en integreret og modulær designmetode for både højspændings- og lavspændingskomponenter, hvilket giver fremragende universalitet og udviklingsmuligheder, og repræsenterer en sand smart elektrisk enhed.
2 Teknisk Anvendelse af Intelligente Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs)
2.1 Anvendelse af Solid Isolations teknologi
Solid isolasjonsteknologi indebærer primært indkapsling og forsegling af levende dele i mellemspændings skifteudstyr med faste materialer, eller overførsel af høj elektrisk feltintensitet ind i det indre af det solide isolerende materiale. Dette tillader det solide materiale at modstå højere potentialer, hvilket reducerer feltstyrken i luften. De mest almindelige typer af solide isolerende materialer er epoxyresin og silikonkautschuk.
Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) anvender solid isolerende materiale som primært isoleringsmedium. Nøgleledende ledningsvejskomponenter som vakuumafbrydere og deres forbindelser, afkoblingskontakter, jordkontakter, hovedbusbarer og grenbusbarer er individuelt eller kollektivt indkapslet i solid isolering, danner én eller flere moduler. Disse moduler er fuldt isolerede, fuldt forseglet, funktionsbestemte og designet til recombination og expansion. Overflader, der kan tilgås af mennesker, er overdraget med konduktive eller semi-konduktive skjoldlag og er direkte og pålideligt jordet. Nøgleegenskaber inkluderer fuld isolation, fuld forsealing, modularitet, kompakthed og intelligens. SIRMUs viser betydeligt bedre ydeevne end SF₆ RMUs i modstand mod hårde miljøer som ekstrem kulde, høje højder, fugtighed og stærke vind/sand. Med en helt forseglet, vandtæt design uden eksponerede højspændingsledere, er de særligt velegnede til fugtige og oversvømmelsesområder, og kan give pålidelig strømforsyning i fugtige eller oversvømmelsessituationer.
2.2 Anvendelse af Intelligent Beskyttelsesteknologi
Integrationen af mikroprocesor- og computerteknologi i elektriske udstyr giver det intelligente funktioner, samtidig med at det muliggør tovejskommunikation med kontrolcentre. Dette danner et intelligent overvågnings-, beskyttelses- og netværksadministrationsystem. Gennem enkel parameterkonfiguration kan en enkelt intelligent enhed bekvemt udføre funktioner, som traditionelt kræver flere enheder.
Strukturdesignet af SIRMU er i overensstemmelse med kravene til moderne robuste smarte net. Det anvender hurtige algoritmer for at give skiftekontakter hurtige trip-funktioner, hvilket gør det muligt at hurtigt isolere fejlfulde linjer og effektivt forhindre kaskadefejl. Udstyret med et enkeltfase jordfejlbeskyttelsessystem, gør det det muligt at online opdage sådanne fejl i ubeskeden (eller høj impedans-beskeden/PET/PEN) systemer uden at skulle konfigurere ekstra, og give alarme eller trip-kommandoer ifølge indstillede værdier. Hovedkredsløbet anvender en enkeltfase modulær design, hvilket helt undgår fase-til-fase kortslutninger under drift og betydeligt forbedrer vedligeholdelseseffektiviteten, mens det reducerer omkostninger. Et integreret indbygget operativsystem har en core CPU arkitektur, inklusive en ARM processor (ARMP) til generel behandling og systemkontrol, sammen med en kraftfuld DSP for effektiv fleropgavebehandling, hvilket gør det muligt at håndtere data, kontrollere og kommunikere på høj hastighed. Enhederne er strukturelt kompakte, små, lette og nemme at installere. Isolationskløfter er synligt verificeret for sikker drift. Automatisk leveringsmodegenkendelse gør det muligt at fleksibelt automatisk skifte mellem dobbelt strømforsyning, hvilket forbedrer strømforsyningsreliabiliteten. Fleksibel kommunikationsunderstøttelse (GSM SMS, GPRS, CDMA universelle trådløse tjenester, fiber, twisted pair, trådløs, træger) og understøttelse af flere kommunikationsprotokoller gør det nemt at implementere distributionsautomatisering.
2.3 Drift uden Vedligeholdelse og Miljøvenlig
Hovedkontakten anvender en driftsfri vakuumafbryder, kendt for stabilitet og pålidelighed, og kræver ingen periodisk vedligeholdelse. Integreret design af afkoblingskontakt og jordkontakt med afbryderen giver en kompakt struktur med pålidelige mekaniske og elektriske låsninger, hvilket effektivt forhindrer forkert drift.
2.4 Nøgleproduktionsprocesser og Kvalitetskontrol for SIRMUs
For at sikre produktionens stabilitet, ensartethed og produktkvalitet - og dermed garantere SIRMU-produkternes længerevarende isolationsudholdenhed - anvender solid isolerede poler Automatic Pressure Gelation (APG) process, når de er lavet af epoxyresin. Produktionen af SIRMUs overstiger de for SF₆ gasisolerede RMUs. Utilstrækkelig produktionsprocesskontrol øger betydeligt sandsynligheden og alvorligheden af skjulte isolationsdefekter og fejl i forhold til SF₆-enheder. Strenge råmaterialer og avancerede processkapaciteter er afgørende.
Den eksterne isolation af dens vakuumafbryder opnås gennem flere medier, herunder epoxy, silikonkautschuk og luft. Derfor er isolationsstyrken af individuelle materialer og interfacetreatment mellem forskellige isolerende medier afgørende. Både epoxy og silikonkautschuk har fremragende dielektrisk styrke, der når 5-6 gange den af luft. For at opnå denne styrke er det nødvendigt at have streng kontrol over formningsprocessen - optimal temperatur og tryk - samt sikre materialdegassing og ventilering under formning for at undgå indfangede mikrobobler. Hvis dette ikke gøres, nedsættes ikke blot isolationsstyrken, men det fører også til ulige elektriske feltfordeling, øget delvis udslip (PD) aktivitet og driftsrisk. Interfacetreatment sikrer tilstrækkelig interfacet isolationsstyrke under stress, termisk cyklus osv., for at undgå isolationsnedbrydning. Pålidelige metoder til at teste interfacekvalitet er nødvendige. I øjeblikket kan PD-målinger, røntgenundersøgelser og lynimpuls-tester præcist vurdere interfacet isolationsstyrke.
Anvendelse af røntgenundersøgelser som fabriktest forhindrer defekter som bobler, porer eller sprækker i solide isoleringsmonteringer og sikrer, at vakuumafbrydere, deres forbindelser/kontakter og solide isolerede busbars ikke viser synlige abnorme deformationer i røntgenbilleder i forhold til deres positioner. Udførelse af PD-målinger forhindrer PD-opståelse og -udslukning i svagheder eller defekter i SIRMUs isolering, som skyldes høje elektriske felter, og undgår akkumuleret nedbrydning, der fører til isoleringsnedbrydning over tid.
3 Teknisk Designscheme for den Intelligente SIRMU
Baseret på omfattende erfaring med drift af distributionsnet og analyse af avanceret nationalt og internationalt udstyr, og med hensyn til praktiske driftsbetingelser og miljøkrav, fastsatte vi gennem en omfattende sammenligning at udvikle og anvende projektet "Anvendelsesforskning af 10kV Intelligent Solid Insulated Ring Main Unit".
3.1 Hovedtekniske Indhold
Nye AVR-12 type Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs) er installeret på den oprindelige placering. En dobbelt strømforsyning konfiguration anvendes, og SIRMUs intelligente funktioner bruges til hurtig isolation af fejlfulde linjer, hurtig opdagelse af enkeltfase jordfejl, og overførsel af alle kontaktoplysninger via fiber til Distribution Automation Master Station (DMS) eller via SMS til vedligeholdelsespersonales telefoner. Brug af masterstationens overvågningsplatform muliggør datastatistik og fejlanalyse.
Dette projekt implementeres i følgende aspekter:
- Baseret på den oprindelige RMU plan og med hensyn til brugerens vigtighed, leveres strøm via dobbelt indgangslinjer. Under normal drift leverer Incomer #1 strøm, mens Incomer #2 er på varm beredskab.
- Hovedudstyret er AVR-12 type Ring Main Unit, bestående af 7 celler: 6 afbryder (CB) celler og 1 Potential Transformer (PT) celle.
- De 6 CB celler anvender en CB + Afkoblingskontakt (DS) + Jordelement (ES) struktur, udstyret med integrerede beskyttelsesenheder.
- PT cellen anvender en DS + enkeltfase PT struktur, der leverer kommunikationsstrøm. PT'en kan slås til/fra ved hjælp af DS i PT cellen, hvilket gør det muligt at udføre vedligeholdelse af PT eller linje uden at kræve en total SIRMU-nedbrud.
- Brug af CB-type SIRMUs gør det muligt at afbryde flere kortslutningsfejlstrømme. I forhold til forsikringsskydning, udover at eliminere ulejligheden og spildet ved forsikringsskydning, tilbyder de fuld kortslutningsbeskyttelse gennem justering af indstillinger.
Normal drift:
Den intelligente kontrolør henter parametre (kontaktstatus, afkoblingskontaktstatus, primærstrøm/spænding, nul-sekvensstrøm/spænding, DMS-masterstationstatus) for hver indgående/udgående celle. Real-tidsdata overføres via fiber til Intelligent Distribution Switch Master Station, hvilket muliggør fjernstyring.
Kortslutningsfejl:
Den intelligente kontrolørs hurtige beskyttelsesfunktion opdager fejlstrøm og strømflade inden for 15ms og rydder fejlen inden for 25ms, hvilket sikrer normal linjeservice, forhindrer kaskadefejl, og minimaliserer nedbrudsomfang. Momentane egenskaber (spænding, strøm, kontaktstatus) giver kontrol over permanent magnet aktuatorens handlingsegenskab, korte tid for fejlrydning for hurtig isolation af fejlfuld linje. Samtidig transmitterer kontroløren SIRMU-handlingsinformation via fiber til overvågningscentret, hvilket gør det muligt at vurdere produktets status på tid og letter fejllokalisering og strømgenvinding.
Enkeltfase jordfejl:
Kontroløren bruger nul-sekvensstrøm/størrelse/fase og nul-sekvensspænding/størrelse/fase til at fastslå, om en fejl opstår på SIRMUs belastnings side. Kun for jordfejl på belastnings side udsteder kontroløren en beskyttelses trip eller alarmkommando og uploader fejlinformation via fiber. Fejl på kildesiden udløser ingen handling fra denne SIRMUs kontrolør.
3.2 Hovedtekniske Udfordringer
(1) Anvendelse af solid isolerings teknologi og APG-produktionsprocess for at sikre SIRMUs pålidelighed, lang levetid og drift uden vedligeholdelse i højt tempereret og højt saltnebelmiljøer.
(2) Anvendelse af en integreret, fleksibel designkoncept, der kombinerer højspændings primære sektion af afbryderen med sekundær intelligent kontrol sektion. Indbyggede kombinerede strøm/spændingssensorer gør det muligt at indsamle primære spændings/strøm signaler og kontaktstatus i realtid for fleksibel kontrol af afbryderens aktuator, optimering af vakuumafbryders drift.
(3) Hurtig opdagelse af fejlstrøm og udførelse af beskyttelseshandlinger.
Projektimplementering:
Dette projekt anvender solide isolerede RMUs med integrerede intelligente kontrolenheder. Hovedkontakten anvender en kombinationsenhed bestående af en Permanent Magnet Actuated Vacuum Circuit Breaker (VCB) med integreret Afkoblingskontakt (DS) og Jordelement (ES). Udstyret med et intelligent kontrolsystem udfører det automatiske kontrolfunktioner selv uden DMS-samarbejde. Permanent magnet aktuator tilbyder høj pålidelighed og drift uden vedligeholdelse. Fiberkommunikation gør det muligt at indsamle alle RMUs driftsparametre i realtid, forenkler fjernstrømgenvinding og strømfejanalyse, og samler erfaring for smarte netterminaler. En ekstern rustfrit stålkabinet minimerer fremtidig vedligeholdelse.
4 Konklusion
Den intelligente Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) er en sikker, miljøvenlig, stabil, pålidelig og højintelligent næste generations RMU. Den er især velegnet til installation i hårde placeringer, der karakteriseres af høj højde, ekstreme temperaturvariationer, forurening og fugtighed.
