Féidearthacht SIRMUí (Solid Insulated Ring Main Units) Intile i Ngréasachán Deascáin Qinzhou

1 Úvod​

Pobřežní oblasti čelí environmentálním výzvám, jako jsou silné deště, blesky, vysoké teploty, vysoká vlhkost a korozivní solná mlha. Aby byla zajištěna bezpečnost městských distribučních sítí v takovém prostředí, minimalizovány přerušení dodávek elektrické energie způsobené údržbou zařízení a zabráněny nehody způsobené koncem životnosti zařízení a jinými faktory ovlivňujícími bezpečnost sítě, provádíme výzkum použití nového typu pevně izolovaného kruhového hlavního rozdělovače (SIRMU). Tento SIRMU nabízí dlouhou životnost, údržbu bez údržby, shodu s životním prostředím, inteligenci a zlepšení spolehlivosti dodávek elektrické energie.

V současné době více než 90 % středových kruhových hlavních rozdělovačů (RMUs) spoléhají na SF₆ plyn jako izolační médium. SF₆ plyn je chemicky velmi stabilní, má vynikající izolační a vypínací vlastnosti a je široce používán ve výkonových zařízeních. SF₆ plynová vypínací a odpojovací zařízení jsou kompaktní. Avšak SF₆ plyn tekutí v nízkých teplotách, což snižuje jeho izolační a vypínací schopnosti. Vysoké teploty ho rozkládají na významně toxické vedlejší produkty, což představuje značné riziko pro lidi. Kromě toho, unikání a emise jsou nevyhnutelné během plnění, provozu a recyklování plynu, což dělá z SF₆ významného znečišťovatele životního prostředí. SF₆ je mezinárodně uznáván jako jeden ze šesti hlavních skleníkových plynů; z hlediska životního prostředí by jeho použití mělo být minimalizováno nebo zcela zrušeno. Konstrukční princip pevně izolovaného kruhového hlavního rozdělovače zásadně eliminuje potřebu SF₆ plynu, což poskytuje základní záruku pro snížení emisí a ochranu životního prostředí v sektoru distribuční sítě, což odpovídá požadavkům na životní prostředí.

Inteligentní pevně izolovaný kruhový hlavní rozdělovač (SIRMU) pro rozšíření distribuční sítě nabízí nejen ekologickou příznivost a vynikající odolnost proti tvrdým podmínkám, ale také vysokou míru inteligence. Jeho funkce zahrnují všechny funkce, které tradičně poskytují jak primární, tak sekundární zařízení výkonových systémů, do jednoho zařízení. Produkt používá integrovaný a modulární designový přístup pro oba, vysoké i nízké napětí, části, což poskytuje vynikající variability a rozšiřitelnosti, představuje skutečně inteligentní elektrické zařízení.

​2 Technické využití inteligentních pevně izolovaných kruhových hlavních rozdělovačů (SIRMU)​​

​2.1 Využití technologie pevné izolace​

Technologie pevné izolace se primárně týká zapouzdření a uzavření živých částí hlavního obvodu středového vypínacího a odpojovacího zařízení pevnými materiály, nebo přenosu vysoké intenzity elektrického pole dovnitř pevného izolačního materiálu. To umožňuje pevnému materiálu vydržet vyšší potenciály, čímž se snižuje intenzita pole ve vzduchu. Nejčastější pevné izolační materiály jsou epoxidová pryskyřice a kyslíkatá rtutičtivá guma.

Pevně izolovaný kruhový hlavní rozdělovač (SIRMU) používá pevný izolační materiál jako hlavní izolační médium. Klíčové vodičové obvodové komponenty, jako jsou vakuumové vypínače a jejich spoje, odpojovače, zemnicí obvody, hlavní sběrné trubky a větvené sběrné trubky, jsou individuálně nebo kolektivně zapouzdřeny v pevné izolaci, tvoří jeden nebo několik modulů. Tyto moduly jsou plně izolované, plně uzavřené, funkčně specifické a navrženy pro rekompozici a rozšiřitelnost. Povrchy dostupné pro člověka jsou pokryty vodivými nebo polovodivými štítovacími vrstvami a jsou přímo a spolehlivě zazemleny. Klíčové charakteristiky zahrnují plnou izolaci, plné uzavření, modularitu, kompaktnost a inteligenci. SIRMU ukazují výrazně lepší výkon než SF₆ RMU v odolnosti proti tvrdým podmínkám, jako jsou extrémní chlad, vysoké nadmořské výšky, vlhkost a silný vítr/písek. S plně uzavřeným, voděodolným návrhem bez expozice vysokonapěťových vodičů jsou obzvláště vhodné pro mokré a povodňové oblasti, schopné poskytovat spolehlivou dodávku elektrické energie v mokrých nebo zaplavených podmínkách.

​2.2 Využití inteligentních ochranných technologií​

Integrace mikroprocesorové a počítačové technologie do elektrických zařízení jim poskytuje inteligentní funkce a umožňuje obousměrnou komunikaci s kontrolními centry. Tím vytváří inteligentní systém monitorování, ochrany a správy sítě. Prostřednictvím jednoduché konfigurace parametrů může jedno inteligentní zařízení pohodlně provádět funkce, které tradičně vyžadovaly několik zařízení.

Konstrukční návrh SIRMU odpovídá požadavkům moderních odolných inteligentních sítí. Používá rychlé algoritmy, aby vypínačům poskytl rychlé vypínací schopnosti, což umožňuje rychlé izolování vadných linek a efektivní prevenci kaskádového vypínání. Vybaven jednofázovým ochranným systémem proti zemnění umožňuje online detekci takových vad v nezemněných (nebo vysokoodporově zemněných/PET/PEN) systémech bez nutnosti další konfigurace, poskytuje upozornění nebo příkazy k vypnutí podle nastavených hodnot. Hlavní obvod používá jednofázový modulární návrh, což úplně eliminuje fázové krátké spojení během provozu a významně zvyšuje efektivitu údržby, zatímco snižuje náklady. Integrovaný vestavěný operační systém obsahuje jádro CPU architektury, včetně ARM procesoru (ARMP) pro obecné zpracování a řízení systému, spolu s výkonným DSP pro efektivní multitasking, což umožňuje rychlé zpracování dat, řízení a komunikaci. Jednotky jsou strukturálně kompaktní, malé, lehké a snadno instalovatelné. Izolační mezery jsou viditelně ověřitelné pro bezpečný provoz. Automatické rozpoznávání režimu dodávky umožňuje flexibilní automatické přepínání pro dvojí zdroje dodávky, což zlepšuje spolehlivost dodávky elektrické energie. Nabízí flexibilní podporu komunikace (GSM SMS, GPRS, CDMA univerzální bezdrátové služby, optické vlákno, drátový párek, bezdrátová, nosná), a podporuje mnoho komunikačních protokolů, což usnadňuje implementaci automatizace distribuce.

​2.3 Bezúdržbové a ekologické​

Hlavní vypínač používá bezúdržbový vakuumový vypínač známý svou stabilitou a spolehlivostí, který nevyžaduje periodickou údržbu. Integrální návrh odpojovače a zemnicího obvodu s vypínačem poskytuje kompaktní strukturu s spolehlivými mechanickými a elektrickými interlocky, což efektivně brání nesprávnému provozu.

​2.4 Klíčové výrobní procesy a zajištění kvality pro SIRMU​

Aby byla zajištěna výrobní stabilita, konzistence a kvalita produktu – což garantuje dlouhodobou izolační odolnost produktů SIRMU – pevné izolační tyče používají proces Automatického tlakového gelování (APG) při výrobě z epoxidové pryskyřice. Požadavky na výrobní proces pro SIRMU přesahují ty pro SF₆ plynově izolované RMU. Nedostatečné řízení výrobního procesu značně zvyšuje pravděpodobnost a závažnost skrytých izolačních vad a poruch v porovnání s SF₆ jednotkami. Je nezbytné striktní kontroly surovin a pokročilé výrobní schopnosti.

Externí izolace jeho vakuumového vypínače je dosažena prostřednictvím několika médií, včetně epoxidu, kyslíkaté rtutičtivé gumy a vzduchu. Proto je klíčová izolační síla jednotlivých materiálů a interfaciální zpracování mezi různými izolačními médii. Oba, epoxid a kyslíkatá rtutičtivá guma, nabízejí vynikající dielektrickou sílu, dosahují 5-6krát vyšší než vzduch. Dosáhnout této síly vyžaduje přísné kontroly formovacího procesu – optimální teplota a tlak – spolu s zajištěním degazace a vypouštění materiálu během formování, aby se zabránilo uvěznění mikro bublin. Pokud to není provedeno, nejen snižuje to izolační sílu, ale také způsobuje nerovnoměrné rozložení elektrického pole, zvyšuje aktivitu částečných výbojků (PD) a představuje operační rizika. Interfaciální zpracování zajišťuje dostatečnou interfaciální izolační sílu pod napětím, termickými cykly atd., zabírá izolační selhání. Jsou nezbytné spolehlivé metody detekce kvality rozhraní. V současné době mohou PD měření, rentgenové vyšetření a bleskové impulsní testy přesně hodnotit interfaciální izolační sílu.

Použití rentgenového vyšetření jako výrobní testu zabrání defektům, jako jsou bubliny, póry nebo trhliny v pevných izolačních sestavách, a zajišťuje, že vakuumové vypínače, jejich spoje/kontakty a pevně izolované sběrné trubky neukazují žádné viditelné abnormální deformace na rentgenových obrazech vzhledem k jejich pozicím. Provádění PD měření zabrání iniciaci a vyhasení PD v slabých místech nebo defektech v izolaci SIRMU způsobených vysokým elektrickým polem, což zabrání kumulativní degradaci vedoucí ke zničení izolace s časem.

​3 Technický návrh pro inteligentní SIRMU​

Na základě rozsáhlé zkušenosti s operací distribučních sítí a analýzy pokročilých domácích a mezinárodních zařízení, s ohledem na praktické podmínky provozu sítě a požadavky na životní prostředí, jsme rozhodli o komplexním srovnání a vývoji a aplikaci projektu "Výzkum aplikace 10kV inteligentního pevně izolovaného kruhového hlavního rozdělovače".

​3.1 Hlavní technický obsah​

Nové AVR-12 typy pevně izolovaných kruhových hlavních rozdělovačů (SIRMU) jsou nainstalovány na původním místě. Používá se konfigurace s dvojitým zdrojem dodávky, využívající inteligentní funkce SIRMU pro rychlé izolování vadných linek, rychlé detekování jednofázových zemních vad a přenos všech informací o vypínačích přes optické vlákno do Hlavní stanice distribuční automatizace (DMS) nebo přes SMS na telefony servisních pracovníků. Využitím monitorovací platformy hlavní stanice je možné statistické zpracování dat a analýza vad.

Tento projekt je realizován v následujících aspektech:

• Na základě původního schématu RMU a s ohledem na význam uživatele je dodávka elektrické energie zajištěna prostřednictvím dvojitého příchozího vedení. Během normálního provozu Incomer #1 zajišťuje dodávku, zatímco Incomer #2 je v horkém střihu.
• Hlavní zařízením je AVR-12 typ kruhového hlavního rozdělovače, skládající se ze 7 celků: 6 vypínačových celků (CB) a 1 celku napěťové transformace (PT).
• 6 CB celků používají strukturu CB + Odpojovač (DS) + Zemnicí obvod (ES), vybaveny integrovanými ochrannými zařízeními.
• PT celk používá strukturu DS + jednofázový PT, poskytující komunikační energii. PT lze přepínat pomocí DS v PT celku, což umožňuje údržbu PT nebo linky bez nutnosti kompletního vypnutí SIRMU.
• Použití CB typu SIRMU umožňuje několikrát přerušit proud krátkého spojení. V porovnání s ochranou pojistkami, kromě odstranění nevýhod a ztráty pojistek, poskytují komplexní ochranu před krátkým spojením prostřednictvím nastavení.

​Normální provoz:​​
Inteligentní řadič získává parametry (stav vypínače, stav odpojovače, primární proud/napětí, nulový proud/napětí, stav hlavní stanice DMS) pro každý příchozí/vychozí celk. Reálné data jsou přenášena přes optické vlákno do inteligentní hlavní stanice distribučních vypínačů, což umožňuje vzdálené řízení.

Krátké spojení:
Rychlá ochranná funkce inteligentního řadiče detekuje proud a tok energie během 15 ms a vyřeší vadu během 25 ms, což zajišťuje normální dodávku linky, zabrání kaskádovému vypnutí a minimalizuje rozsah výpadku. Okamžité charakteristiky (napětí, proud, stav vypínače) umožňují ovládat charakteristiku akce trvale magnetoaktivního aktuatoru, což zkracuje čas vyřešení vady a rychle izoluje vadnou linku. Současně řadič přenáší informace o akcích SIRMU přes optické vlákno do monitorovacího centra, což umožňuje včasnou hodnocení stavu produktu a usnadňuje lokalizaci vady a obnovu dodávky elektrické energie.

Jednofázová zemní vada:
Řadič používá velikost/fázi nulového proudu a velikost/fázi nulového napětí k určení, zda došlo k vade na zatížené straně SIRMU. Pouze pro zemní vady na zatížené straně řadič vydává ochranný příkaz k vypnutí nebo upozornění a přenáší informace o vade přes optické vlákno. Vady na straně zdroje nezpůsobí žádné akce z tohoto řadiče SIRMU.

​3.2 Hlavní technické výzvy​

(1) Aplikace technologie pevné izolace a výrobního procesu APG pro zajištění spolehlivosti, dlouhé životnosti a bezúdržbového provozu SIRMU v prostředí s vysokou teplotou a vysokou solnou mlhou.
(2) Využití integrovaného, flexibilního návrhového konceptu kombinujícího vysokonapěťovou primární část vypínače s sekundární inteligentní řídicí částí. Vestavěné kombinované čidlo proudu a napětí umožňuje reálné časové získávání signálů primárního napětí a proudu a stavu vypínače pro flexibilní řízení aktuatoru vypínače, optimalizaci provozu vakuumového vypínače.
(3) Rychlá detekce vady proudu a provádění ochranných akcí.

​Realizace projektu:​​
Tento projekt využívá pevně izolované RMU s integrovanými inteligentními řídicími zařízeními. Hlavní vypínač používá kombinační zařízení složené z Trvale magnetoaktivního vakuumového vypínače (VCB) s integrovaným odpojovačem (DS) a zemnicím obvodem (ES). Vybaven inteligentním řídicím systémem, provádí automatické řídicí funkce i bez koordinace s DMS. Trvale magnetoaktivní aktuator nabízí vysokou spolehlivost a bezúdržbový provoz. Komunikace přes optické vlákno umožňuje reálné časové shromažďování všech provozních parametrů RMU, což usnadňuje vzdálenou obnovu dodávky a analýzu výpadků elektrické energie, a shromažďuje zkušenosti pro inteligentní zařízení terminálu inteligentní sítě. Externí nerezová skříň minimalizuje budoucí údržbu.

​4 Závěr​

Inteligentní pevně izolovaný kruhový hlavní 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 kolísáními, kontaminací a vlhkostí.