Aplicación de unidades de anillo principal aisladas sólidamente intelixentes (SIRMUs) na rede de distribución de Qinzhou
1 Introdución
As rexións costeiras enfrentan desafíos ambientais como fortes chuvias, raios, altas temperaturas, alta humidade e alta corrosión por sal. Para asegurar a seguridade das redes de distribución urbana en tales entornos, minimizar as interrupcións de enerxía causadas polo mantemento do equipo e prevenir accidentes debido ao final da vida útil do equipo e outros factores que afectan a seguridade da rede, investigamos o uso dun novo tipo de Unidade Principal de Anel con Aislamento Sólido (SIRMU). Esta SIRMU ofrece longa duración, funcionamento sen mantemento, cumprimento ambiental, intelixencia e mellor fiabilidade no suministro de enerxía.
Actualmente, máis do 90% das Unidades Principais de Anel (RMUs) de media tensión confían no gas SF₆ como medio de aislamento. O gas SF₆ é quimicamente moi estable, posúe excelentes propiedades de aislamento e extinción de arcos, e é ampliamente utilizado en equipos eléctricos. Os interruptores automáticos aislados con gas SF₆ son compactos. No entanto, o gas SF₆ se licúa a baixas temperaturas, reducindo as súas capacidades de aislamento e extinción de arcos. A altas temperaturas, descompónse en subproductos altamente tóxicos, supoñendo un gran risco para os humanos. Ademais, as fugas e emisións son inevitables durante o enchido, operación e recuperación do gas, facendo do SF₆ un importante contaminante ambiental. O SF₆ é recoñecido internacionalmente como un dos seis gases de efecto invernadero principais; desde un punto de vista ambiental, o seu uso debe minimizarse ou eliminarse. O principio de deseño da Unidade Principal de Anel con Aislamento Sólido elimina fundamentalmente a necesidade de gas SF₆, proporcionando unha garantía básica para a redución de emisións e a protección ambiental no sector de distribución, alineándose fortemente cos requisitos ambientais.
A Unidade Principal de Anel con Aislamento Sólido Intelixente (SIRMU) para extensións de rede de distribución non só ofrece ecoeficiencia e excelente resistencia a entornos adversos, senón tamén un alto grao de intelixencia. A súa funcionalidade abarca todas as características tradicionalmente proporcionadas tanto por equipos de sistema primario como secundario nun único dispositivo. O produto adopta un enfoque de deseño integrado e modular para compoñentes de alta e baixa tensión, ofrecendo excelente versatilidade e expansibilidade, representando un verdadeiro dispositivo eléctrico intelixente.
2 Aplicación Técnica das Unidades Principais de Anel con Aislamento Sólido Intelixentes (SIRMUs)
2.1 Aplicación da Tecnoloxía de Aislamento Sólido
A tecnoloxía de aislamento sólido implica principalmente encapsular e selar as partes vivas do circuito principal do equipo de media tensión con materiais sólidos, ou transferir a alta intensidade do campo eléctrico ao interior do material aislante sólido. Isto permite que o material sólido soporte potenciais máis altos, reducindo así a intensidade do campo no aire. Os materiais aislantes sólidos máis comúns son a resina epoxi e a borracha de silicone.
A Unidade Principal de Anel con Aislamento Sólido (SIRMU) utiliza material aislante sólido como medio de aislamento principal. Componentes clave do circuito condutor, como os interruptores de vacío e as súas conexións, interruptores de separación, interruptores de tierra, barras de bus principal e ramais, están encapsulados individualmente ou colectivamente en aislamiento sólido, formando un ou varios módulos. Estes módulos están totalmente aislados, totalmente sellados, específicos en función e deseñados para recombinación e expansión. As superficies accesibles aos humanos están recubertas con capas de escudo condutoras ou semicondutoras e están directamente e fielmente aterradas. As características clave inclúen aislamento total, sellado total, modularidade, tamaño compacto e intelixencia. As SIRMUs demostran un rendemento significativamente superior comparado coas RMUs de SF₆ na resistencia a entornos adversos como frío extremo, altitudes elevadas, humidade e ventos fuertes/arenosos. Con un deseño totalmente sellado e impermeable sen conductores de alta tensión expostos, son particularmente adecuadas para áreas húmidas e propensas a inundacións, capaces de proporcionar un suministro de enerxía fiable en condicións húmidas ou submerxidas.
2.2 Aplicación da Tecnoloxía de Protección Intelixente
A integración da tecnoloxía de microprocesadores e computadoras nos equipos eléctricos lles confiere funcións intelixentes mentres permite a comunicación bidireccional coas centrais de control. Isto forma un sistema de monitorización, protección e xestión de rede intelixente. A través da configuración simple de parámetros, un único dispositivo intelixente pode realizar facilmente as funcións que tradicionalmente requiren varios dispositivos.
O deseño estructural da SIRMU está alineado cos requisitos das modernas redes intelixentes resilientes. Emprega algoritmos rápidos para dotar aos interruptores de rápida capacidade de disparo, permitindo a rápida isolación de liñas defectuosas e evitando eficazmente a cascada de disparos. Equipado cun sistema de protección contra fallos de terra monofásico, permite a detección en liña de tales fallos en sistemas non aterrados (ou aterrados de alta impedancia/PET/PEN) sen necesidade de configuración adicional, proporcionando alarmas ou comandos de disparo segundo valores establecidos. O circuito principal emprega un deseño modular monofásico, que evita completamente os cortocircuitos entre fases durante a operación e melhora significativamente a eficiencia do mantemento ao mesmo tempo que reduce os custos. Un sistema operativo embebido integrado presenta unha arquitectura de CPU central, incluíndo un procesador ARM (ARMP) para procesamento xeral e control do sistema, xunto cun DSP poderoso para un eficiente multitarea, permitindo un procesamento rápido de datos, control e comunicación. As unidades teñen unha estrutura compacta, pequeno tamaño, peso reducido e son fáciles de instalar. As brechas de aislamento son visiblemente verificadas para unha operación segura. O modo de suministro automático permite un cambio flexible automático para dous suministros de enerxía, mellorando a fiabilidade do suministro de enerxía. Ofrece un soporte de comunicación flexible (SMS GSM, GPRS, servicios inalámbricos universais CDMA, fibra, par trenzado, inalámbrico, portador), e suporta múltiples protocolos de comunicación, facilitando a implementación fácil da automatización de distribución.
2.3 Sen Mantemento e Ecofriendly
O interruptor principal utiliza un interruptor de vacío sen mantemento coñecido por súa estabilidade e fiabilidade, que non require mantemento periódico. O deseño integrado do interruptor de separación e o interruptor de tierra co interruptor de vacío proporciona unha estrutura compacta con interbloqueos mecánicos e eléctricos fiables, previniendo eficazmente a operación incorrecta.
2.4 Procesos de Fabricación Clave e Control de Calidade para SIRMUs
Para asegurar a estabilidade, consistencia e calidade do produto, garantindo a resistencia a longo prazo do aislamento de produtos SIRMU, os polos aislados sólidamente utilizan o proceso de Gelificación Automática por Presión (APG) cando se fabrican con resina epoxi. Os requisitos de proceso de fabricación para SIRMUs superan os de RMUs aislados con gas SF₆. Un control insuficiente do proceso de fabricación aumenta significativamente a probabilidade e a gravedad de defectos e fallos ocultos de aislamento en comparación coas unidades de SF₆. Un control rigoroso da calidade das materias primas e capacidades avanzadas de proceso son esenciais.
O aislamento externo do interruptor de vacío lograse a través de múltiples medios, incluíndo resina epoxi, borracha de silicone e aire. Polo tanto, a resistencia aislante de materiais individuais e o tratamento de interfaz entre diferentes medios aislantes son cruciais. Tanto a resina epoxi como a borracha de silicone ofrecen unha excelente resistencia dieléctrica, alcanzando 5-6 veces a do aire. Lograr esta resistencia require un control estricto sobre o proceso de moldaxe, temperatura e presión óptimas, xunto coa degaseificación e ventilación do material durante o moldaxe para evitar burbujas microscópicas. Falta de iso non só reduce a resistencia aislante, senón tamén causa unha distribución desigual do campo eléctrico, aumentando a actividade de descargas parciais (PD) e supoñendo riscos operativos. O tratamento de interfaz asegura suficiente resistencia aislante de interfaz baixo estrés, ciclos térmicos, etc., previniendo a falla de aislamento. Son necesarios métodos de detección confiables para a calidade da interfaz. Actualmente, as medidas de PD, a inspección por raio X e as probas de impulsos de tronada poden avaliar con precisión a resistencia aislante de interfaz.
Empregar a inspección por raio X como proba de fábrica prevén defectos como burbujas, poros ou fisuras en ensamblaxes de aislamiento sólido e asegura que os interruptores de vacío, as súas conexións/terminais e as barras de bus aisladas sólidamente non mostren deformacións visibles anómalas nas imaxes de raio X en relación coas súas posicións. Realizar medidas de PD prevén a iniciación e extinción de PD en debilidades ou defectos dentro do aislamiento de SIRMU causados por campos eléctricos altos, evitando a degradación acumulativa que leva ao colapso do aislamento a lo largo do tempo.
3 Esquema de Diseño Técnico para a SIRMU Intelixente
Basándonos na amplia experiencia en operación de redes de distribución e no análise de equipos avanzados nacionais e internacionais, considerando as condicións prácticas de operación da rede e os requisitos ambientais, determinamos mediante unha comparación comprehensiva desenvolver e aplicar o proxecto "Investigación de Aplicación de Unidades Principais de Anel con Aislamento Sólido Intelixente de 10kV".
3.1 Contido Técnico Principal
Novas unidades SIRMU do tipo AVR-12 son instaladas no local orixinal. Utilízase unha configuración de duplo suministro, aproveitando as funcións intelixentes da SIRMU para a rápida isolación de liñas defectuosas, detección rápida de fallos de terra monofásicos e transmisión de toda a información de interruptores a través de fibra óptica á Estación Maestra de Automatización de Distribución (DMS) ou a través de SMS aos teléfonos do persoal de mantemento. Utilizando a plataforma de monitorización da estación maestra permite a estadística de datos e o análise de fallos.
Este proxecto implementase nos seguintes aspectos:
- Baseado no esquema RMU orixinal e considerando a importancia do usuario, a enerxía é suministrada a través de dúas liñas de entrada. Durante a operación normal, a Línea de Entrada #1 suministra a enerxía mentres que a Línea de Entrada #2 está en espera activa.
- O equipo principal é a Unidade Principal de Anel do tipo AVR-12, que consta de 7 compartimentos: 6 compartimentos de interruptor de circuito (CB) e 1 compartimento de Transformador de Potencial (PT).
- Os 6 compartimentos de CB adoptan unha estrutura CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES), equipados con dispositivos de protección integrados.
- O compartimento PT usa unha estrutura DS + PT monofásico, proporcionando enerxía de comunicación. O PT pode ser conectado/desconectado usando o DS no compartimento PT, permitindo a manutención do PT ou da liña sen requerir un apagón completo da SIRMU.
- Utilizando SIRMUs de tipo CB permite múltiples interrupcións de correntes de fallo de cortocircuito. En comparación coa protección por fusible, ademais de eliminar a inconveniencia e o desperdicio de reemplazar fusibles, proporcionan cobertura completa de protección contra cortocircuitos a través de axustes de configuración.
Operación Normal:
O controlador intelixente obtén parámetros (estado do interruptor, estado do disyuntor, corrente/voltaxe primaria, corrente/voltaxe de secuencia cero, estado da estación maestra DMS) para cada compartimento de entrada/saída. A subida de datos en tempo real a través de fibra óptica á Estación Maestra de Interruptores de Distribución Intelixente permite a operación remota.
Fallo de Cortocircuito:
A característica de protección rápida do controlador intelixente detecta a corrente de fallo e o fluxo de enerxía en 15 ms e elimina o fallo en 25 ms, asegurando o suministro normal da liña, evitando la cascada de disparos e minimizando o alcance del apagón. Las características instantáneas (voltaje, corriente, estado del interruptor) permiten controlar la característica de acción del actuador de imán permanente, acortando el tiempo de eliminación del fallo para aislar rápidamente la línea defectuosa. Al mismo tiempo, el controlador transmite la información de la acción de la SIRMU a través de fibra al centro de monitoreo, permitiendo una evaluación oportuna del estado del producto y facilitando la localización del fallo y la restauración de la energía.
Fallo de Terra Monofásico:
El controlador utiliza la magnitud/fase de la corriente de secuencia cero y la magnitud/fase del voltaje de secuencia cero para determinar si ocurre un fallo en el lado de carga de la SIRMU. Solo para fallos de tierra en el lado de carga, el controlador emite un comando de disparo de protección o alarma y envía la información del fallo a través de fibra. Los fallos en el lado de la fuente no desencadenan acciones del controlador de esta SIRMU.
3.2 Principales Desafíos Técnicos
(1) Aplicar la tecnología de aislamiento sólido y el proceso de fabricación APG para garantizar la confiabilidad, larga vida útil y operación sin mantenimiento de la SIRMU en ambientes de alta temperatura y alta neblina salina.
(2) Utilizar un concepto de diseño integrado y flexible que combina la sección de alta tensión del interruptor de circuito con la sección de control inteligente secundaria. Los sensores combinados de corriente/voltaje incorporados permiten la adquisición en tiempo real de señales de voltaje/corriente primarias y el estado del interruptor para un control flexible del actuador del interruptor, optimizando la operación del interruptor de vacío.
(3) Detección rápida de la corriente de fallo y ejecución de acciones de protección.
Implementación del Proyecto:
Este proyecto emplea RMUs aisladas sólidamente con dispositivos de control inteligente integrados. El interruptor principal utiliza un dispositivo combinado que consta de un Interruptor de Circuito de Vacío Accionado por Imán Permanente (VCB) con Disyuntor (DS) y Interruptor de Tierra (ES) integrados. Equipado con un sistema de control inteligente, realiza funciones de control automático incluso sin coordinación de DMS. El actuador de imán permanente ofrece alta confiabilidad y operación sin mantenimiento. La comunicación por fibra óptica permite la recopilación en tiempo real de todos los parámetros de operación de la RMU, simplificando la restauración de energía remota y el análisis de fallos de energía, y acumulando experiencia para dispositivos terminales de red inteligente. Un gabinete externo de acero inoxidable minimiza el mantenimiento futuro.
4 Conclusión
La Unidad Principal de Anillo con Aislamiento Sólido Inteligente (SIRMU) es una próxima generación de RMU segura, ecológica, estable, confiable y altamente inteligente. Es especialmente adecuada para su implementación en ubicaciones adversas caracterizadas por altitudes elevadas, variaciones extremas de temperatura, contaminación y humedad.
