יישום של יחידות טבעת מבודדות אינטליגנטיות (SIRMUs) במערכת הפיזור של צ'ינגג'ו
1 מבוא
אזורים חוף מתמודדים עם אתגרים סביבתיים כולל גשמים כבדים, ברקים, טמפרטורות גבוהות, לחות גבוהה ותסיסה של מלח. כדי להבטיח את הבטיחות של הרשתות העירוניות בהן הסביבה כזו, להפחית את הפסקות החשמל הנובעות מהתחזוקה של הציוד ולמנוע תאונות עקב סיום חיי הציוד והגורמים האחרים המשפיעים על הבטיחות של הרשת, ביצענו מחקר על שימוש בסוג חדש של יחידה עגולה מבודדת בחומרים קשיחים (SIRMU). SIRMU זו מציעה תוחלת חיים ארוכה, פעולה ללא תחזוקה, התאמה לסביבה, אינטליגנציה ואמינותספק חשמל משופרת.
כיום, מעל 90% מהיחידות העגולות בינוניות המבוססות על גז ה-SF₆ כחומר מבודד. גז ה-SF₆ הוא כימי מאוד יציב, בעל תכונות מבודדות ומפיגות פליטה מצוינות ונעשה בו שימוש נרחב בציוד חשמלי. ציוד מפסק מגן על בסיס גז ה-SF₆ הוא קומפקטי. עם זאת, גז ה-SF₆ מתמיש בטמפרטורות נמוכות, מה שמפחית את יכולותיו המבודדות ומפיגות הפליטות. בטמפרטורות גבוהות הוא מתפרק למכסחי רעלים מאוד רעילים, מה שהופך אותו לסיכון משמעותי לאדם. בנוסף, דליפות ואימיסיות הן בלתי נמנעות במהלך ממלא הגז, פעילות והחזרה, מה שהופך את גז ה-SF₆ למזהם סביבתי מרכזי. גז ה-SF₆ מוכר בין-לאומי כחלק מהשישה גזי חממה העיקריים; מבחינה סביבתית, השימוש בו צריך להיות מופחת או מושמד. עקרוןراح של יחידת החיבור המבודדת בחומרים קשיחים מסיר את הצורך בגז ה-SF₆, מה שמספק ערובה בסיסית להפחתת האמיסיות וההגנה על הסביבה בתחום הרשתות, בהתאם לדרישות הסביבתיות.
היחידה העגולה המבודדת בחומרים קשיחים האינטליגנטית (SIRMU) לתוספות לרשת מספקת לא רק ידידות לסביבה ועמידות גבוהה לסביבות קשות, אלא גם רמת אינטליגנציה גבוהה. תפקודה כולל את כל התכונות המסורתיות המסופקות על ידי ציוד מערכת חשמל ראשוני ושניוני בתוך יחידה אחת. המוצר מאמץ גישה אינטגרלית ומודולרית לעיצוב חלקים בעלי מתח גבוה ומתח נמוך, ומציע גמישות וביצועיות מצוינת, מייצגת מכשיר חשמלי אינטליגנטי אמיתי.
2 היישום הטכנולוגי של יחידות החיבור המבודדות בחומרים קשיחים האינטליגנטיות (SIRMUs)
2.1 יישום טכנולוגיית ההבודדה בחומרים קשיחים
טכנולוגיית ההבודדה בחומרים קשיחים מתמקדת בעיקר בקפסולציה ו玺瑞姆单元（SIRMU）采用固体绝缘材料作为主要绝缘介质。关键导电电路组件如真空断路器及其连接、隔离开关、接地开关、主母线和分支母线分别或集体封装在固体绝缘材料中，形成一个或多个模块。这些模块完全绝缘、全密封、功能特定，并设计用于重组和扩展。可接触表面涂有导电或半导电屏蔽层，并直接可靠接地。其主要特点是全绝缘、全密封、模块化、紧凑型和智能化。与SF₆ RMU相比，SIRMU在抵抗极端寒冷、高海拔、潮湿和强风沙等恶劣环境方面表现出显著优越的性能。它们具有全密封、防水设计，没有外露的高压导体，特别适合潮湿和易淹地区，在潮湿或淹没条件下也能提供可靠的电力供应。
2.2 智能保护技术的应用
将微处理器和计算机技术集成到电气设备中，使其具备智能功能，同时能够与控制中心进行双向通信。这形成了智能监控、保护和网络管理系统。通过简单的参数配置，单个智能设备可以方便地执行传统上需要多个设备的功能。
SIRMU的结构设计符合现代弹性智能电网的要求。它采用快速算法，使断路器具有快速跳闸能力，能够快速隔离故障线路，有效防止级联跳闸。配备单相接地故障保护系统，无需额外配置即可在线检测未接地（或高阻抗接地/PET/PEN）系统的此类故障，根据设定值提供报警或跳闸命令。主电路采用单相模块化设计，完全避免了运行中的相间短路，显著提高了维护效率并降低了成本。集成嵌入式操作系统具有核心CPU架构，包括用于通用处理和系统控制的ARM处理器（ARMP）以及强大的DSP，实现高效多任务处理，支持高速数据处理、控制和通信。这些单元结构紧凑、体积小、重量轻且易于安装。隔离间隙可见，确保安全操作。自动电源模式识别实现了双电源灵活自动切换，提高了供电可靠性。提供灵活的通信支持（GSM短信、GPRS、CDMA通用无线服务、光纤、双绞线、无线、载波），并支持多种通信协议，便于实现配电自动化。
2.3 免维护和环保
主开关采用免维护真空断路器，以稳定性和可靠性著称，无需定期维护。隔离开关和接地开关与断路器的一体化设计提供了紧凑的结构，具有可靠的机械和电气联锁，有效防止误操作。
2.4 SIRMU的关键制造工艺和质量保证
为了确保生产稳定性、一致性和产品质量——从而保证SIRMU产品的长期绝缘耐压性能——固体绝缘杆在使用环氧树脂时采用自动压力凝胶（APG）工艺。SIRMU的制造工艺要求超过了SF₆气体绝缘RMU的要求。生产过程控制不足会显著增加绝缘缺陷和故障的潜在可能性和严重性，与SF₆装置相比。对原材料的严格质量控制和先进的工艺能力是必不可少的。
其真空断路器的外部绝缘通过多种介质实现，包括环氧树脂、硅橡胶和空气。因此，单一材料的绝缘强度及不同绝缘介质之间的界面处理至关重要。环氧树脂和硅橡胶都具有优异的介电强度，达到空气的5-6倍。要实现这一强度，需要严格控制成型工艺——最佳温度和压力——并在成型过程中确保材料脱气和排气，以避免微气泡的形成。否则不仅会降低绝缘强度，还会导致电场分布不均，增加局部放电（PD）活动，带来运行风险。界面处理确保在应力、热循环等条件下有足够的界面绝缘强度，防止绝缘失效。可靠的界面质量检测方法是必要的。目前，PD测量、X射线检查和雷电冲击测试可以准确评估界面绝缘强度。
采用X射线检查作为工厂测试，可以防止固体绝缘组件中的气泡、孔洞或裂纹缺陷，并确保真空断路器及其连接/端子和固体绝缘母线在X射线图像中相对于其位置没有明显的异常变形。进行PD测量可以防止由于高电场引起的SIRMU绝缘中的薄弱点或缺陷处的PD起始和熄灭，避免累积退化导致绝缘随时间逐渐击穿。
3 智能SIRMU的技术设计方案
基于广泛的配电网运行经验和对国内外先进设备的分析，结合实际电网运行条件和环境要求，我们通过综合比较确定开发和应用“10kV智能固体绝缘环网柜应用研究”项目。
3.1 主要技术内容
在原址安装新的AVR-12型固体绝缘环网柜（SIRMU）。采用双电源配置，利用SIRMU的智能功能快速隔离故障线路，快速检测单相接地故障，并通过光纤将所有开关信息传输到配电自动化主站（DMS）或通过短信发送到维护人员手机。利用主站监控平台进行数据统计和故障分析。
该项目实施如下：
- 基于原有的RMU方案，并考虑用户的重要性，通过双进线供电。正常运行时，进线1供电，进线2处于热备用状态。
- 主要设备为AVR-12型环网柜，由7个间隔组成：6个断路器（CB）间隔和1个电压互感器（PT）间隔。
- 6个CB间隔采用CB + 隔离开关（DS）+ 接地开关（ES）结构，配备一体化保护装置。
- PT间隔采用DS + 单相PT结构，提供通信电源。可以通过PT间隔中的DS来切换PT，允许在不停电的情况下进行PT或线路维护。
- 使用CB型SIRMU可以多次中断短路故障电流。与熔丝保护相比，除了消除更换熔丝的不便和浪费外，还可以通过设置调整提供全面的短路保护覆盖。
正常运行：
智能控制器获取每个进出线间隔的参数（断路器状态、隔离开关状态、一次电流/电压、零序电流/电压、DMS主站状态）。通过光纤实时上传数据到智能配电开关主站，实现远程操作。
短路故障：
智能控制器的快速保护功能在15毫秒内检测到故障电流和功率流，并在25毫秒内清除故障，确保线路正常供电，防止级联跳闸，并最小化停电范围。瞬时特性（电压、电流、开关状态）允许控制永磁致动器的动作特性，缩短故障清除时间，快速隔离故障线路。同时，控制器通过光纤将SIRMU动作信息传输到监控中心，以便及时评估产品状态并便于故障定位和恢复供电。
单相接地故障：
控制器使用零序电流幅值/相位和零序电压幅值/相位来判断SIRMU负载侧是否发生故障。仅当负载侧发生接地故障时，控制器才会发出保护跳闸或报警命令并通过光纤上传故障信息。电源侧的故障不会触发此SIRMU控制器的动作。
3.2 主要技术难点
(1) 应用固体绝缘技术和APG制造工艺，确保SIRMU在高温高盐雾环境下的可靠性、长寿命和免维护运行。
(2) 采用集成的灵活设计理念，将断路器的高压一次部分与二次智能控制部分结合。内置组合电流/电压传感器实现实时采集一次电压/电流信号和开关状态，灵活控制断路器的致动器，优化真空断路器的操作。
(3) 快速检测故障电流并执行保护动作。
项目实施：
该项目采用集成智能控制装置的固体绝缘RMU。主开关采用永磁驱动真空断路器（VCB）与隔离开关（DS）和接地开关（ES）的组合装置。配备智能控制系统，即使在没有DMS协调的情况下也能执行自动控制功能。永磁致动器具有高可靠性和免维护性。光纤通信实现实时采集所有RMU运行参数，简化远程供电恢复和电力故障分析，并积累智能电网终端设备的经验。外部不锈钢柜体最大限度地减少了未来的维护工作。
4 结论
智能固体绝缘环网柜（SIRMU）是一种安全、环保、稳定、可靠且高度智能的下一代RMU。特别适用于高海拔、极端温差、污染和潮湿等恶劣地点的部署。
