Intelligens szilárdul elhárított gyűrű alakú főtavak (SIRMUs) alkalmazása a Qinzhou elosztó hálózatban

1 Bevezetés​

A partvidéki régiók környezeti kihívásokkal néznek szembe, mint például a nagy mennyiségű eső, a villám, a magas hőmérséklet, a magas páratartalom és a sós homokszáll. Az ilyen környezetekben az urbanisztikus elosztási hálózatok biztonságának biztosítása, a berendezések karbantartásából eredő áramkimaradások minimalizálása, valamint a berendezések élettartama és más tényezők miatt bekövetkező balesetek megelőzése érdekében kutattuk a szilárd izolált gyűrű alakú főválasztó (SIRMU) új típusát. Ez a SIRMU hosszú élettartamot, karbantartást nem igénylő működést, környezettudatos megoldást, intelligens funkciókat és javított áramellátási megbízhatóságot nyújt.

Jelenleg 90%-nál is több középfeszültségű gyűrű alakú főválasztó (RMU) az SF₆ gázra támaszkodik izoláló médiumként. Az SF₆ gáz kémiai szempontból rendkívül stabil, kiváló izoláló és ívkioltó tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használatos a villamos energiaszektorban. Az SF₆ gázzal izolált kapcsolókészülékek kompaktak. Azonban az SF₆ gáz alacsony hőmérsékleten lefagy, ami csökkenti izoláló és ívkioltó képességeit. Magas hőmérsékleten viszont rezegi fel nagyon mérgező melléktermékekbe, jelentős kockázatot jelentve az emberi egészségre. Továbbá, a gáz betöltése, működése és visszanyerése során a szivárgás és a kibocsátás elkerülhetetlen, ami az SF₆-t egy jelentős környezetszennyezővé teszi. Az SF₆ nemzetközileg elismert hat óriás üvegházhatású gáz közül az egyik; környezeti szempontból használatát minimalizálni vagy teljesen megszüntetni kell. A Szilárd Izolált Gyűrű Alakú Főválasztó (SIRMU) tervezési elve alapvetően kiküszöböli az SF₆ gáz használatát, alapvető garanciát adva a kibocsátás csökkentésére és a környezetvédelemre az elosztási hálózatokban, így erősen összhangban áll a környezeti követelményekkel.

Az intelligens szilárd izolált gyűrű alakú főválasztó (SIRMU) az elosztási hálózatok kiterjesztéséhez nem csak környezettudatos és kiválóan ellenálló a kemény környezeti feltételekkel, de nagy mértékű intelligencia is. Funkciója tartalmazza mind a primáris, mind a sekundáris villamos energiaszerkezetek tradicionálisan nyújtott funkcióit egyetlen egységben. A termék integrált és moduláris tervezési megközelítést alkalmaz a mag- és alacsonyfeszültségű komponensekre, kiváló rugalmassággal és kiterjeszthetőséggel, valódi intelligens villamos berendezésként.

​2 Intelligens Szilárd Izolált Gyűrű Alakú Főválasztók (SIRMU) technikai alkalmazása​​

​2.1 Szilárd izoláló technológia alkalmazása​

A szilárd izoláló technológia elsősorban a középfeszültségű kapcsolókészülék fő áramkörének élő részeit szilárd anyagokkal zárja be vagy lezárja, vagy a magas elektromos mezőt a szilárd izoláló anyag belsejébe helyezi. Ez lehetővé teszi, hogy a szilárd anyag magasabb potenciált tarts ki, enyhítve a levegőben lévő mező erejét. A leggyakrabban használt szilárd izoláló anyagok az epoxidharckészítő és a szilikon gumicsomag.

A Szilárd Izolált Gyűrű Alakú Főválasztó (SIRMU) szilárd izoláló anyagot használ elsődleges izoláló médiumként. A fontos vezető áramkörbeli elemek, mint például a vákuum interrupterek és a kapcsolataik, a szekeringek, a talajkapcsolók, a fő buszok és a perem buszok egyenként vagy csoportosan vannak becsempészve szilárd izoláló anyagba, formálva egy vagy több modult. Ezek a modulok teljesen izoláltak, teljesen lezárva, funkcionálisan specifikusak, és rekonfigurálhatók és kiterjeszthetők. Az emberi elérhető felületeket vezető vagy félig vezető védelmi rétegek borítják, és közvetlenül és megbízhatóan talajhoz kapcsolódik. A kulcsfontosságú jellemzők a teljes izoláció, a teljes lezárás, a modularitás, a kompaktság és az intelligencia. A SIRMU-k jelentősen jobb teljesítményt mutatnak, mint az SF₆ RMU-k a kemény környezeti feltételek, mint például a nagyon hideg, magas szint, pác, és erős szél/szállás ellenállásában. Teljesen lezárva, vízimérő nélküli, nem nyilvánvaló magfeszültségű vezetők, különösen alkalmasak a nedves és árvízveszélyes területekre, képesek megbízható áramellátást biztosítani nedves vagy elfogott körülmények között.

​2.2 Intelligens védelmi technológia alkalmazása​

A mikroprocesszor és a számítógép technológia integrálása a villamos berendezésekbe intelligens funkciókat ad nekik, ugyanakkor lehetővé teszi a kétirányú kommunikációt a vezérlő központokkal. Ez egy intelligens figyelő, védelmi és hálózati kezelő rendszert formál. Egyszerű paraméter konfigurációval egyetlen intelligens berendezés könnyen végrehajtja a hagyományosan szükséges több berendezést.

A SIRMU szerkezeti tervezése megfelel a modern rugalmas intelligens hálózatok követelményeinek. Gyors algoritmusokat használ, hogy a circuit breakerek gyors tripping képességeket adjanak, lehetővé téve a hibás vonalak gyors elkülönítését, és hatékonyan megelőzze a kaskád tripping-et. Egy egyfázisú földhely kapcsoló védelmi rendszerrel, amely lehetővé teszi a nem földhely (vagy magas impedancia földhely/PET/PEN) rendszerekben a hibák online detektálását, anélkül, hogy további konfigurációra lenne szükség, riasztásokat vagy trip parancsokat ad a beállított értékek alapján. A fő áramkör egyfázisú moduláris tervezést használ, ami teljesen elkerüli a fázisok közötti rövidzáratot a működés során, jelentősen javítva a karbantartási hatékonyságot, és csökkentve a költségeket. Egy integrált beágyazott operációs rendszer, amely egy ARM processzort (ARMP) tartalmaz általános feldolgozáshoz és rendszervezérléshez, mellett egy erős DSP-t a hatékony multitaskinghez, lehetővé teszi a gyors adatfeldolgozást, irányítást és kommunikációt. A berendezések szerkezetileg kompaktek, kisesek, könnyűek, és könnyen telepíthetőek. A hálózati szakadások láthatóan ellenőrizhetőek biztonságos működés érdekében. Automatikus ellátási mód felismerés lehetővé teszi a rugalmas automatikus váltást két energiaforráson, javítva az áramellátási megbízhatóságot. Rugalmas kommunikációs támogatás (GSM SMS, GPRS, CDMA univerzális rádió szolgáltatás, szerszám, csavarkészlet, rádió, tranziszter), és több kommunikációs protokoll támogatás, megkönnyíti a disztribúciós automatizáció könnyű implementálását.

​2.3 Karbantartásmentes és környezettudatos​

A fő kapcsoló karbantartásmentes vákuum circuit breaker-t használ, amely stabil és megbízható, és nem igényel rendszeres karbantartást. A szekering és a talajkapcsoló integrált tervezése a circuit breaker-rel kompakt szerkezetet ad, megbízható mechanikai és elektrikai interlockokkal, hatékonyan megelőzve a hibás működést.

​2.4 A SIRMU-k kulcsfontosságú gyártási folyamatai és minőségbiztosítása​

A termékminőség, -stabilitás és -egyértelműség biztosítása, így a SIRMU termékek hosszú távú izoláló voltánszintének garantálása érdekében a szilárd izolált oszlopok az automata nyomás gelatinizálási (APG) folyamatot használják, ha epoxidharckészítőből készülnek. A SIRMU-k gyártási folyamatának követelményei túlmutatnak az SF₆ gázzal izolált RMU-kén. A gyártási folyamat irányításának hiánya jelentősen növeli a rejtett izoláló hibák és hibák valószínűségét és súlyosságát az SF₆ egységekhez képest. Szigorú minőségi ellenőrzés a nyersanyagokon, és fejlett gyártási képességek szükségesek.

A vákuum interrupter külső izolációja több médiumon keresztül érhető el, beleértve az epoxid, a szilikon gumicsomag, és a levegőt. Ezért a különböző izoláló médiumok közötti interfészkezelés és a különféle anyagok izolációs ereje létfontosságú. Mind az epoxid, mind a szilikon gumicsomag kiváló dielektrikus erejet mutat, ami a levegő 5-6-szerese. Ez a szint optimalizált munkafolyamatokon, ideális hőmérsékleten és nyomáson, valamint a szilárd anyag gázolásának és ventilációjának biztosításával érhető el, hogy elkerülje a mikrobuborékok befogását. Ha ez nem történik, az izolációs erejet csökkenti, és egyenletesen elosztja az elektromos mezőt, növelve a részleges diszcharge (PD) tevékenységet, és működési kockázatokat. A interfészkezelés biztosítja a szükséges interfészizolációs erejet a stressz, a hőciklus stb. alatt, elkerülve az izolációs hibákat. Megbízható interfészminőség ellenőrzési módszerek szükségesek. Jelenleg a PD mérés, az X-sugár vizsgálat, és a villámlás impulzus teszt pontosan meghatározza az interfészizolációs erejet.

Az X-sugár vizsgálat gyári tesztelésének alkalmazása megakadályozza a szilárd izoláló szerkezetekben a buborék, pora, vagy repedés okozta hibákat, és biztosítja, hogy a vákuum interrupterek, a kapcsolataik/végpontjuk, és a szilárd izolált buszok nem mutatjanak láthatóan anomális deformációt az X-sugár képeken a pozíciójuk szerint. A PD mérések elkerülhetik a PD kezdését és megszűnését a SIRMU izolációjának gyenge vagy hibás részeiben, amelyeket a magas elektromos mezők okoznak, elkerülve a kumulatív romlást, ami idővel a teljes izolációs meghibásodást eredményezné.

​3 Technikai tervezési séma az intelligens SIRMU-hoz​

Széleskörű elosztási hálózat működési tapasztalaton és a hazai és nemzetközi felszereltségek elemzésén alapulva, a gyakorlati hálózati működési feltételek és környezeti követelmények figyelembevételével, kifejezetten a "10kV intelligens szilárd izolált gyűrű alakú főválasztó alkalmazási kutatás" projekt fejlesztésére és alkalmazására került sor.

​3.1 Fő technikai tartalom​

Új AVR-12 típusú Szilárd Izolált Gyűrű Alakú Főválasztó (SIRMU) telepítése az eredeti helyen. Kétkötő ellátási konfiguráció használata, a SIRMU intelligens funkcióinak felhasználásával a hibás vonalak gyors elkülönítésére, a egyfázisú földhely hibák gyors detektálására, és az összes kapcsoló információk optikai szál mentén történő továbbítására a Disztribúciós Automatizációs Főállomás (DMS)-re, vagy SMS formájában a karbantartási személyzet telefonjaira. A főállomás monitorozási platformjának használata lehetővé teszi az adatgyűjtést és a hibaanalízist.

Ez a projekt a következő aspektusokban valósul meg:

• Az eredeti RMU sémán alapulva, és a felhasználó fontosságát figyelembe véve, kétkötő ellátás szolgál a normál működésben, amikor az Incomer #1 ellátja, míg az Incomer #2 forró várólistán van.
• A fő berendezés az AVR-12 típusú Gyűrű Alakú Főválasztó, amely 7 cellát tartalmaz: 6 circuit breaker (CB) cella és 1 Potential Transformer (PT) cella.
• A 6 CB cella CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES) szerkezetet használ, integrált védelmi berendezésekkel.
• A PT cella DS + egyfázisú PT szerkezetet használ, amely kommunikációs energiát biztosít. A PT cella DS segítségével be- és kikapcsolható, lehetővé téve a PT vagy a vonal karbantartását, anélkül, hogy a teljes SIRMU kiesne.
• A CB típusú SIRMU-k több rövidzárat hibájának megszakítását teszik lehetővé. A szekering védelmehez képest, a szekering cseréjének kellemetlenségét és hulladékát elkerülve, a beállítások segítségével teljes rövidzárat-védelmet nyújtanak.

​Normál működés:​​
Az intelligens vezérlő paramétereket (kapcsoló állapot, szekering állapot, elsődleges áram/feszültség, nullsorrendű áram/feszültség, DMS főállomás állapot) szerez be minden be- és kimenő celláról. Az optikai szál mentén történő valós idejű adatfeltöltés lehetővé teszi a távoli műveleteket.

​Rövidzárat hiba:​​
Az intelligens vezérlő gyors védelmi funkciója 15ms alatt észleli a hibás áramot és a teljesítményáramot, majd 25ms alatt megszakítja a hibát, biztosítva a normál vonal ellátását, megelőzve a kaskád tripping-et, és minimalizálva a kimaradás területét. Az instant karakterisztikák (feszültség, áram, kapcsoló állapot) lehetővé teszik a permanens mágneses aktuátor működési jellemzőinek ellenőrzését, rövidítve a hiba megszüntetési időt a hibás vonal gyors elkülönítésére. Ugyanakkor a vezérlő optikai szálon keresztül továbbítja a SIRMU műveleti információt a monitorozási központnak, lehetővé téve a termék állapotának időben történő értékelését, és megkönnyítve a hiba helyzetének és az áramellátás helyreállításának.

​Egyfázisú földhely hiba:​​
A vezérlő a nullsorrendű áram méretének/fázisának és a nullsorrendű feszültség méretének/fázisának alapján dönti el, hogy a hiba a SIRMU terhelési oldalán történik-e. Csak a terhelési oldalon történő földhely hiba esetén ad a vezérlő védelmi trippelés vagy riasztási parancsot, és továbbítja a hiba információt optikai szálon. A forrás oldali hibák nem aktiválják ezen SIRMU vezérlőjét.

​3.2 Fő technikai kihívások​

(1) A szilárd izoláló technológia és az APG gyártási folyamat alkalmazása a SIRMU megbízhatóságának, hosszú élettartamának és karbantartásmentes működésének biztosítására magas hőmérsékletű és magas sószáll tartalmú környezetben.
(2) Integrált, rugalmas tervezési koncepció alkalmazása a circuit breaker magasfeszültségű elsődleges részének és a másodlagos intelligens vezérlő részének kombinálásához. Beépített kombinált áram/feszültség érzékelők lehetővé teszik a primáris áram/feszültség jelének és a kapcsoló állapotának valós idejű beszerzését, a circuit breaker aktuátorának rugalmas vezérlésére, a vákuum interrupter működésének optimalizálására.
(3) A hibás áram gyors detektálása és a védelmi műveletek végrehajtása.

​Projekt végrehajtása:​​
Ez a projekt szilárd izolált RMU-kat használ integrált intelligens vezérlő berendezésekkel. A fő kapcsoló egy olyan kombinált berendezést használ, amely egy Permanens Mágneses Aktuált Vákuum Circuit Breaker (VCB)-t, integrált Disconnector (DS) és Grounding Switch (ES) szerkezetet tartalmaz. Az intelligens ellenőrző rendszerrel, még a DMS koordináció nélkül is, automatikus ellenőrzési funkciókat hajt végre. A permanens mágneses aktuátor magas megbízhatóságot és karbantartásmentes működést kínál. Az optikai szál kommunikáció lehetővé teszi az RMU minden működési paraméterének valós idejű gyűjtését, egyszerűsítve a távoli áramellátás helyreállítását és a hibaelemzést, és tapasztalatokat gyűjt a smart grid terminál berendezésekhez. Külső锈钢柜体，减少了未来的维护需求。

​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化的下一代RMU。它特别适合部署在高海拔、极端温度变化、污染和潮湿等恶劣环境中。

​4 Következtetés​

Az Intelligens Szilárd Izolált Gyűrű Alakú Főválasztó (SIRMU) egy biztonságos, környezettudatos, stabil, megbízható és nagyon intelligens következő generációs RMU. Különösen jól alkalmas a magas szintű, extrém hőmérsékleti változások, szennyezés és nedvesség jellemző környezeti körülmények közötti telepítésre.