Qinzhou Dağıtım Ağı'nda Akıllı Katı İzoleli Halka Ana Birimlerinin (SIRMUs) Uygulaması

1 Giriş​

Sahil bölgeleri, yoğun yağış, yıldırım, yüksek sıcaklık, yüksek nem ve yüksek tuz püskürtme korozyonu gibi çevresel zorluklarla karşı karşıyadır. Bu çevrelerde şehir dağıtım ağlarının güvenliğini sağlamak, ekipman bakımı nedeniyle oluşan güç kesintilerini en aza indirmek ve ekipman ömrünün sonuna gelmesi ve diğer faktörlerin ağ güvenliğine etkisini önlemek için yeni tür Solid yalıtkanlı Halka Ana Birimi (SIRMU) kullanımı üzerinde araştırma yaptık. Bu SIRMU, uzun ömür, bakım gerektirmeyen işlem, çevresel uyumluluk, zeka ve güç sağlamanın güvenilirliğini artırmayı sunar.

Şu anda, orta gerilimli Halka Ana Birimlerinin (RMU) %90'ından fazlası SF₆ gazını yalıtım ortamı olarak kullanmaktadır. SF₆ gazı kimyasal olarak çok kararlıdır, mükemmel yalıtım ve kemer söndürme özelliklerine sahiptir ve güç ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. SF₆ gazlı anahtarlama ekipmanları kompakttır. Ancak, SF₆ gazı düşük sıcaklıklarda sıvılaşır, bu da yalıtım ve kemer söndürme yeteneklerini azaltır. Yüksek sıcaklıklarda ise aşırı toksik yan ürünler haline ayrılır, insanlar için ciddi riskler oluşturur. Ayrıca, gaz doldurma, işletme ve geri kazanma sırasında sızıntı ve emisyon kaçınılmazdır, bu nedenle SF₆ büyük bir çevre kirliliği kaynağı olmaktadır. SF₆ uluslararası düzeyde altı büyük sera gazından biri olarak tanınmaktadır; çevre açısından bakıldığında, kullanımının azaltılması veya tamamen kaldırılması gerekir. Katı Yalıtkanlı Halka Ana Biriminin tasarım prensibi, SF₆ gazına olan ihtiyacı temel olarak ortadan kaldırarak, dağıtım ağ sektöründe emisyon azaltma ve çevre koruması için temel bir garantide bulunmaktaydı, çevre gereklilikleriyle güçlü bir şekilde uyumludur.

Dağıtım ağ genişletmeleri için Akıllı Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimi (SIRMU), sadece çevre dostu ve sert çevre koşullarına karşı muhteşem direnç sunmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek derecede akıllı bir yapıya sahiptir. İşlevsellik, birim içindeki hem birincil hem de ikincil güç sistem ekipmanları tarafından geleneksel olarak sağlanan tüm özellikleri kapsar. Ürün, yüksek ve düşük voltajlı bileşenler için entegre ve modüler bir tasarım yaklaşımını benimser, excellent versatility and expandability, representing a true smart electrical device.

​2 Akıllı Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimlerinin (SIRMU) Teknik Uygulaması​​

​2.1 Katı Yalıtım Teknolojisinin Uygulaması​

Katı yalıtım teknolojisi, genellikle orta gerilimli anahtar ekipmanlarının ana devresinin canlı parçalarını katı malzemelerle kaplama ve mühürleme ya da yüksek elektrik alan yoğunluğunu katı yalıtkan malzemenin içine aktarma ile ilgilidir. Bu, katı malzemenin daha yüksek potansiyelleri dayanmasını sağlayarak, havadaki alan yoğunluğunu azaltır. En yaygın katı yalıtkan malzemeler epoksi reçine ve silikon lastiği'dır.

Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimi (SIRMU), katı yalıtkan malzeme olarak ana yalıtım ortamını kullanır. Vakum kesiciler ve bağlantıları, koparıcı anahtarlar, yerleştirici anahtarlar, ana hatlar ve şube hatları gibi ana iletken devre bileşenleri, tek başlarına veya toplu olarak katı yalıtım içinde kaplanarak, bir veya birkaç modül oluştururlar. Bu modüller tamamen yalıtılmış, tamamen mühürlenmiş, işlevsel olarak belirli ve yeniden birleşim ve genişleme için tasarlanmıştır. İnsanların erişebileceği yüzeyler iletken veya yarı-iletken ekranlama tabakalarıyla kaplanmış ve doğrudan ve güvenilir bir şekilde yerleştirilmiştir. Ana özellikler tam yalıtım, tam mühürleme, modülerlik, kompakt boyut ve zeka içerir. SIRMU'lar, aşırı soğuk, yüksek rakımlar, nem ve güçlü rüzgar/kum gibi sert çevrelerde SF₆ RMU'lara göre önemli ölçüde üstün performans gösterir. Tamamen mühürlü, su geçirmez tasarım ve dışarıda açıkta kalmayan yüksek voltajlı iletkenler, nemli ve sel alana eğilimli bölgelerde özellikle uygundur, nemli veya su altında durumlarında güvenilir güç sağlama yeteneğine sahiptir.

​2.2 Akıllı Koruma Teknolojisinin Uygulaması​

Mikroişlemci ve bilgisayar teknolojisinin elektrik ekipmanlarına entegrasyonu, onlara akıllı fonksiyonlar sağlarken, kontrol merkezleriyle çift yönlü iletişim kurmayı mümkün kılar. Bu, akıllı izleme, koruma ve ağ yönetim sistemini oluşturur. Basit parametre yapılandırması aracılığıyla, tek bir akıllı cihaz, geleneksel olarak birkaç cihaza ihtiyaç duyulan işlevleri kolayca gerçekleştirebilir.

SIRMU'nun yapısal tasarımı, modern dayanıklı akıllı ağların gerekliliklerine uygun hale getirilmiştir. Hızlı algoritmalar kullanılarak, devre kesicilere hızlı atlatma yetenekleri verilmiştir, bu da sorunlu hatları hızlı bir şekilde izole etmeyi ve zincirleme atlatmayı etkili bir şekilde önleyebilir. Tek fazlı toprak hat koruma sistemi ile donatılmıştır, bu da topraksız (veya yüksek impedanslı topraklanmış/PET/PEN) sistemlerde ek yapılandırma olmadan bu tür hataları çevrimiçi olarak tespit etmeyi, belirlenen değerlerlere göre uyarı veya atlatma komutları vermektedir. Ana devre, tek fazlı modüler tasarım kullanılarak, operasyon sırasında faz arası kısa devrelerin tamamen önlenmesini sağlar ve bakım verimliliğini artırırken maliyetleri azaltır. Entegre gömülü işletim sistemi, ARM işlemcisi (ARMP) genel işleme ve sistem kontrolü için, güçlü DSP ise etkili çoklu görevli çalışmayı sağlar, yüksek hızlı veri işleme, kontrol ve iletişim sağlar. Birimler yapısal olarak kompakt, küçük boyutlu, hafif ve kolay kurulum yapısı sunar. İzolasyon boşlukları güvenli işlem için görünür şekilde doğrulanır. Otomatik besleme modu tanıma, çift güç kaynağı için esnek otomatik geçiş sağlar, güç sağlamanın güvenilirliğini artırır. Esnek iletişim desteği (GSM SMS, GPRS, CDMA evrensel kablosuz hizmetler, lif, iplikli çift, kablosuz, taşıyıcı), birden fazla iletişim protokolünü destekleyerek, dağıtım otomasyonunun kolay uygulanmasını sağlar.

​2.3 Bakım Gerektirmeyen ve Çevre Dostu Özellikler​

Ana anahtar, periyodik bakım gerektirmeyen, istikrarlı ve güvenilir vakum devre kesicisi kullanır. Koparıcı anahtar ve yerleştirici anahtarın devre kesicisi ile entegre tasarım, güvenilir mekanik ve elektrik kilitleme ile kompakt bir yapı sağlar, yanlış işlemlerden etkili bir şekilde korur.

​2.4 SIRMU'lar İçin Ana Üretim Süreçleri ve Kalite Güvencesi​

Üretim istikrarı, tutarlılığı ve ürün kalitesini sağlamak - dolayısıyla SIRMU ürünlerinin uzun vadeli yalıtım dayanım voltajını garanti etmek - için katı yalıtkan sütunlar, epoksi reçine kullanılarak otomatik basınç jelasyon (APG) işleminden geçirilir. SIRMU'ların üretim süreç gereklilikleri, SF₆ gazlı RMU'lardan daha yüksektir. Yetersiz üretim süreci kontrolü, SF₆ ünitelerine kıyasla gizli yalıtım eksiklikleri ve hataların olasılığını ve önemini önemli ölçüde artırır. Ham maddelerin sıkı kalite kontrolü ve gelişmiş üretim süreçleri hayati önem taşır.

Vakum kesicinin dış yalıtımı, epoksi, silikon lastiği ve hava dahil olmak üzere birden fazla medyumdan elde edilir. Bu nedenle, bireysel malzemelerin yalıtım gücü ve farklı yalıtım medyumları arasındaki arayüz işleminin kritik öneme sahiptir. Hem epoksi hem de silikon lastiği, havadan 5-6 kat daha yüksek dielektrik gücüne sahiptir. Bu gücün elde edilmesi, kalıp işleminin optimal sıcaklık ve basıncı ile kontrol edilmesi ve kalıp sırasında materyalin gaz çıkışı ve havalandırılmasını sağlaması gerekir, böylece hapsolmuş mikro balonların oluşmasını önler. Bunu yapmamak, yalıtım gücünü azaltır ve ayrıca elektrik alan dağılımını eşit olmayacak şekilde değiştirir, kısmi salınım (PD) aktivitesini artırır ve operasyonel riskler oluşturur. Arayüz işleminin, stres, ısı döngüsü vb. altında yeterli arayüz yalıtım gücünü sağladığını garanti etmek gerekir. Arayüz kalitesini değerlendirmek için güvenilir algılama yöntemleri gerekir. Şu an, PD ölçümü, X-ışın kontrolü ve yıldırım darbe testleri, arayüz yalıtım gücünü doğru bir şekilde değerlendirebilir.

Fabrika testi olarak X-ışın kontrolünün kullanılması, katı yalıtkan montajlarındaki balon, por ve çatlak gibi defektlerin önlenmesini ve vakum kesiciler, bağlantı/terminal ve katı yalıtkanlı ana hatların X-ışın görüntüleri üzerinde görsel olarak normal görünen herhangi bir anormal deformasyon göstermemesini sağlar. PD ölçümlerinin yapılması, SIRMU yalıtımındaki zayıflıklar veya defektlerde yüksek elektrik alanlar nedeniyle PD'in başlamasını ve sonlanmasını önler, zaman içinde birikimli bozulmaya neden olan yalıtım çökmesini önler.

​3 Akıllı SIRMU İçin Teknik Tasarım Şeması​

Geniş dağıtım ağ işlem deneyimi ve gelişmiş yerel ve uluslararası ekipmanların analizi üzerine, pratik ağ işlem koşullarını ve çevre gerekliliklerini göz önünde bulundurarak, kapsamlı bir karşılaştırma sonucunda "10kV Akıllı Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimi Uygulama Araştırması" projesinin geliştirilmesi ve uygulanması konusunda karar verdik.

​3.1 Ana Teknik İçerik​

Yeni AVR-12 tipi Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimleri (SIRMU'lar) orijinal sitede kurulmuştur. Dual güç kaynağı konfigürasyonu kullanılarak, SIRMU'nun akıllı fonksiyonları, hat hatalarının hızlı izolasyonunu, tek fazlı toprak hat hatalarının hızlı tespitini ve tüm anahtar bilgilerinin optik fiber aracılığıyla Dağıtım Otomasyon Ana İstasyonu (DMS)'ye veya SMS ile bakım personeli telefonlarına iletilmesini sağlar. Ana istasyon izleme platformu, veri istatistiklerini ve hata analizini sağlar.

Bu proje, aşağıdaki yönlerde uygulanmıştır:

• Orijinal RMU şemasına dayanarak ve kullanıcı önemini göz önünde bulundurarak, dual giriş hatları üzerinden güç sağlanır. Normal işletim sırasında, Incomer #1 güç sağlar, Incomer #2 ise sıcak beklemededir.
• Ana ekipman, 7 bölmeden oluşan AVR-12 tipi Halka Ana Birimidir: 6 devre kesici (CB) bölmesi ve 1 Potansiyel Dönüştürücü (PT) bölmesi.
• 6 CB bölmesi, CB + Koparıcı (DS) + Yerleştirici Anahtar (ES) yapısını benimser, entegre koruma cihazlarıyla donatılmıştır.
• PT bölmesi, DS + tek fazlı PT yapısını kullanır, iletişim gücü sağlar. PT bölmesindeki DS kullanılarak PT'nin açılıp kapatılabilir, PT veya hat bakımı için SIRMU'nun tamamen devredışı bırakılmasına gerek kalmaz.
• CB tipi SIRMU'lar, kısa devre hat hatalarının çoklu kesimini sağlar. Sigorta korumasına kıyasla, sigorta değişiminin aksaklıklarını ve harcamalarını ortadan kaldırmanın yanı sıra, ayarlamalar aracılığıyla kapsamlı kısa devre koruması sağlar.

​Normal İşlem:​​
Akıllı kontrolör, her giriş/çıkış bölmesi için parametreleri (devre kesici durumu, koparıcı durumu, birincil akım/güç, sıfır-sekanslı akım/güç, DMS ana istasyon durumu) alır. Gerçek zamanlı veri yükleme, optik fiber aracılığıyla Akıllı Dağıtım Anahtarı Ana İstasyonuna iletilir, uzaktan işlemi sağlar.

​Kısa Devre Hat Hatası:​​
Akıllı kontrolörün hızlı koruma özelliği, 15ms içinde hat akımını ve güç akışını tespit eder ve 25ms içinde hatayı temizler, normal hat beslemesini sağlar, zincirleme atlatmayı önler ve kesinti kapsamını minimuma indirir. Anlık karakteristikler (gerilim, akım, anahtar durumu), kalıcı manyetik aktüatörün hareket karakteristiğini kontrol etmeye yardımcı olur, hatayı temizleme süresini kısaltır ve hatayı hızlı bir şekilde izoler eder. Aynı zamanda, kontrolör, SIRMU hareket bilgilerini optik fiber aracılığıyla izleme merkezine iletir, ürün durumunu zamanında değerlendirmeyi, hata konumunu belirlemeyi ve güç geri kazanımını sağlar.

​Tek Fazlı Toprak Hat Hatası:​​
Kontrolör, sıfır-sekanslı akım büyüklüğü/faz ve sıfır-sekanslı gerilim büyüklüğü/faz kullanarak, SIRMU'nun yük tarafında hata olup olmadığını belirler. Sadece yük tarafındaki toprak hat hataları için, kontrolör koruma atlatma veya uyarı komutu verir ve hat bilgilerini optik fiber aracılığıyla yükler. Kaynak tarafındaki hatalar, bu SIRMU'nun kontrolörü tarafından tetiklenmez.

​3.2 Ana Teknik Zorluklar​

(1) Katı yalıtım teknolojisini ve APG üretim sürecini kullanarak, yüksek sıcaklık ve yüksek tuz sisli çevrelerde SIRMU'nun güvenilirliği, uzun ömrü ve bakım gerektirmeyen işletimini sağlama.
(2) Devre kesicinin yüksek gerilimli birincil bölümünü ile ikincil akıllı kontrol bölümü birleştirerek entegre ve esnek bir tasarım kavramı kullanma. Dahili birleştirilmiş akım/gerilim sensörleri, birincil gerilim/akım sinyallerini ve anahtar durumlarını gerçek zamanlı olarak alarak, devre kesicinin aktüatörünün esnek kontrolünü sağlar, vakum kesicinin operasyonunu optimize eder.
(3) Hata akımının hızlı tespiti ve koruma eylemlerin gerçekleştirilmesi.

​Proje Uygulaması:​​
Bu proje, entegre akıllı kontrol cihazlarıyla katı yalıtkanlı RMU'ları kullanır. Ana anahtar, kalıcı manyetik itici vakum devre kesicisi (VCB) ile entegre koparıcı (DS) ve yerleştirici anahtar (ES) kombinasyon cihazı kullanır. Akıllı kontrol sistemi ile donatılmış, DMS koordinasyonu olmadan bile otomatik kontrol fonksiyonlarını gerçekleştirir. Kalıcı manyetik itici, yüksek güvenilirlik ve bakım gerektirmeyen işlem sunar. Optik fiber iletişim, tüm RMU işletim parametrelerinin gerçek zamanlı toplanmasını sağlar, uzaktan güç geri kazanımını ve güç hatası analizini basitleştirir, akıllı ağ uç cihazları için deneyim biriktirir. Dış inox kabın, gelecekteki bakımı minimize eder.

​4 Sonuç​

Akıllı Katı Yalıtkanlı Halka Ana Birimi (SIRMU), güvenli, çevre dostu, istikrarlı, güvenilir ve yüksek derecede akıllı nesil bir RMU'dur. Yüksek rakımlar, aşırı sıcaklık değişimleri, kirletme ve nem gibi sert lokasyonlarda dağıtım için özellikle uygundur.