Примена на интелигентни тврдо изолирани количествени јединици (SIRMUs) во дистрибутивната мрежа во Чинџоу

1 Вовед​

Побережните региони се соочуваат со екологиски предизвици вклучувајќи густа врнежа, грмеж, високи температури, влажност и корозија од солена магла. За да се осигура безбедноста на градските распределбени мрежи во такви околини, за да се минимизираат прекиноти на електричната енергија поради одржувание на опремата, и за да се спречат несреќи поради крајна употреба на опремата и други фактори што влијаат на безбедноста на мрежата, истражувавме употребата на нов тип тврдо изолирано прстено главно устройство (SIRMU). Овој SIRMU нуди долга временска траење, работа без одржувание, еколошко прифатливо, интелигентно и подобрува надежноста на доставата на електрична енергија.

Тренутно, повеќе од 90% од средноволтните прстени главни устройства (RMUs) се засновани на SF₆ гас како изолатор. SF₆ гасот е хемиски многу стабилен, има отлични изолативни и арк-квенични својства и е широко користен во електричната опрема. SF₆ гасот-изолирана комутација е компактна. Меѓутоа, SF₆ гасот се течатува на ниски температури, што намалува неговите изолативни и арк-квенични можности. На високи температури, тој се разлага на многу токсични производи, што ја прави значителна опасност за луѓето. Поради тоа, изливанјето и емисијата се неизбежни при наполнување, функционирање и повторно наполнување, што го прави SF₆ голем загадувач на околината. SF₆ е интернационално препознат како еден од шестте големи парникови гасови; од еколошка перспектива, неговата употреба треба да се минимизира или целосно да се елиминира. Принципот на дизајн на тврдо изолираното прстено главно устройство фундаментално елиминира потребата од SF₆ гас, што дава основна гаранција за намалување на емисиите и заштита на околината во секторот на распределбената мрежа, која силно се поклапа со еколошките барања.

Интелегентното тврдо изолирано прстено главно устройство (SIRMU) за проширување на распределбената мрежа нуди не само еколошкост и изузетна отпорност на тешки околини, туку и висок степен на интелигенција. Неговата функционалност вклучува сите карактеристики традиционално нудени од опремата за првично и вторично електрично систем во една единствена единица. Производот го применува интегриран и модуларен дизајн пристап за високоволтни и нисковолтни компоненти, што нуди одлична универсалност и расширяемост, претставувајќи гоистински интелигентен електричен уред.

​2 Техничка примена на интелегентните тврдо изолирани прстени главни устройства (SIRMUs)​​

​2.1 Примена на технологијата на тврда изолација​

Технологијата на тврда изолација вештачно вклучува капсулирање и затворување на живите делови на главната шема на средноволтната комутација со тврди материјали, или пренесување на високата интензитет на електричното поле во внатрешноста на тврдата изолативна материја. Ова дозволува на тврдата материја да издрази повисоки потенцијали, со што се намалува интензитетот на полето во воздухот. Најзастапени тврди изолативни материјали се епоксидна смола и силиконска гума.

Тврдо изолираното прстено главно устройство (SIRMU) користи тврда изолативна материја како основен изолативен медиум. Кључните проводни делови на централната шема како што се вакуумски прекинувачи и нивните врски, прекинувачи, земјишни прекинувачи, главни матерни плати и гранчни матерни плати се индивидуално или колективно капсулирани во тврда изолација, формирајќи една или неколку модули. Овие модули се целосно изолирани, целосно затворени, со специфични функции и дизајнирани за ре-комбинирање и расширување. Достапните површини за човекот се обложени со проводни или полу-проводни шилти и директно и сигурно земјишни. Кључните карактеристики вклучуваат целосна изолација, целосно затворување, модуларност, компактност и интелигенција. SIRMU-тите демонстрираат значително подобро изведување во спротивување на тешки околини како екстремна студ, висока нагорна, влажност и силни ветрови/песок. Со целосно затворен, водонепрониклив дизајн без изложени високоволтни проводници, тие се особено пригодни за влажни и поплавни области, способни да доставуваат надежна енергија во влажни или потопени услови.

​2.2 Примена на интелегентна заштитна технологија​

Интеграцијата на микропроцесорска и компјутерска технологија во електричната опрема му дозволува да има интелегентни функции, додека овозможува двосмерна комуникација со контролни центри. Ова формира интелегентен систем за мониторинг, заштита и управување на мрежа. Се прости параметри на конфигурација, едно интелегентно уред може удобно да изврши функции традиционално потребни за неколку уреди.

Структурниот дизајн на SIRMU-то е во согласност со барањата на современите интелигентни и одлукливи мрежи. Тој користи брзи алгоритми за да даде прекинувачите брзо прекинување, што овозможува брзо изолирање на дефектни линии и ефикасно спречува каскадно прекинување. Со систем за заштита од једнофазен земјишни дефект, тој овозможува онлайн детекција на такви дефекти во не-земјишни (или високо-импедансни земјишни/PET/PEN) системи без дополнителна конфигурација, давајќи аларми или команди за прекинување според поставени вредности. Главната шема користи модуларен дизајн на једнофазна основа, што целосно ги избегнува межуфазни кратки замкнувања во функционирањето и значително го подобрува ефикасноста на одржуването, намалувајќи ги трошоците. Интегрирана вградена оперативна система има главен CPU архитектура, вклучувајќи ARM процесор (ARMP) за општо обработка и системска контрола, заедно со моќен DSP за ефикасно извршување на повеќе задачи, што овозможува брза обработка на податоци, контрола и комуникација. Единиците се компактни, мале по големина, лесни за инсталирање. Разделните размаки се видливо верификувани за сигурно функционирање. Автоматско препознавање на начин на достава овозможува гибко автоматско променување за двојни извори на енергија, подобрувајќи надежноста на доставата на енергија. Флексибилна поддршка за комуникација (GSM SMS, GPRS, CDMA универзални безжични услуги, влакна, скрстени парови, безжични, носачи), и поддршка на повеќето протоколи за комуникација, олеснува лесна имплементација на автоматизација на распределба.

​2.3 Без одржување и еколошко прифатливо​

Главниот прекинувач користи вакуумски прекинувач без одржување познат по стабилноста и надежноста, без периодично одржување. Интегрираната конструкција на прекинувачот и земјишниот прекинувач со прекинувачот дава компактна структура со надежни механички и електрични интерлоки, ефикасно спречувајќи грешки во функционирањето.

​2.4 Клучни производствени процеси и гарантија на квалитет за SIRMU-тите​

За да се осигура стабилност, последователност и квалитет на производот - со што се гарантира долготрајната изолативна отпорност на SIRMU-тите - тврдите изолирани стапи користат автоматски процес на гелација под притисок (APG) кога се прават од епоксидна смола. Производствените барања за SIRMU-тите се поголеми од оние за RMU-тите со изолација со SF₆ гас. Недостаток на контрола на производствените процеси значително го зголемува ризикот и тешкотијата на скриени изолативни дефекти и грешки во споредба со единиците со SF₆. Строго контролирање на квалитетот на суровините и напредни производствени могуности се неопходни.

Вонешната изолација на неговиот вакуумски прекинувач се постигнува преку многу медиуми, вклучувајќи епоксид, силиконска гума и воздух. Затоа, изолативната отпорност на индивидуалните материјали и третманот на интерфејсите помеѓу различните изолативни медиуми се критични. И епоксидната смола и силиконската гума имаат одлична диелектична отпорност, достигнувајќи 5-6 пати повеќе од воздухот. Да се постигне оваа отпорност, потребно е строго контролирање на процесот на формирање - оптимална температура и притисок - заедно со осигурување на деконтаминација и излегување на гасови во време на формирање за да се избегнат заблужени микро-бубарчиња. Ако не се направи, не само се намалува изолативната отпорност, туку и се причинува неуниформна дистрибуција на електричното поле, што го зголемува делцијалното испуштање (PD) и го создава ризикот од функционирање. Интерфејсната третмана осигурува доволна изолативна отпорност на интерфејсите под стрес, термални циклувања итн., спречувајќи ги изолативните недостатоци. Неопходни се надежни методи за детекција на квалитетот на интерфејсите. Тренутно, PD меренја, X-ray инспекција и тестови на ударни громови можат точно да оценат изолативната отпорност на интерфејсите.

Користејќи X-ray инспекција како фабрични тестови, се спречуваат дефекти како бубарчиња, пори или пукнатини во тврдите изолативни асембли и се осигурува дека вакуумските прекинувачи, нивните врски/терминали и тврдите изолирани матерни плати не покажуваат визуелно очигледни аномални деформации во X-ray слики според нивните позиции. Извршување на PD меренја спречува PD започнување и завршување во слабости или дефекти во изолацијата на SIRMU-тите поради високи електрични полиња, избегнувајќи кумулативна дегенерација што води до крајна изолативна крајна точка во текот на времето.

​3 Техничка дизајн схема за интелегентниот SIRMU​

На база на широка експериенција во функционирање на распределбената мрежа и анализа на напредна домашна и интернационална опрема, земајќи ги во предвид практичните услови на функционирање на мрежата и еколошките барања, ние го одредивме преку комплетна компарација да развиеме и да применуваме проектот „Примена на истражување на 10kV интелегентно тврдо изолирано прстено главно устройство“.

​3.1 Главни технички содржини​

Нови AVR-12 тип тврдо изолирани прстени главни устройства (SIRMU-тите) се инсталирани на оригиналната локација. Користи се конфигурација со двојна достава на енергија, со користење на интелегентните функции на SIRMU-тите за брзо изолирање на дефектни линии, брзо детектирање на једнофазни земјишни дефекти и пренесување на сите информации за прекинувачите преку оптика во Главната станција за автоматизација на распределба (DMS) или преку SMS на телефоните на одржувачите. Користејќи главната станција за мониторинг, се овозможуваат статистика на податоци и анализа на дефекти.

Овој проект се имплементира во следните аспекти:

• На база на оригинален план за RMU и земајќи ги во предвид важноста на корисникот, енергијата се доставува преку двојни входни линии. Во нормално функционирање, входот #1 доставува енергија, додека входот #2 е на гореща резерва.
• Главната опрема е AVR-12 тип прстено главно устройство, состојачки од 7 секции: 6 секции со прекинувачи (CB) и 1 секција со преобразувач на потенцијал (PT).
• Секциите со CB користат структура CB + Прекинувач (DS) + Земјишни прекинувач (ES), опремени со интегрирани заштитни уреди.
• Секцијата со PT користи структура DS + једнофазен PT, што нуди комуникационска енергија. PT-тот може да се вклучува/исклучува со користење на DS во секцијата со PT, што овозможува одржуване на PT или линија без потреба од целосен SIRMU прекин.
• Користејќи SIRMU-ти со CB, се овозможуваат многу прекинувања на кратки дефектни струи. Во споредба со заштита со предохранители, освен што се елиминира неудобството и отпадот од замена на предохранители, тие нудат целосна заштита од кратки замкнувања преку подесување на параметрите.

​Нормално функционирање:​​
Интелегентниот контролер ги придобива параметрите (статус на прекинувач, статус на прекинувач, первична струја/напон, нулта струја/напон, статус на DMS главна станција) за секој вход/излез. Реално време пренесување на податоци преку оптика до Главната станција за интелегентни прекинувачи овозможува да се изврши управување на далечина.

​Кратки замкнувања:​​
Брзата заштитна функција на интелегентниот контролер ги детектира дефектната струја и проток на енергија во 15ms и ја чисти дефектот во 25ms, што го осигурува нормалното доставување на линијата, спречува каскадно прекинување и го минимизира опсегот на прекин. Инстантни карактеристики (напон, струја, статус на прекинувач) дозволуваат контрола над акцијата на перманентниот магнетен актуатор, што го缩短了输出，以下是完整翻译： ```html 瞬时特性（电压、电流、开关状态）允许控制永磁执行器的动作特性，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，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/相位来确定SIRMU负载侧是否发生故障。仅在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 主要技术挑战​

(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相结合。内置组合电流/电压传感器能够实时采集一次电压/电流信号和开关状态，灵活控制断路器的执行器，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：​​
本项目采用集成智能控制装置的固体绝缘环网柜。主开关采用由永磁操作真空断路器（VCB）与隔离开关（DS）和接地开关（ES）组成的组合装置。配备智能控制系统，即使没有DMS协调也能执行自动控制功能。永磁执行器具有高可靠性和免维护性。光纤通信可以实时收集所有环网柜运行参数，简化远程供电恢复和电力故障分析，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​

智能固体绝缘环网单元（SIRMU）是一种安全、环保、稳定、可靠且高度智能化的下一代环网单元。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。