Toepassing van intelligente solide geïsoleerde ringhoofdritten (SIRMUs) in het Qinzhou-verdeelnetsknetwerk

1 Inleiding​

Kustgebieden staan ​​tegenover milieuproblemen zoals zware regenval, bliksem, hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid en hoge corrosie door zoutnevel. Om de veiligheid van stedelijke distributienetten in dergelijke omgevingen te waarborgen, de stroomuitval veroorzaakt door onderhoud aan apparatuur te minimaliseren en ongelukken te voorkomen door het einde van de levensduur van apparatuur en andere factoren die de netveiligheid beïnvloeden, hebben we onderzocht naar het gebruik van een nieuw type Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar (SIRMU). Deze SIRMU biedt een lange levensduur, onderhoudsvrij functioneren, milieuconformiteit, intelligentie en verbeterde betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening.

Momenteel vertrouwen meer dan 90% van de middenspanningsringhoofdschakelaars (RMUs) op SF₆-gas als isolatiemiddel. SF₆-gas is chemisch zeer stabiel, heeft uitstekende isolatie- en boogdoofeigenschappen en wordt wijdverspreid gebruikt in elektrische apparatuur. SF₆-gasgeïsoleerde schakelinstallaties zijn compact. Echter, bij lage temperaturen vloeibaart SF₆-gas, waardoor de isolatie- en boogdoofcapaciteit afneemt. Bij hoge temperaturen ontbindt het in zeer giftige nevenproducten, wat aanzienlijke risico's voor mensen met zich meebrengt. Bovendien zijn lekken en emissies onvermijdelijk tijdens het vullen, bedrijf en herwinnen van gas, waardoor SF₆ een belangrijke milieubelastering is. SF₆ wordt internationaal erkend als een van de zes belangrijkste broeikasgassen; vanuit milieuoogpunt zou het gebruik ervan moeten worden geminimaliseerd of geëlimineerd. Het ontwerpprincipe van de Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar elimineert fundamenteel de noodzaak van SF₆-gas, wat een basisgarantie biedt voor vermindering van uitstoot en milieubescherming in het distributienetwerk, in overeenstemming met milieueisen.

De Slimme Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar (SIRMU) voor uitbreidingen van distributienetten biedt niet alleen milieuvriendelijkheid en uitstekende weerstand tegen extreme omstandigheden, maar ook een hoge mate van intelligentie. De functionaliteit omvat alle kenmerken die traditioneel worden geboden door zowel primaire als secundaire energie-installaties binnen één eenheid. Het product maakt gebruik van een geïntegreerde en modulaire ontwerpaanpak voor zowel hoogspannings- als laagspanningscomponenten, met uitstekende veelzijdigheid en uitbreidbaarheid, wat een ware slimme elektrische toestel vertegenwoordigt.

​2 Technische Toepassing van Slimme Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaars (SIRMUs)​​

​2.1 Toepassing van Vaste Isolatietechnologie​

Vaste isolatietechnologie gaat voornamelijk over het encapsuleren en verzegelen van de actieve delen van de hoofdschakeling van de middenspanningsschakelapparatuur met vaste materialen, of het overbrengen van de hoge elektrische veldintensiteit naar het interieur van het vaste isolatiemateriaal. Dit stelt het vaste materiaal in staat hogere potentiaalverschillen te weerstaan, waardoor de veldsterkte in de lucht wordt verminderd. De meest gebruikte vaste isolatiematerialen zijn epoxyhars en siliconerubber.

De Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar (SIRMU) gebruikt vaste isolatiematerialen als primaire isolatiemedium. Belangrijke geleidende circuitsonderdelen zoals vacuümschakelaars en hun aansluitingen, afschuifschakelaars, aardingsschakelaars, hoofdbusleiders en takbusleiders worden individueel of collectief in vaste isolatie ingesloten, waardoor één of meerdere modules worden gevormd. Deze modules zijn volledig geïsoleerd, volledig verzegeld, functioneel specifiek en ontworpen voor hercombinatie en uitbreiding. Menselijke toegankelijke oppervlakken zijn bedekt met geleidende of halfgeleidende schildlaag en zijn direct en betrouwbaar aangesloten op aarde. Belangrijke kenmerken zijn volledige isolatie, volledige verzegeling, modulariteit, compacte grootte en intelligentie. SIRMUs tonen significant superieure prestaties vergeleken met SF₆ RMUs in het weerstaan van extreme omstandigheden zoals extreem koude, hoge hoogten, vochtigheid en sterke wind/zand. Met een volledig verzegeld, waterdicht ontwerp zonder blootgestelde hoogspanningsgeleiders zijn ze bijzonder geschikt voor vochtige en overstroomde gebieden, en kunnen ze betrouwbare elektriciteitsvoorziening bieden in vochtige of ondergedompelde omstandigheden.

​2.2 Toepassing van Slimme Beveiligingstechnologie​

De integratie van microprocessor- en computertechnologie in elektrische apparatuur geeft deze slimme functies en stelt bidirectionele communicatie mogelijk met controlecentra. Dit vormt een slim systeem voor monitoring, bescherming en netwerkbeheer. Door eenvoudige parameterconfiguraties kan één slim apparaat gemakkelijk de functies uitvoeren die traditioneel meerdere apparaten vereisten.

Het structuurontwerp van de SIRMU voldoet aan de eisen van moderne veerkrachtige slimme netwerken. Het maakt gebruik van snelle algoritmen om schakelaars snel te laten uitschakelen, waardoor foutieve lijnen snel kunnen worden geïsoleerd en een effectieve preventie van kettingreacties wordt gegarandeerd. Uitgerust met een eenfasige grondfoutbescherming, kan het online detecteren van dergelijke fouten in ongegronde (of hoogimpedantie geaarde/PET/PEN) systemen zonder extra configuratie, en alarm of uitschakelcommando's geven volgens ingestelde waarden. Het hoofdcircuit maakt gebruik van een eenfasig modulair ontwerp, wat fase-naar-fase kortsluitingen volledig verhindert tijdens het bedrijf en de onderhoudsefficiëntie aanzienlijk verhoogt terwijl de kosten worden verlaagd. Een geïntegreerd ingebouwd besturingssysteem met een kern CPU-architectuur, inclusief een ARM-processor (ARMP) voor algemeen verwerking en systeemcontrole, naast een krachtige DSP voor efficiënte multitasking, stelt hoge snelheid dataverwerking, controle en communicatie in staat. De eenheden zijn structureel compact, klein van formaat, licht van gewicht en gemakkelijk te installeren. Isolatiegappen zijn zichtbaar geverifieerd voor veilig bedrijf. Automatische herkenningsmodus voor voeding stelt flexibele automatische overschakeling voor dubbele voeding in, waardoor de betrouwbaarheid van de elektriciteitsvoorziening wordt verbeterd. Flexibele communicatieondersteuning (GSM SMS, GPRS, CDMA universele draadloze diensten, vezel, twisted pair, draadloos, draaggolf) en ondersteuning voor meerdere communicatieprotocollen vergemakkelijken de implementatie van distributieautomatisering.

​2.3 Onderhoudsarm en Milieuvriendelijk​

De hoofdschakelaar maakt gebruik van een onderhoudsvrije vacuümschakelaar, bekend om stabiliteit en betrouwbaarheid, die geen periodisch onderhoud vereist. De geïntegreerde ontwerp van de afschuifschakelaar en aardingsschakelaar met de schakelaar biedt een compacte structuur met betrouwbare mechanische en elektrische vergrendelingen, waardoor foute handelingen effectief worden voorkomen.

​2.4 Sleutelproductieprocessen en Kwaliteitsborging voor SIRMUs​

Om productiestabiliteit, consistentie en productkwaliteit te garanderen - en daarmee de langdurige isolatiebelastingsspanning van SIRMU-producten - gebruiken vaste geïsoleerde staven het Automatic Pressure Gelation (APG)-proces bij het maken van epoxyhars. De productievereisten voor SIRMUs gaan verder dan die voor SF₆ gasgeïsoleerde RMUs. Onvoldoende productieprocescontrole vergroot aanzienlijk de kans en ernst van verborgen isolatiefouten en defecten ten opzichte van SF₆-eenheden. Strikte kwaliteitscontrole van grondstoffen en geavanceerde procescapaciteiten zijn essentieel.

De externe isolatie van de vacuümschakelaar wordt bereikt door meerdere media, waaronder epoxy, siliconerubber en lucht. Daarom zijn de isolatiesterkte van individuele materialen en de interfaciale behandeling tussen verschillende isolatiemedia cruciaal. Zowel epoxy als siliconerubber biedt uitstekende dielectrische sterkte, tot wel 5-6 keer die van lucht. Om deze sterkte te bereiken, is strikte controle over het gietproces - optimale temperatuur en druk - nodig, evenals het waarborgen van degassing en venting tijdens het gieten om gevangen microbellen te voorkomen. Als dit niet wordt gedaan, wordt de isolatiesterkte niet alleen verlaagd, maar komt er ook een onevenwichtig elektrisch veldverdeling, wat de partiële ontlading (PD) activiteit verhoogt en operationele risico's creëert. Interfaciale behandeling zorgt voor voldoende interfaciale isolatiesterkte onder spanning, thermische cyclussen, enz., waardoor isolatiefouten worden voorkomen. Betrouwbare detectiemethoden voor interfacekwaliteit zijn nodig. Momenteel kunnen PD-metingen, röntgeninspectie en blikseminpulse-tests de interfaciale isolatiesterkte nauwkeurig beoordelen.

Het gebruik van röntgeninspectie als fabriekstest voorkomt defecten zoals belletjes, poriën of scheuren in vaste isolatieassemblages en zorgt ervoor dat vacuümschakelaars, hun aansluitingen/eindpunten en vaste geïsoleerde busleiders geen visueel merkbare afwijkingen in röntgenbeelden tonen ten opzichte van hun posities. Het uitvoeren van PD-metingen voorkomt PD-begin en -einde in zwakheden of defecten binnen de isolatie van de SIRMU veroorzaakt door hoge elektrische velden, waardoor cumulatieve degradatie die uiteindelijk leidt tot isolatie-inbraak over tijd wordt voorkomen.

​3 Technisch Ontwerpplan voor de Slimme SIRMU​

Op basis van uitgebreide ervaring met distributienetwerkbedrijf en analyse van geavanceerde nationale en internationale apparatuur, rekening houdend met praktische netwerkbedrijfsomstandigheden en milieueisen, hebben we door een grondige vergelijking besloten om het project "Toepassingsonderzoek van 10kV Slimme Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar" te ontwikkelen en toe te passen.

​3.1 Hoofdtechnische inhoud​

Nieuwe AVR-12 type Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaars (SIRMUs) worden op de oorspronkelijke locatie geïnstalleerd. Een dubbele voedingconfiguratie wordt gebruikt, waarbij de intelligente functies van de SIRMU worden benut voor snelle isolatie van foutieve lijnen, snelle detectie van eenfasige grondfouten en het overbrengen van alle schakelinformatie via glasvezel naar de Distributieautomatisering Master Station (DMS) of via SMS naar onderhoudspersoneelsmobiele telefoons. Met behulp van de master station monitoring platform kunnen gegevensstatistieken en foutanalyse worden uitgevoerd.

Dit project wordt uitgevoerd in de volgende aspecten:

• Op basis van het oorspronkelijke RMU-schema en rekening houdend met de gebruikersbelangrijkheid, wordt de voeding geleverd via dubbele inkomende lijnen. Tijdens normaal bedrijf wordt de Inkomer #1 gevoed, terwijl Inkomer #2 in warm standby staat.
• Het hoofdapparaat is de AVR-12 type Ringhoofdschakelaar, bestaande uit 7 compartimenten: 6 schakelaar (CB) compartimenten en 1 Spanningsverdeler (PT) compartiment.
• De 6 CB compartimenten gebruiken een CB + Afschuifschakelaar (DS) + Aardingsschakelaar (ES) structuur, uitgerust met geïntegreerde beschermingsapparaten.
• Het PT compartiment gebruikt een DS + eenfasige PT structuur, die communicatievoeding biedt. De PT kan worden ingeschakeld/uitgeschakeld met de DS in het PT compartiment, waardoor PT-of lijnonderhoud kan worden uitgevoerd zonder dat een volledige SIRMU-stillegging nodig is.
• Met CB-type SIRMUs kunnen meerdere interrupties van kortsluitingsfoutstromen worden uitgevoerd. In vergelijking met fusiebescherming, naast het elimineren van het ongemak en de verspilling van fusievervanging, bieden ze volledige kortsluitingsbescherming door instellingen aan te passen.

​Normaal Bedrijf:​​
De slimme controller verkrijgt parameters (schakelaarstatus, afschuifstatus, primaire stroom/spanning, nulreeksstroom/spanning, DMS master station status) voor elk inkomend/uitgaand compartiment. Real-time gegevensupload via glasvezel naar de Slimme Distributieschakelaar Master Station stelt afstandsbediening in staat.

​Kortsluitingsfout:​​
De snelle beschermingsfunctie van de slimme controller detecteert foutstroom en stroomverloop binnen 15 ms en verwijdert de fout binnen 25 ms, waardoor normale lijnvoorziening wordt gegarandeerd, kettingreacties worden voorkomen en de stroomuitvalbereik wordt geminimaliseerd. Momentane kenmerken (spanning, stroom, schakelaarstatus) sturen de werkingseigenschap van de permanente magneetactuator, waardoor de foutverwijderingstijd wordt bekort en de foutlijn snel wordt geïsoleerd. Tegelijkertijd stuurt de controller SIRMU-actie-informatie via glasvezel naar het monitoringcentrum, waardoor de productstatus tijdig kan worden beoordeeld en de foutlocatie en stroomherstel worden vergemakkelijkt.

​Eénfasige Grondfout:​​
De controller gebruikt de grootte/fase van de nulreeksstroom en de grootte/fase van de nulreeksspanning om te bepalen of er een fout optreedt aan de belastingskant van de SIRMU. Alleen voor grondfouten aan de belastingskant geeft de controller een bescherminguitschakeling of waarschuwingscommando en uploadt foutinformatie via glasvezel. Fouten aan de bronskant activeren geen acties van deze SIRMU-controller.

​3.2 Hoofdtechnische Uitdagingen​

(1) Het toepassen van vaste isolatietechnologie en APG-productieproces om de betrouwbaarheid, lange levensduur en onderhoudsvrije werking van SIRMU's te waarborgen in hoge temperatuur- en hoge zoutnevelomgevingen.
(2) Het gebruik van een geïntegreerde, flexibele ontwerpconcept dat de hoogspanningsprimaire sectie van de schakelaar combineert met de secundaire slimme controlesectie. Ingebouwde gecombineerde stroom/spanningsensoren stellen real-time acquisitie van primaire spanning/stroomsignalen en schakelaarstatus in staat voor flexibele controle van de schakelaaractuator, waardoor de werking van de vacuümschakelaar wordt geoptimaliseerd.
(3) Snelle detectie van foutstroom en uitvoering van beschermingsacties.

​Projectimplementatie:​​
Dit project maakt gebruik van vaste geïsoleerde ringhoofdschakelaars met geïntegreerde slimme controleapparatuur. De hoofdschakelaar gebruikt een combinatieapparaat bestaande uit een Permanente Magnetisch Gedreven Vacuümschakelaar (VCB) met geïntegreerde Afschuifschakelaar (DS) en Aardingsschakelaar (ES). Uitgerust met een slimme controle-systeem, voert het automatische controlefuncties uit zelfs zonder DMS-coördinatie. De permanente magnetische actuator biedt hoge betrouwbaarheid en onderhoudsvrije werking. Glasvezelcommunicatie stelt real-time verzameling van alle RMU-bedrijfsparameters in staat, waardoor afstandsbediening en stroomfoutanalyse worden vereenvoudigd, en ervaring wordt opgedaan voor slimme gridterminal-apparatuur. Een externe roestvrijstalen kast minimaliseert toekomstig onderhoud.

​4 Conclusie​

De Slimme Vast Geïsoleerde Ringhoofdschakelaar (SIRMU) is een veilige, milieuvriendelijke, stabiele, betrouwbare en zeer intelligente volgende generatie RMU. Het is bijzonder geschikt voor inzet in extreme locaties gekenmerkt door hoge hoogte, extreme temperatuurschommelingen, vervuiling en vochtigheid.