Bruk av intelligente solid isolerte ringhovedenheter (SIRMUs) i Qinzhou distribusjonsnett

1 Introduksjon​

Kystområder står overfor miljøutfordringer som kraftig nedbør, lyn, høy temperatur, høy fuktighet og høy saltkorrosjon. For å sikre sikkerheten i bys distribusjonsnettverk i slike miljøer, minimere strømnedsatt fra utstyrsvedlikehold, og forhindre ulykker på grunn av utstyrs aldersgrense og andre faktorer som påvirker nettets sikkerhet, har vi forsket på bruk av en ny type Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU). Denne SIRMUen tilbyr lang levetid, vedlikeholdsfri drift, miljøoverholdelse, intelligens og forbedret strømforsyningssikkerhet.

For tiden er over 90% av mediumspans Ring Main Units (RMUs) avhengige av SF₆-gass som isoleringsmedium. SF₆-gass er kjemisk veldig stabil, har fremragende isolerings- og bukkeslukningskapasiteter, og brukes vidt i strømleveringutstyr. SF₆-gassisolert bryterutstyr er kompakt. Imidlertid likviderer SF₆-gass ved lave temperaturer, noe som reduserer dets isolerings- og bukkeslukningskapasiteter. Ved høy temperatur dekomponerer det seg til høygiftige biprodukter, som utgjør betydelige risikoer for mennesker. I tillegg er lekkasje og utslipp uunngåelige under gassfylling, drift og gjenvinning, noe som gjør SF₆ til et viktig miljøforurensende stoff. SF₆ er internasjonalt anerkjent som ett av de seks største drivhusgasser; fra et miljøperspektiv bør dens bruk minimeres eller elimineres. Designprinsippet for Solid Insulated Ring Main Unit eliminerer grunnleggende behovet for SF₆-gass, noe som gir en grunnleggende garanti for reduksjon av utslipp og miljøvern i distribusjonsnettsektoren, og er sterkt i samsvar med miljøkrav.

Den intelligente Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) for distribusjonsnettverksoverskyting tilbyr ikke bare miljøvennlighet og fremragende motstand mot tøffe miljøer, men også en høy grad av intelligens. Dens funksjonalitet dekker alle funksjoner tradisjonelt tilbudt av både primær- og sekundær strømsystemutstyr i en enkelt enhet. Produktet bruker en integrert og modulær designmetode for både høy- og lavspanskomponenter, og tilbyr fremragende allsidighet og utvidbarhet, og representerer en virkelig smart elektrisk enhet.

​2 Teknisk anvendelse av intelligente Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs)​​

​2.1 Anvendelse av solid isolasjonsteknologi​

Solid isolasjonsteknologi involverer hovedsakelig omgivelse og tettning av live deler av mediumspansbrytere med faste materialer, eller overføring av høy elektrisk feltintensitet inn i innsiden av det solide isoleringsmaterialet. Dette lar det solide materialet takle høyere potensialer, noe som reduserer feltstyrken i luften. De mest vanlige solide isoleringsmaterialene er epoksyhars og silikonkautsjuk.

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) bruker fast isoleringsmateriale som hovedisoleringmedium. Nøkkelførledende kretskomponenter som vakuumavbrytere og deres koblinger, skilleknapper, jordingskilleknapper, hovedbusser og grenbusser er individuelt eller kollektivt omgitt av fast isolering, og danner en eller flere moduler. Disse modulene er fullt isolerte, fullt tettede, funksjonsspesifikke og designet for rekonfigurasjon og utvidelse. Overflater tilgjengelige for mennesker er belegg med ledende eller semi-ledende skjermingslag og er direkte og pålitelig jordet. Nøkkelenegenskaper inkluderer full isolering, full tettning, modularitet, kompakthet og intelligens. SIRMUer viser signifikant bedre ytelse enn SF₆ RMUer i å motstå tøffe miljøer som ekstrem kulde, høy høyde, fuktighet og sterk vind/sand. Med full tettning, vannbestandig design uten eksponerte høyspanskable, er de spesielt egnet for fuktige og flodbare områder, og kan gi pålitelig strømforsyning i fuktige eller oversvømte forhold.

​2.2 Anvendelse av intelligent beskyttelseteknologi​

Integrasjon av mikroprosessor- og datateknologi i elektriske enheter gir dem intelligente funksjoner, samtidig som den muliggjør toveis kommunikasjon med kontrollsentre. Dette danner et intelligent overvåking-, beskyttelses- og nettverksadministrasjonssystem. Gjennom enkel parameterkonfigurasjon kan en enkelt intelligent enhet enkelt utføre funksjoner som tradisjonelt krever flere enheter.

Strukturelt designet av SIRMU er i samsvar med kravene til moderne robuste smarte nett. Det bruker raske algoritmer for å gi brytere hurtig trippfunksjon, noe som muliggjør rask isolering av feilfulle linjer og effektivt unngår kaskade-tripp. Utstyrt med et enefase jordfeilbeskyttelsessystem, muliggjør det online-deteksjon av slike feil i ubunde (eller høy impedans-bunde/PET/PEN) systemer uten at det trengs ekstra konfigurasjon, og gir alarm eller trip-kommandoer basert på satt verdier. Hovedkretsen bruker en enefase modulær design, som helt unngår fase-til-fase kortslutninger under drift og øker vedlikeholds-effektiviteten mens kostnadene reduseres. Et integrert innebygd operativsystem har en kjerne CPU-arkitektur, inkludert en ARM-prosessor (ARMP) for generell behandling og systemkontroll, sammen med en kraftig DSP for effektiv fleroppgavebehandling, som muliggjør høyhastighetsdatahåndtering, kontroll og kommunikasjon. Enheter er strukturelt kompakte, små i størrelse, lette i vekt og enkle å installere. Isolasjonskløfter er synlig verifisert for sikker drift. Automatisk leveringsmodusidentifisering muliggjør fleksibel automatisk bytte mellom dobbel strømforsyning, noe som forbedrer strømforsyningssikkerheten. Fleksibel kommunikasjonstilbakemelding (GSM SMS, GPRS, CDMA universelle trådløse tjenester, fiber, torsjonpar, trådløs, bærende) og støtte for flere kommunikasjonsprotokoller, forenkler lett implementering av distribusjonsautomatisering.

​2.3 Vedlikeholdsfri og miljøvennlig​

Hovedbryteren bruker en vedlikeholdsfri vakuumavbryter kjent for stabilitet og pålitelighet, som ikke krever periodisk vedlikehold. Den integrerte designen av skilleknapp og jordingskilleknapp med bryteren gir en kompakt struktur med pålitelige mekaniske og elektriske interlocker, noe som effektivt unngår misshandtering.

​2.4 Nøkkelfremstillingsprosesser og kvalitetskontroll for SIRMUer​

For å sikre produksjonsstabilitet, konsistens og produktkvalitet – og dermed garantere SIRMU-produktets lange levetid ved isolasjonmotstand – bruker faste isolerte stolper Autometisk Pressur Gelering (APG)-prosess når de lages av epoksyhars. Kravene til fremstillingsprosessen for SIRMUer overstiger de for SF₆-gassisolerte RMUer. Utenstikkende produksjonsprosesskontroll øker signifikant sannsynligheten for og alvorligheten av skjulte isolasjonsdefekter og feil sammenlignet med SF₆-enheter. Strenge kvalitetskontroller av råvarer og avanserte prosessevner er essensielle.

Den eksterne isolasjonen av dens vakuumavbryter oppnås gjennom flere medier, inkludert epoksy, silikonkautsjuk og luft. Derfor er isolasjonsstyrken til individuelle materialer og grensesnittbehandlingen mellom ulike isoleringsmedier avgjørende. Både epoksy og silikonkautsjuk har fremragende dielektriske styrker, som når 5-6 ganger den til luft. Oppnåelse av denne styrken krever streng kontroll over formingsprosessen – optimal temperatur og trykk – samt sikring av materialedegassing og ventilering under formingen for å unngå innesluttet mikrobobbler. Dersom dette ikke gjøres, reduseres ikke bare isolasjonsstyrken, men det fører også til uregelmessig elektrisk feltfordeling, øker partiell utløsning (PD) aktivitet og utgjør driftsrisker. Grensesnittbehandlingen sikrer tilstrekkelig grensesnittisolasjonstyrke under stress, termisk sykling osv., for å unngå isolasjonsmislykke. Pålidelige metoder for grensesnittkvalitetsdeteksjon er nødvendige. For øyeblikket kan PD-målinger, røntgenundersøkelser og lynimpulsprøver nøyaktig vurdere grensesnittisolasjonstyrke.

Bruk av røntgenundersøkelser som fabrikkprøve forhindrer defekter som bobler, porer eller sprækker i faste isolasjonsmonteringer, og sikrer at vakuumavbrytere, deres koblinger/kontakter og faste isolerte busser ikke viser noen synlige anormale deformasjoner i røntgenbilder i forhold til deres posisjoner. Utførelse av PD-målinger forhindrer PD-innføring og -utslettelse i svakheter eller defekter i SIRMUens isolasjon forårsaket av høye elektriske felt, unngår kumulativ degradasjon som fører til isolasjonsbrudd over tid.

​3 Teknisk designskjema for den intelligente SIRMUen​

Basert på omfattende erfaring med drift av distribusjonsnettverk og analyse av avansert innenlands- og utlandsutstyr, og med tanke på praktiske nettverksdriftsforhold og miljøkrav, bestemte vi gjennom en omfattende sammenligning å utvikle og anvende "Anvendelsesforskning av 10kV Intelligent Solid Insulated Ring Main Unit"-prosjektet.

​3.1 Hovedteknisk innhold​

Ny AVR-12 type Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUer) installeres på originalstedet. En dobbel-strømforsyning konfigurasjon benyttes, som utnytter SIRMUens intelligente funksjoner for rask isolering av feilfulle linjer, hurtig deteksjon av enefase jordfeil, og overføring av all bryterinformasjon via fiber til Distribusjonsautomatiserings-hovedstasjon (DMS) eller via SMS til vedlikeholds-personals mobiltelefoner. Bruk av hovedstasjonens overvåkingsplattform muliggjør datastatistikk og feilanalyse.

Dette prosjektet implementeres i følgende aspekter:

• Basert på det opprinnelige RMU-skjemaet og med tanke på brukerviktighet, leveres strøm via doble innkomende linjer. Under normal drift leverer Incomer #1 strøm mens Incomer #2 er på varm beredskap.
• Hovedutstyret er AVR-12 type Ring Main Unit, bestående av 7 celler: 6 bryter (CB) celler og 1 Spenningsomformer (PT) celle.
• De 6 CB-cellene bruker en CB + Skilleknapp (DS) + Jordingskilleknapp (ES) struktur, utstyrt med integrerte beskyttelsesenheter.
• PT-cellen bruker en DS + enefase PT struktur, som gir kommunikasjonstrøm. PT-en kan skifte inn/ut ved hjelp av DS i PT-cellen, noe som tillater PT- eller linjevedlikehold uten at det kreves en full SIRMU-nedetid.
• Bruk av CB-type SIRMUer tillater flere avbrytninger av kortslutningsfeilstrøm. Sammenlignet med fusjonsbeskyttelse, unngår de ikke bare ulemper og tap av fusjonsutskifte, men de gir også fullstendig kortslutningsbeskyttelse gjennom innstilling.

​Normal drift:​​
Den intelligente kontrolleren henter parametre (bryterstatus, skilleknappstatus, primærstrøm/spenning, nullsekvensstrøm/spenning, DMS-hovedstasjonstatus) for hver inn- og utgående celle. Sanntidsdataoverføring via fiber til Intelligent Distribution Switch Master Station muliggjør fjernoperasjon.

​Kortslutningsfeil:​​
Den intelligente kontrollerens raske beskyttelsesfunksjon detekterer feilstrøm og strømflyt innen 15 ms og klarer feilen innen 25 ms, noe som sikrer normal linjeservice, unngår kaskadetripp, og minimaliserer nedbrudsomfang. Momentane egenskaper (spenning, strøm, bryterstatus) tillater kontroll over permanent magnet aktuatorens handlingsegenskaper, korte feilklareringstid for rask isolering av feillinje. Samtidig sender kontrolleren SIRMU-handlingsinformasjon via fiber til overvåkingsenteret, noe som muliggjør tidlig vurdering av produktstatus og forenkler feillokalisering og strømgjenoppretting.

​Enefase jordfeil:​​
Kontrolleren bruker nullsekvensstrømmens størrelse/fase og nullsekvensspenningens størrelse/fase for å bestemme om det oppstår en feil på SIRMUens lastside. Bare for jordfeil på lastsiden gir kontrolleren beskyttelsestripp eller alarmkommando og overfører feilinformasjon via fiber. Feil på kildesiden utløser ikke handling fra denne SIRMU-kontrolleren.

​3.2 Hovedtekniske utfordringer​

(1) Anvendelse av solid isolasjonsteknologi og APG-fremstillingsprosess for å sikre SIRMUens pålitelighet, lang levetid og vedlikeholdsfri drift under høytemperatur og høy-salthvelving miljøer.
(2) Bruk av en integrert, fleksibel designkonsept som kombinerer bryterens høyspans primære seksjon med sekundær intelligente kontrollssekson. Innbygde kombinerte strøm/spenningsensorer muliggjør sanntidsinnhenting av primær spenning/strømsignal og bryterstatus for fleksibel kontroll av bryterens aktuator, optimisering av vakuumavbryterens drift.
(3) Rask deteksjon av feilstrøm og utførelse av beskyttelseshandlinger.

​Prosjektimplementering:​​
Dette prosjektet bruker solide isolerte RMUer med integrerte intelligente kontrolelementer. Hovedbryteren bruker en kombinasjonsenhet bestående av en Permanent Magnet Aktiveret Vakuumavbryter (VCB) med integrert Skilleknapp (DS) og Jordingskilleknapp (ES). Utstyrt med et intelligent kontrolesystem, utfører det automatiske kontrollfunksjoner selv uten DMS-samarbeid. Den permanente magnetaktuatoren tilbyr høy pålitelighet og vedlikeholdsfri drift. Fiberkommunikasjon muliggjør sanntidsinnsamling av alle RMU-driftsparametre, forenkler fjern-strømgjenoppretting og strømfeilanalyse, og akkumulerer erfaring for smarte nettverksterminalelementer. En ekstern rustfritt stål kabinet minimerer fremtidig vedlikehold.

​4 Konklusjon​

Den intelligente Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) er en sikker, miljøvennlig, stabil, pålitelig og høyintelligent neste generasjons RMU. Den er spesielt godt egnet for bruksområder med tøffe lokasjoner som høy høyde, ekstreme temperaturvariasjoner, forurensning og fuktighet.