Uporaba pametnih čvrsto izoliranih kolobarjem povezanih enot (SIRMUs) v distribucijskem omrežju Qinzhou
1 Uvod
Obalinske regije se soočajo z okoljskimi izzivi, kot so močne padavine, grmlje, visoke temperature, visoka vlaga in korozija zaradi solanih pršil. Za zagotavljanje varnosti mestnih distribucijskih omrežij v takšnih okoljih, zmanjšanje odrezov struje zaradi vzdrževanja opreme in preprečevanje nesreč zaradi iztrošenosti opreme in drugih dejavnikov, ki vplivajo na varnost omrežja, smo raziskali uporabo novega tipa čvrsto izolirane krožne glavne enote (SIRMU). Ta SIRMU ponuja dolgo življenjsko dobo, brezvzdržno delovanje, skladnost s predpisi o okolju, pametnost in izboljšano zanesljivost oskrbe z energijo.
Trenutno več kot 90% srednjespinskih krožnih glavnih enot (RMU) uporablja SF₆ plin kot izolacijsko sredstvo. SF₆ plin je kemikalno zelo stabilen, ima odlične izolacijske in uglaševalne lastnosti in se široko uporablja v električni opremi. SF₆ plinsko izolirana zaprljalska oprema je kompaktna. Vendar SF₆ plin pri nizkih temperaturah tekne, kar zmanjša njegove izolacijske in uglaševalne zmogljivosti. Pri visokih temperaturah se razloči v zelo toksične posledice, kar predstavlja veliko tveganje za ljudi. Poleg tega je iztekanje in emisije neizbežna med polnjenjem, delovanjem in obnavljanjem plina, kar SF₆ plin postavlja kot velik okoljski onesnaževalec. SF₆ je mednarodno priznan kot eden od šestih glavnih stekleničnih plinov; s stališča okolja bi morala njegova uporaba biti zmanjšana ali odstranjena. Načelo oblikovanja čvrsto izolirane krožne glavne enote temeljito odpravi potrebo po SF₆ plinu, kar zagotavlja temeljit podlog za zmanjšanje emisij in varstvo okolja v sektorju distribucijskega omrežja, kar se ujema z okoljskimi zahtevami.
Pametna čvrsto izolirana krožna glavna enota (SIRMU) za razširitev distribucijskega omrežja ponuja ne le ekološko prijaznost in odlično odpornost na težke okoljske pogoje, ampak tudi visoko stopnjo pametnosti. Njena funkcionalnost vključuje vse funkcije, ki jih tradicionalno zagotavljata primarna in sekundarna električna oprema, v eni enoti. Izdelek uporablja integrirani in modularen pristop k oblikovanju za visokonapetostne in nizkonapetostne komponente, kar mu zagotavlja odlično splošnost in razširljivost, predstavlja resnično pametno električno napravo.
2 Tehnična uporaba pametnih čvrsto izoliranih krožnih glavnih enot (SIRMU)
2.1 Uporaba tehnologije čvrste izolacije
Tehnologija čvrste izolacije se glavno navezuje na zaključevanje in zapečevanje živeh delov glavnega kruga srednjespinskih zaprljalnih naprav s čvrstim materialom, ali prenašanje visoke intenzitete električnega polja notranjosti čvrstega izolacijskega materiala. To omogoča, da čvrsti material prenaša višje potencialne razlike, s tem pa zmanjša intenziteto polja v zraku. Najpogostejši čvrsti izolacijski materiali so epoksidna smola in silikonska guma.
Čvrsto izolirana krožna glavna enota (SIRMU) uporablja čvrsti izolacijski material kot primarno izolacijsko sredstvo. Ključne vodilne komponente, kot so vakuumski prekini in njihove povezave, odvajalniki, zemljiščna zaprljala, glavni busovi in odvodi busov, so posebno ali skupaj zaključeni v čvrsti izolaciji, s čimer tvorijo eno ali več modulov. Ti moduli so popolnoma izolirani, popolnoma zapečeni, funkcionalno specifični in oblikovani za ponovno združevanje in razširjanje. Površine, dostopne ljudem, so pokrite vodilnimi ali polvodilnimi ščitnimi sloji in so neposredno in zanesljivo zemljiščena. Ključne značilnosti vključujejo popolno izolacijo, popolno zapečevanje, modularnost, kompaktnost in pametnost. SIRMU-ji kažejo zelo boljše zmogljivosti v odporu na težke okoljske pogoje, kot so ekstremni mraki, visoke nadmorske višine, vlaga in močni veter/pesek, kot SF₆ RMU-ji. Z njihovo popolno zapečeno in vodootpeljevalno obliko, brez izpostavljenih visokonapetostnih vodil, so posebej primerne za vlage in območja, ki so podvržena poplavam, in lahko zagotavljajo zanesljivo oskrbo z energijo v vlage ali potopljenih pogojih.
2.2 Uporaba tehnologije pametnega zaščitnega sistema
Vključitev mikroprocesorske in računalniške tehnologije v električno opremo ji daje pametne funkcije, hkrati omogoča dvosmerne komunikacije z kontrolnimi centri. To tvori pametni sistem nadzora, zaščite in upravljanja omrežja. Preko preprostega konfiguriranja parametrov lahko ena sama pametna naprava enostavno opravi funkcije, ki jih tradicionalno zahtevajo več naprav.
Strukturno oblikovanje SIRMU-ja se ujema z zahtevami sodobnih odpornih pametnih omrežij. Uporablja hitre algoritme, ki circuit breaker-ju omogočajo hitro odpiranje, s tem pa hitro izolacijo defektne linije in učinkovito preprečevanje kaskadnega odpiranja. Oprijete s sistemom zaščite proti enofaznim zemljiščnim napakam, omogoča on-line detekcijo takšnih napak v nezemljiščenih (ali visokoprogibnih/PET/PEN) sistemih, brez dodatne konfiguracije, in po postavljenih vrednostih zagotavlja alarme ali ukaze za odpiranje. Glavni krug uporablja enofazni modulen dizajn, ki popolnoma izogiba faza-faza kratkim preklopom med delovanjem in zelo izboljša učinkovitost vzdrževanja ter zmanjša stroške. Integrirana vdelana operacijska sistema ima jedrske CPU arhitekturo, vključno z ARM procesorjem (ARMP) za splošno obdelavo in nadzor sistema, skupaj s močnim DSP za učinkovito večzadostno obdelavo, omogoča hitro obdelavo podatkov, nadzor in komunikacijo. Enote so strukturno kompaktni, majhne velikosti, lahe in enostavne za namestitev. Izolacijski presledki so vidno preverjeni za varno delovanje. Avtomatsko prepoznavanje načina oskrbe omogoča prilagodljivo avtomatsko preklop za dvojno oskrbo, s tem izboljša zanesljivost oskrbe z energijo. Prilagodljiva komunikacijska podpora (GSM SMS, GPRS, CDMA univerzalne brezžične storitve, vlakna, povrta, brezžično, nosilca), in podpora za več komunikacijskih protokolov, olajša enostavno implementacijo automatizacije distribucije.
2.3 Brezvzdržno in ekološko prijazno
Glavni preklop uporablja brezvzdržni vakuumski preklop, znan po stabilnosti in zanesljivosti, ki ne zahteva rednega vzdrževanja. Integrirano oblikovanje odvajalnika in zemljiščnega zaprljala s preklopom zagotavlja kompaktno strukturo z zanesljivimi mehanskimi in električnimi interlokami, učinkovito preprečuje zamenjavo.
2.4 Ključni proizvodni postopki in zagotavljanje kakovosti za SIRMU-je
Za zagotavljanje stabilnosti proizvodnje, enakomerne in kakovosti izdelka - s tem zagotavljanje dolgoročne izolacijske izdržljivosti SIRMU izdelkov - čvrsto izolirani palice uporabljajo postopek avtomatske tlakove gelacije (APG) pri izdelavi iz epoksidne smole. Proizvodni zahteve za SIRMU-je presegajo one za SF₆ plinsko izolirane RMU-je. Nedostatečna nadzor proizvodnega postopka značilno poveča verjetnost in težavnost skritih izolacijskih defektov in napak v primerjavi z SF₆ enotami. Strogi nadzor surovine in napredne proizvodne zmogljivosti so ključni.
Zunanja izolacija vakuumskih prekinov je dosežena preko več medijskih, vključno s epoksidom, silikonsko gumo in zrakom. Torej, izolacijska moč posameznih materialov in ravnanje z meji med različnimi izolacijskimi medijami sta ključna. Obaja, epoksid in silikonska guma, ponujata odlično dielektrično moč, dosežena 5-6-krat višja kot zraka. Za dosego te moči je potreben strogi nadzor postopka litje - optimalne temperature in tlaka - skupaj s zagotavljanjem degaziranja in ventlacije med litje, da se izognemo zadržanim mikro bubnjcem. Če tega ne storimo, ne le zmanjša izolacijsko moč, ampak tudi povzroča neravnomerno porazdelitev električnega polja, poveča delne razpade (PD) in predstavlja operativno tveganje. Ravnanje z meji zagotavlja dovolj izolacijske moči na meji pod stresom, termičnimi cikli in dr., preprečuje izolacijsko propadanje. Zahtevani so zanesljivi metodi za preverjanje kakovosti meje. Trenutno PD merjenje, rentgenska pregledovanja in testi hitrih impulsov lahko natančno ocenijo izolacijsko moč na meji.
Uporaba rentgenskega pregledovanja kot tovarniški test preprečuje defekte, kot so bubnji, pori ali trsi v čvrstih izolacijskih montažah in zagotavlja, da vakuumski preklopi, njihove povezave/zaporedja in čvrsto izolirani busovi ne kažejo vidno nenormalnih deformacij v rentgenskih slikah glede na njihove položaje. Izvajanje PD merjenj preprečuje nastanek in izginjanje PD v šibkih ali defektih znotraj izolacije SIRMU-ja, povzročenih visokim električnim poljem, in preprečuje kumulativno degradacijo, ki vodi do propada izolacije s časom.
3 Tehnični načrt za pametni SIRMU
Na podlagi obsežnega izkušnje z delovanjem distribucijskega omrežja in analize napredne domače in tujine opreme, glede na praktične pogoje delovanja omrežja in okoljske zahteve, smo določili preko celovitega primerjava, da razvijemo in uporabljamo projekt "Raziskave uporabe pametne čvrsto izolirane krožne glavne enote 10kV".
3.1 Glavno tehnično vsebino
Nameščeni so novi AVR-12 tip čvrsto izoliranih krožnih glavnih enot (SIRMU-je) na prvotnem mestu. Uporablja se konfiguracija dvojne oskrbe, ki izkoristi pametne funkcije SIRMU-ja za hitro izolacijo defektne linije, hitro detekcijo enofaznih zemljiščnih napak in prenos vseh informacij o zaprljalah preko vlakna na Distribucijsko avtomatizirano glavno postajo (DMS) ali preko SMS na telefoni održevalcev. Uporaba nadzorne platforme glavne postaje omogoča statistiko podatkov in analizo napak.
Ta projekt se izvaja v naslednjih vidikih:
- Na podlagi prvotnega načrta RMU-ja in glede na pomembnost uporabnika, se oskrba z energijo izvaja preko dveh vhodnih vratarjev. Med normalnim delovanjem Incomer #1 oskrbuje z energijo, medtem ko je Incomer #2 na vročem pripravljenosti.
- Glavna oprema je AVR-12 tip krožne glavne enote, sestavljena iz 7 bajes: 6 bajes s preklopi (CB) in 1 baya s potencialnim transformatorjem (PT).
- 6 bajes CB uporabljajo strukturo CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES), opremljene s kombiniranimi zaščitnimi napravami.
- Bay PT uporablja strukturo DS + enofazni PT, ki zagotavlja komunikacijsko energijo. PT se lahko vklopi/izklopi z DS v bayu PT, kar omogoča vzdrževanje PT ali linije brez potrebe po popolnemu odrezu SIRMU-ja.
- Uporaba CB tipa SIRMU-jev omogoča večkratne preklope kratkih tokov napak. V primerjavi z zaščito s prekinitvami, poleg odpravljanja nezgodnosti in odpadlin pri menjavi prekinitve, zagotavljajo celovito zaščito pred kratkimi tokmi preko nastavitev.
Normalno delovanje:
Pametni nadzornik pridobi parametre (status preklopa, status odvajalnika, primarni tok/napetost, ničelni tok/napetost, status DMS glavne postaje) za vsak vhod/izhod. Realtime prenos podatkov preko vlakna na Pametno distribucijsko zaprljalsko glavno postajo omogoča oddaljeno delovanje.
Kratki tok:
Hitra zaščitna funkcija pametnega nadzornika zazna tok napake in pretok znotraj 15ms in izključi napako znotraj 25ms, s tem zagotavlja normalno oskrbo z energijo, preprečuje kaskadno odpiranje in zmanjša obseg odrezov. Instantane karakteristike (napetost, tok, status zaprljala) omogočajo nadzor nad akcijskimi karakteristikami trajnega magnetnega aktuatorja, skračuje čas odpravljanja napake, hitro izolira defektne linije. Hkrati nadzornik prenaša informacije o delovanju SIRMU-ja preko vlakna na nadzorno središče, omogoča temeljito oceno stanja izdelka in olajša lokacijo napake in obnovitev oskrbe z energijo.
Enofazna zemljiščna napaka:
Nadzornik uporablja velikost/fazni ničelni tok in velikost/fazni ničelni napon, da določi, ali se dogaja napaka na bremenski strani SIRMU-ja. Samo za zemljiščne napake na bremenski strani nadzornik izdaja ukaz za zaščito ali alarm in prenaša informacije o napaki preko vlakna. Napake na viru strani ne aktivirajo dejanja tega SIRMU-ja nadzornika.
3.2 Ključne tehnične izzive
(1) Uporaba tehnologije čvrste izolacije in APG proizvodnega postopka za zagotavljanje zanesljivosti, dolge življenjske dobe in brezvzdržnega delovanja SIRMU-jev v visokotemperaturnih in visokosolnih okoljih.
(2) Uporaba integriranega, prilagodljivega koncepta oblikovanja, ki združuje visokonapetostni primarni del preklopa s sekundarnim inteligentnim kontrolnim delom. Vgrajeni kombinirani senzorji za tok in napetost omogočajo real-time pridobivanje signalov primarne napetosti/toka in statusa zaprljala za prilagodljivo kontrolo aktuatorja preklopa, optimizacija delovanja vakuumskih preklopnikov.
(3) Hitro zaznavanje toka napake in izvedba zaščitnih dejanj.
Izvajanje projekta:
Ta projekt uporablja čvrsto izolirane krožne glavne enote z integriranimi pametnimi kontrolnimi napravami. Glavni preklop uporablja kombinirano napravo, sestavljeno iz vakuumskih preklopov z permanentnimi magnetnimi aktuatorji (VCB) z integriranimi odvajalniki (DS) in zemljiščnimi zaprljali (ES). Oprijeta s pametnim kontrolnim sistemom, ki izvaja avtomatske kontrolne funkcije, tudi brez sodelovanja DMS. Permanentni magnetni aktuator ponuja visoko zanesljivost in brezvzdržno delovanje. Komunikacija preko vlakna omogoča real-time zbiranje vseh delovalnih parametrov SIRMU-ja, poenostavlja oddaljeno obnovitev oskrbe z energijo in analizo napak, in nakopiša izkušnje za pametne terminalne naprave omrežja. Zunanja ogrinjača iz nerjavečega jekla zmanjša prihodnje vzdrževanje.
4 Zaključek
Pametna čvrsto izolirana krožna glavna enota (SIRMU) je varna, ekološko prijazna, stabilna, zanesljiva in zelo pametna naslednja generacija RMU-jev. Posebej se ujema za namestitev na težkih lokacijah, značilnih za visoke nadmorske višine, ekstremne temperature, onesnaženost in vlago.
