Primena inteligentnih čvrsto izolovanih kolčastih glavica (SIRMU) u distributivnoj mreži Qinzhou
1 Uvod
Pobalne regioni su izloženi okruženjskim izazovima uključujući obilne padavine, munje, visoke temperature, visoku vlažnost i visoku koroziju od soli. Da bi se osigurala bezbednost urbanih distributivnih mreža u takvim okruženjima, smanjen broj ispadanja struje zbog održavanja opreme i sprečene nesreće zbog krajnjeg životnog veka opreme i drugih faktora koji utiču na sigurnost mreže, istražili smo upotrebu novog tipa čvrsto izolovanog kolana za prstenačnu mrežu (SIRMU). Ovaj SIRMU nudi dug životni vek, održavanje bez održavanja, usaglašenost sa okruženjem, inteligenciju i poboljšanu pouzdanost snabdevanja strujom.
Trenutno, preko 90% srednje-naponskih kolana za prstenačnu mrežu (RMUs) zavisi od SF₆ gasa kao izolacionog medija. SF₆ gas je hemijski vrlo stabilan, poseduje odlična izolaciona i ugaseća svojstva i široko se koristi u električnoj opremi. SF₆ gas-insulativna aparatura je kompaktna. Međutim, SF₆ gas teče na niskim temperaturama, smanjujući njegove izolacione i ugaseće sposobnosti. Na visokim temperaturama, razlaže se na veoma toksične proizvode, predstavljajući značajan rizik za ljudska stanovništva. Takođe, curenje i emisije su neizbežni tokom punjenja gasa, operacije i povratka, čime SF₆ postaje veliki okruženjski zagađivač. SF₆ je međunarodno prepoznat kao jedan od šest glavnih stakleničnih gasova; sa okruženjskog stanovišta, njegova upotreba treba da se svede na minimum ili potpuno eliminiše. Dizajn princip čvrsto izolovanog kolana za prstenačnu mrežu fundamentalno eliminira potrebu za SF₆ gasom, pružajući temeljnu garantiju za smanjenje emisija i zaštitu okruženja u sektoru distributivnih mreža, u skladu sa okruženjskim zahtevima.
Inteligentno čvrsto izolovano kolano za prstenačnu mrežu (SIRMU) za proširenje distributivne mreže nudi ne samo ekološku prihvatljivost i izuzetnu otpornost na teška okruženja, već i visoku razinu inteligencije. Njegove funkcionalnosti obuhvataju sve karakteristike koje tradicionalno pružaju oprema prvog i drugog stepena napona unutar jedne jedinice. Proizvod koristi integrirani i modularni dizajn pristup za visokonaponske i niskonaponske komponente, pružajući odličnu univerzalnost i proširivost, predstavljajući pravo pametno električno uređenje.
2 Tehnička primena inteligentnih čvrsto izolovanih kolana za prstenačnu mrežu (SIRMU)
2.1 Primena tehnologije čvrste izolacije
Tehnologija čvrste izolacije uglavnom uključuje kapsuliranje i zatvaranje aktivnih delova glavnog kruga srednje-naponske aparature sa čvrstim materijalima, ili prebacivanje visokog intenziteta električnog polja unutar čvrstog izolacionog materijala. To omogućava čvrstem materijalu da izdrži više potencijala, smanjujući intenzitet polja u vazduhu. Najčešći čvrsti izolacioni materijali su epoksidna smola i silikonska guma.
Čvrsto izolovano kolano za prstenačnu mrežu (SIRMU) koristi čvrsti izolacioni materijal kao primarni izolacioni medij. Ključne vodljive komponente kruga, kao što su vakuumski prekidaci i njihove konekcije, prekidaci, zemljišni prekidaci, glavne busbare i grane busbarova, pojedinačno ili kolektivno su kapsulirani u čvrstu izolaciju, formirajući jednu ili nekoliko modula. Ovi moduli su potpuno izolovani, potpuno zatvoreni, funkcionijski specifični i dizajnirani za kombinaciju i proširivost. Površine dostupne ljudskom kontaktu su pokrivene provodnim ili poluprovodnim štitnim slojevima i direktno i pouzdano su zemljeni. Ključne karakteristike uključuju potpunu izolaciju, potpuno zatvaranje, modularnost, kompaktnost i inteligenciju. SIRMU pokazuju znatno bolje performanse u odnosu na SF₆ RMU-e u odbrani od teških okruženja poput ekstremnih hladnoća, visokih nadmorskih visina, vlage i jakog vetra/pješca. Sa potpuno zatvorenim, vodootpornim dizajnom bez izloženih visokonaponskih vodilaca, posebno su pogodni za vlage i područja podložna poplavama, sposobni da pruže pouzdanu snabdevanju strujom u vlaznim ili potopljenim uslovima.
2.2 Primena tehnologije inteligentne zaštite
Integracija mikroprocesora i računarske tehnologije u električnu opremu daje joj inteligentne funkcije dok omogućuje dvosmerno komuniciranje sa kontrolnim centrima. To formira inteligentni sistem nadzora, zaštite i upravljanja mrežom. Kroz jednostavnu konfiguraciju parametara, jedna inteligentna jedinica može udobno obavljati funkcije koje tradicionalno zahtevaju nekoliko uređaja.
Strukturni dizajn SIRMU-a odgovara zahtevima savremenih fleksibilnih pametnih mreža. Koristi brze algoritme kako bi prekidaci imali brzu mogućnost prekidanja, omogućavajući brzo izolovanje greškastih linija i efektivno sprečavanje kaskadnog prekidanja. Opren opremljen sistemom za zaštitu od jednofazne zemljišne greške, omogućava online detekciju takvih grešaka u nezemljenim (ili visokim impedansnim zemljenim/PET/PEN) sistemima bez dodatne konfiguracije, pružajući alarme ili naredbe za prekid prema postavljenim vrednostima. Glavni krug koristi jednofazni modularni dizajn, koji potpuno izbegava faza-faza kratkospoj tokom operacije i značajno povećava efikasnost održavanja dok smanjuje troškove. Integrirani ugrađeni operativni sistem ima jezgrastu CPU arhitekturu, uključujući ARM procesor (ARMP) za opšte obrade i kontrolu sistema, uz moćan DSP za efikasno višezadatačno radnje, omogućavajući brzu obradu podataka, kontrolu i komunikaciju. Jednice su strukturno kompaktni, male dimenzije, lagane težine i lako se instaliraju. Razmaci izolacije su vidljivo verifikovani za bezbednu operaciju. Automatsko prepoznavanje režima snabdevanja omogućava fleksibilnu automatsku promenu za dvostruko snabdevanje, poboljšavajući pouzdanost snabdevanja. Fleksibilna podrška komunikaciji (GSM SMS, GPRS, CDMA univerzalni bežični servisi, optički kabel, parovi, bežično, nosač) i podrška mnogostrukim protokolima komunikacije, olakšava laku implementaciju automatizacije distribucije.
2.3 Bezzaboravno održavanje i ekološka prihvatljivost
Glavni prekidnik koristi bezzaboravni vakumski prekidnik poznat po stabilnosti i pouzdanosti, koji ne zahteva periodično održavanje. Integrirani dizajn prekidnika i zemljišnog prekidnika sa prekidnikom pruža kompaktnu strukturu sa pouzdanim mehaničkim i električnim interlokama, efektivno sprečavajući pogrešnu operaciju.
2.4 Ključni proizvodni procesi i kontrole kvaliteta za SIRMU-e
Da bi se osigurala stabilnost proizvodnje, konzistentnost i kvalitet proizvoda - time obezbeđujući dugotrajnu izolacionu izdržljivost SIRMU proizvoda - čvrsti izolacioni stubovi koriste automatizovani proces gelacije pod pritiskom (APG) kada se izrađuju od epoksidne smole. Zahtevi za proizvodni proces SIRMU-eva prelaze one za SF₆ gas-insulativne RMU-e. Nedostatak kontrole proizvodnog procesa značajno povećava verovatnoću i težinu skrivenih defekata i grešaka izolacije u odnosu na SF₆ jedinice. Strog kontrola sirovina i napredne procesne sposobnosti su esencijalne.
Vanjska izolacija njegovog vakumskog prekidnika ostvarena je kroz više medija, uključujući epoksidnu smolu, silikonsku gumu i vazduh. Stoga, izolaciona čvrstoca pojedinih materijala i tretman sučelja između različitih izolacionih medija su ključni. I epoksidna smola i silikonska guma nude odličnu dielektričnu čvrstocu, dostizajući 5-6 puta onu vazduha. Postizanje ove čvrstoce zahteva strogu kontrolu nad procesom lisovanja - optimalne temperature i pritiske - zajedno sa osiguranjem degaziranja i ventilacije materijala tokom lisovanja kako bi se sprecilo ulaganje mikro-bubanjaka. Neuspjeh u tome ne samo smanjuje izolacionu čvrstocu, već i dovodi do neravnomernog rasporeda električnog polja, povećavajući aktivnost parcijalnih razrijevnih (PD) aktivnosti i predstavljajući operativne rizike. Tretman sučelja osigurava dovoljnu izolacionu čvrstocu sučelja pod stresom, termalnim ciklusima itd., sprečavajući propadanje izolacije. Potrebne su pouzdane metode detekcije kvaliteta sučelja. Trenutno, PD merenja, X-ray pregledi i testovi bljeskave impulsnog udara mogu precizno proceniti izolacionu čvrstocu sučelja.
Korišćenje X-ray pregleda kao fabričnog testa sprečava defekte poput bubanjaka, pora ili pukotina u čvrstim izolacionim sklopovima i osigurava da vakumski prekidaci, njihove konekcije/terminali i čvrsti izolacioni busbari ne pokazuju vizualno apsolutne anormalne deformacije na X-ray slikama u odnosu na njihove pozicije. Izvršavanje PD merenja sprečava pojavu i nestanak PD u slabo tačkama ili defektima unutar izolacije SIRMU-a izazvanih visokim električnim poljima, izbegavajući akumulativnu degradaciju koja dovodi do propadanja izolacije tokom vremena.
3 Tehnički dizajn shema za inteligentni SIRMU
Na osnovu širokog iskustva u operaciji distributivnih mreža i analize napredne domaće i međunarodne opreme, uzimajući u obzir praktične uslove operacije mreže i okruženjske zahteve, odredili smo kroz kompleksno poređenje da razvijemo i primenjujemo projekt "Istraživanje primene 10kV inteligentnog čvrsto izolovanog kolana za prstenačnu mrežu".
3.1 Glavni tehnički sadržaj
Novi AVR-12 tip čvrsto izolovanih kolana za prstenačnu mrežu (SIRMU-e) su instalirani na originalnoj lokaciji. Koristi se konfiguracija dvostrukog snabdevanja, iskoristivši inteligentne funkcije SIRMU-a za brzo izolovanje greškastih linija, brzu detekciju jednofaznih zemljišnih grešaka i prenos svih informacija o prekidnicima preko optičkog vlakna na Glavnu Stanicu za Automatizaciju Distribucije (DMS) ili preko SMS-a na telefoni održavajućeg osoblja. Korišćenjem platforme za nadzor glavne stanice omogućeno je statistika podataka i analiza grešaka.
Ovaj projekat se implementira u sledećim aspektima:
- Na osnovu originalnog rešenja RMU-a i uzimajući u obzir važnost korisnika, snabdevanje strujom se izvršava putem dvostrukog dolaznog voda. Tokom normalne operacije, Incomer #1 snabdijevanje strujom, dok je Incomer #2 na gotovo stanju.
- Glavna oprema je AVR-12 tip kolana za prstenačnu mrežu, sastoji se od 7 boksova: 6 boksova prekidnika (CB) i 1 boks transformatora napon (PT).
- 6 CB boksova koriste strukturu CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES), opremljeni su integrisanim uređajima za zaštitu.
- PT boks koristi strukturu DS + jednofazni PT, pružajući komunikacijsku snabdevanju strujom. PT može biti uključen/isključen korišćenjem DS-a u PT boksu, omogućavajući održavanje PT-a ili linije bez potrebe za potpunim isključenjem SIRMU-a.
- Korišćenje CB-tipa SIRMU-eva omogućava višestruko prekid kratkospojnih greškastih struja. U poređenju sa zaštitom fuzi, osim eliminisanja neudobstava i odbačivanja zamene fuzi, oni pružaju kompleksnu zaštitu od kratkospoja putem podešavanja.
Normalna operacija:
Inteligentni kontroler prikuplja parametre (status prekidnika, status diskonnectora, primarni struja/napon, nulska struja/napon, status glavne stanice DMS) za svaki dolazni/odlazni boks. Realno vreme prenosa podataka preko optičkog vlakna na Glavnu Stanicu za Inteligentne Distribucijske Prekidnike omogućava daljinsku operaciju.
Kratkospojna greška:
Brza zaštitna funkcija inteligentnog kontrolera detektuje greškastu struju i tok struje unutar 15ms i očisti grešku unutar 25ms, osiguravajući normalnu snabdevanju strujom linije, sprečavajući kaskadno prekidanje i minimizirajući obim ispadanja. Instantne karakteristike (napon, struja, status prekidnika) omogućavaju kontrolu nad karakteristikom akcije trajnog magnetnog aktuatora, skraćujući vreme očistavanja greške kako bi se brzo izolovala greškasta linija. Istovremeno, kontroler prenosi informacije o akciji SIRMU-a preko optičkog vlakna na centar za nadzor, omogućavajući pravo vreme procene stanja proizvoda i olakšavajući lokaciju greške i povrat struje.
Jednofazna zemljišna greška:
Kontroler koristi magnitudu/fazu nulske struje i magnitudu/fazu nulske napona da bi utvrdio da li se dogodila greška na opterećenju SIRMU-a. Samo za zemljišne greške na opterećenju kontroler emituje naredbu za zaštitni prekid ili alarm i prenosi informacije o grešci preko optičkog vlakna. Greške na izvoru ne pokreću akcije ovog kontrolera SIRMU-a.
3.2 Glavni tehnički izazovi
(1) Primena tehnologije čvrste izolacije i APG proizvodnog procesa kako bi se osigurala pouzdanost, dug životni vek i bezzaboravno održavanje SIRMU-e u uslovima visokih temperatura i visokog sumpora.
(2) Korišćenje integriranog, fleksibilnog dizajn koncepta kombinovanja visokonaponskog primarnog dela prekidnika sa sekundarnim inteligentnim kontrolnim delom. Ugrađeni kombinovani senzori struje i napona omogućavaju realno vreme prikupljanja primarnih signala struje i napona i statusa prekidnika za fleksibilnu kontrolu aktuatora prekidnika, optimizujući rad vakumskog prekidnika.
(3) Brza detekcija greškaste struje i izvršenje zaštitnih akcija.
Implementacija projekta:
Ovaj projekat koristi čvrsto izolovane RMU-e sa integriranim inteligentnim kontrolnim uređajima. Glavni prekidnik koristi kombinovani uređaj koji uključuje Vakumski prekidnik sa trajnim magnetnim aktuatorom (VCB) sa integriranim diskonectorom (DS) i zemljišnim prekidnikom (ES). Opren sa inteligentnim kontrolnim sistemom, obavlja automatske kontrolne funkcije čak i bez koordinacije DMS-a. Trajni magnetni aktuator pruža visoku pouzdanost i bezzaboravno održavanje. Komunikacija preko optičkog vlakna omogućava realno vreme prikupljanja svih operativnih parametara RMU-a, pojednostavljajući daljinski povrat struje i analizu grešaka snabdevanja, i akumulirajući iskustvo za terminalne uređaje pametne mreže. Spoljni čelični ormar minimalizuje buduće održavanje.
4 Zaključak
Inteligentni čvrsto izolovani kolano za prstenačnu mrežu (SIRMU) je siguran, ekološki prihvatljiv, stabilan, pouzdan i visoko inteligentan sledeći generacije RMU. Posebno je pogodan za implementaciju u teškim lokacijama karakterizovanim visokim nadmorskim visinama, ekstremnim promenama temperature, kontaminacijom i vlažnošću.
