Användning av intelligenta fasta isolerade ringhuvuden (SIRMUs) i Qinzhou-fördelningsnätet

1 Introduktion​

Kustomässiga regioner står inför miljöutmaningar som intensiv regnning, blixtar, höga temperaturer, hög fuktighet och hög saltsprikskorrosion. För att säkerställa säkerheten i stadsnät under sådana förhållanden, minimera strömavbrott orsakade av utrustningsunderhåll och förhindra olyckor på grund av utrustningens livslängd och andra faktorer som påverkar nätets säkerhet har vi forskat om användningen av en ny typ av Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU). Denna SIRMU erbjuder lång livslängd, drift utan underhåll, miljökompatibilitet, intelligens och förbättrad strömförsörjningssäkerhet.

För närvarande använder över 90% av mellanspänningsringhuvuden (RMUs) SF₆-gas som isoleringsmedium. SF₆-gas är kemiskt mycket stabil, har utmärkta isolerande och båglösningsförmågor och används vidt och brett i elkraftsutrustning. SF₆-gasisolerad växel är kompakt. Men SF₆-gas flytbar vid låga temperaturer, vilket minskar dess isolerande och båglösningsförmåga. Vid höga temperaturer bryts den ner till mycket giftiga biprodukter, vilket innebär betydande risker för människor. Dessutom är läckage och emission oundvikliga vid gasfyllning, drift och återvinning, vilket gör SF₆ till en viktig miljöförorening. SF₆ erkänns internationellt som en av de sex stora växthusgaserna; ur miljösynpunkt bör dess användning minimeras eller elimineras. Designprincipen för Solid Insulated Ring Main Unit eliminerar grunden för behovet av SF₆-gas, vilket ger en grundläggande garanti för utsläppsförminskning och miljöskydd inom nätsektorn, med stark anpassning till miljökraven.

Den intelligenta Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) för distributionnätets utökning erbjuder inte bara miljövänlighet och utmärkt motstånd mot hårda miljöförhållanden, utan också en hög grad av intelligens. Dess funktion inkluderar alla funktioner som traditionellt erbjuds av både primär- och sekundärströmsystemutrustning inom en enda enhet. Produkten använder en integrerad och modulär designmetod för både hög- och lågspänningskomponenter, vilket ger utmärkt mångsidighet och utbyggnadsmöjligheter, representerar en sann smart elektrisk enhet.

​2 Teknisk tillämpning av intelligenta Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs)​​

​2.1 Tillämpning av solid isoleringsteknik​

Solid isoleringsteknik innebär främst att inkapsla och sägla levande delar av mellanspänningsväxlars huvudkrets med fasta material, eller överföra det höga elektriska fältintensitet inuti det fasta isoleringsmaterialet. Detta gör det möjligt för det fasta materialet att tåla högre potentialer, vilket minskar fältstyrkan i luften. De vanligaste fasta isoleringsmaterialen är epoxidharz och silikonkautschuk.

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) använder fast isoleringsmaterial som primärt isoleringsmedium. Viktiga ledningskretskomponenter som vakuumavbrottsuttagare och deras kopplingar, avkopplingsventiler, jordningsventiler, huvudbusbarer och grenbusbarer inkapslas individuellt eller kollektivt i fast isolering, vilket bildar en eller flera moduler. Dessa moduler är fullständigt isolerade, fullständigt säglade, funktionsbestämda och utformade för kombination och utbyggnad. Mänskligt tillgängliga ytor är belagda med ledande eller halvledande skärmingslager och är direkt och pålitligt jordade. Viktiga egenskaper inkluderar fullständig isolering, fullständig sägling, modularitet, kompakthet och intelligens. SIRMUs visar betydligt bättre prestanda än SF₆ RMUs i att motstå hårda miljöer som extrema kyla, hög höjd, fuktighet och stark vind/sand. Med sin fullständigt säglade, vattentäta design utan exponerade högspänningsledningar är de särskilt lämpliga för fuktiga och översvämningsbenägna områden, kapabla att erbjuda pålitlig strömförsörjning under fuktiga eller dyka förhållanden.

​2.2 Tillämpning av intelligent skyddsteknik​

Integration av mikroprocessor- och dator teknik i elektrisk utrustning ger den intelligenta funktioner samtidigt som det möjliggör tvåvägskommunikation med kontrollcentraler. Detta bildar ett intelligent övervaknings-, skydds- och nätverks hanteringssystem. Genom enkel parameterkonfiguration kan en enda intelligent enhet bekvämt utföra funktioner som traditionellt kräver flera enheter.

Strukturdesignen av SIRMU uppfyller kraven för moderna robusta smarta nät. Den använder snabb algoritmer för att ge circuitbrytare snabbt trippningsförmåga, vilket möjliggör snabb isolering av felaktiga linjer och effektivt förhindrar kaskadtrippning. Utrustad med ett ensidigt jordfelsskyddssystem, möjliggör det online-detection av sådana fel i obejordade (eller högimpedansbejordade/PET/PEN) system utan ytterligare konfiguration, ger larm eller trip-kommandon enligt inställda värden. Huvudkretsen använder en ensidig modulär design, vilket helt undviker fas-till-fas kortslutning under drift och betydligt ökar underhållseffektiviteten samtidigt som kostnader minskas. En integrerad inbyggd operativsystem har en kärn-CPU-arkitektur, inklusive en ARM-processore (ARMP) för allmän behandling och systemkontroll, tillsammans med en kraftfull DSP för effektiv flerfunktionell behandling, vilket möjliggör snabb datahantering, kontroll och kommunikation. Enheter är strukturellt kompakta, små i storlek, lätta i vikt och enkla att installera. Isolationsgapet är synligt verifierat för säker drift. Automatisk leveranslägesigenkänning möjliggör flexibel automatisk växling för dubbel energiförsörjning, vilket förbättrar strömförsörjningssäkerheten. Flexibel kommunikationsstöd (GSM SMS, GPRS, CDMA universella trådlösa tjänster, fiber, tvistpar, trådlös, bärvägs) och stöd för flera kommunikationsprotokoll underlättar enkel implementering av distributionsautomatisering.

​2.3 Underhållsfritt och miljövänligt​

Huvudbrytaren använder en underhållsfri vakuumcircuitbrytare känd för stabilitet och tillförlitlighet, som inte kräver periodiskt underhåll. Den integrerade designen av avkopplingsventilen och jordningsventilen med circuitbrytaren ger en kompakt struktur med tillförlitliga mekaniska och elektriska interlock, vilket effektivt förhindrar felaktig drift.

​2.4 Nyckel tillverkningsprocesser och kvalitetskontroll för SIRMUs​

För att säkerställa produktionsstabilitet, konsekvens och produktkvalitet - vilket garanterar den långsiktiga isoleringsmotståndsvolten för SIRMU-produkter - använder fasta isolerade stänger automatisk pressgelering (APG)-process när de tillverkas av epoxidharz. Produktionsprocesskraven för SIRMUs överstiger de för SF₆-gasisolerade RMUs. Otillräcklig produktionsprocesskontroll ökar betydligt sannolikheten och svårigheten av dolda isoleringsdefekter och fel jämfört med SF₆-enheter. Sträng kvalitetskontroll av råmaterial och avancerade processkapaciteter är nödvändiga.

Det externa isoleringen av dess vakuumavbrottsuttagare uppnås genom flera medier, inklusive epoxid, silikonkautschuk och luft. Därför är isoleringsstyrkan av individuella material och gränssnittsbehandlingen mellan olika isoleringsmedier avgörande. Både epoxid och silikonkautschuk erbjuder utmärkt dielektrisk styrka, som når 5-6 gånger så mycket som luft. Att uppnå denna styrka kräver strikt kontroll över formningsprocessen - optimal temperatur och tryck - tillsammans med att säkerställa degassing och ventilering under formning för att undvika inneslutna mikrobubblor. Om detta inte görs, minskas inte bara isoleringsstyrkan, utan det leder också till ojämn elektrisk fältfördelning, vilket ökar partiell utsläpp (PD) aktivitet och påfår driftsrisk. Gränssnittsbehandling säkerställer tillräcklig gränssnittsisoleringstyrka under spänning, termisk cykling osv., vilket förhindrar isoleringsmisslyckande. Betroubare metoder för gränssnittskvalitetsdetektion är nödvändiga. För närvarande kan PD-mätning, röntgeninspektion och blixtnedslagsimpulstester korrekt bedöma gränssnittsisoleringstyrka.

Användning av röntgeninspektion som fabrikstest förhindrar defekter som bubblor, porer eller sprickor i fasta isoleringsmonteringsenheter och säkerställer att vakuumavbrottsuttagare, deras kopplingar/sluttar och fasta isolerade busbarer inte visar några synbara abnorma deformationer i röntgenbilder i förhållande till deras positioner. Utförande av PD-mätningar förhindrar PD-uppkomst och -upphör i svagheter eller defekter inom SIRMUs isolering orsakade av höga elektriska fält, vilket undviker ackumulerad försämring som leder till isoleringsnedbrott över tid.

​3 Teknisk designschema för den intelligenta SIRMU​

Baserat på omfattande distributionsnät driftupplevelser och analys av avancerade inhemska och internationella utrustningar, med hänsyn till praktiska nätoperationsförhållanden och miljökrav, bestämde vi genom en omfattande jämförelse att utveckla och tillämpa projektet "Tillämpningsforskning av 10kV Intelligent Solid Insulated Ring Main Unit".

​3.1 Huvudtekniskt innehåll​

Nya AVR-12 typ Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs) installeras på den ursprungliga platsen. En dubbel energiförsörjningskonfiguration används, som utnyttjar SIRMUs intelligenta funktioner för snabb isolering av felaktiga linjer, snabb upptäckt av ensidiga jordfel och överföring av all brytarinformation via fiber till Distribution Automation Master Station (DMS) eller via SMS till underhållspersonals telefoner. Genom att använda huvudstationsövervakningsplattformen möjliggörs datastatistik och feleanalys.

Detta projekt genomförs inom följande områden:

• Baserat på den ursprungliga RMU-schemat och med hänsyn till användarvikt, ges energi genom dubbla ingående linjer. Under normal drift levereras energi av Incomer #1 medan Incomer #2 är på varmvänt.
• Huvudutrustningen är AVR-12 typ Ring Main Unit, bestående av 7 celler: 6 circuitbrytar (CB) celler och 1 Spänningsomvandlare (PT) cell.
• De 6 CB-cellerna använder en CB + Avkopplingsventil (DS) + Jordningsventil (ES) struktur, utrustad med integrerade skyddsenheter.
• PT-cellen använder en DS + ensidig PT-struktur, som ger kommunikationsenergi. PT kan slås på/av med DS i PT-cellen, vilket tillåter PT- eller linjeunderhåll utan att kräva fullständig SIRMU-stopp.
• Genom att använda CB-typ SIRMUs möjliggörs flera avbrott av kortslutningsfelströmmar. Jämfört med fuseskydd, utöver att eliminera besväret och slöseriet med fuseringsbyte, ger de fullständig kortslutningsskydd genom justeringsinställningar.

​Normal drift:​​
Den intelligenta styrenheten erhåller parametrar (brytarstatus, avkopplingsstatus, primärström/spänning, nollsekvensström/spänning, DMS-huvudstationsstatus) för varje ingående/utgående cell. Real tidsdataöverföring via fiber till den intelligenta distributionsbrytarhuvudstationen möjliggör fjärrdrift.

​Kortslutningsfel:​​
Den intelligenta styrenhetens snabba skyddsfunktion upptäcker felström och effektförflyttning inom 15 ms och rensar felet inom 25 ms, vilket säkerställer normal linjesupply, förhindrar kaskadtrippning och minimerar stoppscope. Momentana egenskaper (spänning, ström, brytarstatus) möjliggör kontroll över permanent magnet aktuatorns handlingsegenskap, vilket förkortar felet rensningstid för att snabbt isolera felaktig linje. Samtidigt skickar styrenheten SIRMU-handlingsinformation via fiber till övervakningscentret, vilket möjliggör snabb bedömning av produktilstånd och underlättar felets placering och energirestaurering.

​Ensidigt jordfel:​​
Styrenheten använder nollsekvensström/storlek/fas och nollsekvensspänning/storlek/fas för att avgöra om ett fel uppstår på SIRMUs lastsidan. Endast för jordfel på lastsidan utfärdar styrenheten ett skyddstripp- eller larmsignal och överför felinformation via fiber. Fel på källsidan utlöser inga åtgärder från denna SIRMUs styrenhet.

​3.2 Huvudtekniska utmaningar​

(1) Använda solid isoleringsteknik och APG-tillverkningsprocess för att säkerställa SIRMUs tillförlitlighet, lång livslängd och underhållsfri drift under högtemperatur och hög saltfogmiljöer.
(2) Använda en integrerad, flexibel designkoncept som kombinerar circuitbrytarens högspänningsprimära sektion med sekundär intelligenta kontrollsektion. Inbyggda kombinerade ström/spänningssensorer möjliggör realtidsinmatning av primär spänning/ström-signaler och brytarstatus för flexibel kontroll av brytarens aktuator, optimering av vakuumavbrottsuttagarens drift.
(3) Snabb upptäckt av felström och genomförande av skyddshandlingar.

​Projektimplementering:​​
Detta projekt använder fasta isolerade RMUs med integrerade intelligenta kontrollenheter. Huvudbrytaren använder en kombinationsenhet bestående av en Permanent Magnet Aktiverad Vakuum Circuit Breaker (VCB) med integrerad Avkopplingsventil (DS) och Jordningsventil (ES). Utrustad med ett intelligents styresystem utför den automatiska kontrollfunktioner även utan DMS-samordning. Den permanenta magnetaktuatorn erbjuder hög tillförlitlighet och underhållsfri drift. Fiberoptisk kommunikation möjliggör realtidsinsamling av alla RMU-driftsparametrar, vilket förenklar fjärrrestaurering av energi och energifeleanalys, och ackumulerar erfarenhet för smarta nätterminalenheter. Ett externt rostfritt stål kabinett minimerar framtida underhåll.

​4 Slutsats​

Den intelligenta Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) är en säker, miljövänlig, stabil, tillförlitlig och mycket intelligent nästa generations RMU. Den är särskilt väl lämpad för installation i hårda platser kännetecknade av hög höjd, extrem temperaturvariation, förorening och fuktighet.