Qinzhou Dağıtım Ağı'nda Akıllı Katı İzole Halka Ana Birimlerinin (SIRMUs) Uygulaması

1 Giriş​

Sahil bölgeleri, yoğun yağış, yıldırım, yüksek sıcaklık, yüksek nem ve yüksek tuz buharı korozyonu gibi çevresel zorluklarla karşı karşıyadır. Bu çevrelerde kentsel dağıtım ağlarının güvenliğini sağlamak, ekipman bakımı nedeniyle meydana gelen güç kesintilerini en aza indirmek ve ekipman ömrünün sonuna gelmesi ve diğer faktörlerin ağ güvenliği üzerindeki etkilerini önlemek için yeni bir tip Solid yalıtımlı Halka Ana Birimi (SIRMU) kullanımını araştırdık. Bu SIRMU, uzun ömür, bakım gerektirmeyen işlem, çevresel uyumluluk, zeka ve güç sağlamanın güvenilirliğini artırmayı sunar.

Şu anda, orta gerilimli Halka Ana Birimlerinin (RMU) %90'ından fazlası SF₆ gazını yalıtım ortamı olarak kullanmaktadır. SF₆ gazı, kimyasal açıdan çok istikrarlıdır, mükemmel yalıtım ve yayma özellikleri sunar ve güç ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır. SF₆ gazı ile yalıtılmış anahtar kabinleri kompakttır. Ancak, düşük sıcaklıklarda SF₆ gazı sıvılaşır, bu da yalıtım ve yayma özelliklerini azaltır. Yüksek sıcaklıklarda ise oldukça zehirli yan ürünler oluşur, bu da insanlar için önemli riskler taşır. Ayrıca, gaz doldurma, işlem ve geri kazanma sırasında kaçak ve emisyonlar kaçınılmazdır, bu da SF₆'yi önemli bir çevresel kirlilik kaynağı haline getirir. SF₆, uluslararası alanda altı büyük sera gazından biri olarak kabul edilmektedir; çevresel açıdan bakıldığında, kullanımı en aza indirilmeli veya tamamen ortadan kaldırılmalıdır. Solid yalıtımlı Halka Ana Birimi tasarım prensibi, SF₆ gazına olan ihtiyacı temelden ortadan kaldırarak, dağıtım ağları sektöründe emisyon azaltma ve çevre koruması için temel bir garanti sağlar, çevresel gerekliliklerle güçlü bir şekilde uyumludur.

Dağıtım ağları için Uzatma İçi Akıllı Solid Yalıtım Halka Ana Birimi (SIRMU), sadece çevre dostu ve sert çevre koşullarına karşı üstün direnç sunmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek derecede akıllıdır. Fonksiyonelliği, hem birincil hem de ikincil güç sistem ekipmanları tarafından geleneksel olarak sağlanan tüm özelliklerin tek bir birimde yer almasını sağlar. Ürün, yüksek ve düşük voltajlı bileşenler için entegre ve modüler bir tasarım yaklaşımını benimser, mükemmel esneklik ve genişletilebilirlik sunar, gerçek bir akıllı elektrik cihazıdır.

​2 Akıllı Solid Yalıtım Halka Ana Birimlerinin (SIRMU) Teknik Uygulaması​​

​2.1 Solid Yalıtım Teknolojisinin Uygulaması​

Solid yalıtım teknolojisi, genellikle orta gerilimli anahtar kabinlerinin ana devresinin canlı kısımlarının katı malzemelerle kapsülleme ve mühürleme veya yüksek elektrik alan yoğunluğunun katı yalıtım malzemesinin içine aktarılması içerir. Bu, katı malzemenin daha yüksek potansiyelleri dayanmasını sağlar, bu da havadaki alan yoğunluğunu azaltır. En yaygın katı yalıtım malzemeleri epoksi reçine ve silikon lastik gibidir.

Solid Yalıtım Halka Ana Birimi (SIRMU), katı yalıtım malzemesini ana yalıtım ortamı olarak kullanır. Vakum kesiciler ve bağlantıları, ayırıcı anahtarlardan, topraklama anahtarlara, ana busbar'lara ve şube busbar'lara kadar anailetken devre bileşenleri, bireysel veya kolektif olarak katı yalıtım içinde kapsüllenerek, bir veya birkaç modül oluşturur. Bu modüller, tamamen yalıtılmış, tamamen mühürlenmiş, fonksiyonel olarak belirli ve yeniden birleştirilebilir ve genişletilebilir olarak tasarlanmıştır. İnsan erişilebilir yüzeyler, iletken veya yarıiletken ekran tabakalarıyla kaplanmış olup doğrudan ve güvenilir bir şekilde topraklanmıştır. Temel özellikleri, tam yalıtım, tam mühürleme, modülerlik, kompakt boyut ve zekadır. SIRMU'lar, soğuk, yüksek rakımlı, nemli ve güçlü rüzgar/t Kum gibi sert çevreler karşısında, SF₆ RMU'lardan çok daha üstün performans göstermektedir. Tamamen mühürlenmiş, su geçirmez tasarım ve dışa açık yüksek voltajlı iletkenler olmadan, nemli ve sel riski altında olan bölgeler için özellikle uygundur, nemli veya su altında durumda güvenilir güç sağlayabilir.

​2.2 Akıllı Koruma Teknolojisinin Uygulaması​

Mikroişlemci ve bilgisayar teknolojisinin elektrik ekipmanlarına entegrasyonu, ona akıllı işlevler sağlarken, kontrol merkezleriyle çift yönlü iletişim kurmasını sağlar. Bu, akıllı izleme, koruma ve ağ yönetim sistemi oluşturur. Basit parametre yapılandırmasıyla, tek bir akıllı cihaz, geleneksel olarak birkaç cihaza ihtiyaç duyulan işlevleri kolaylıkla gerçekleştirebilir.

SIRMU'nun yapısal tasarımı, modern dayanıklı akıllı ağların gerekliliklerine uymaktadır. Hızlı algoritmalar kullanılarak, devre kesicilere hızlı atma yeteneği verilir, böylece hatalı hatların hızlı izolasyonu sağlanır ve kademeli atmayı etkili bir şekilde önler. Tek faz topraklama arızası koruma sistemine sahip, bu da ek yapılandırma gerektirmeden topraklanmamış (veya yüksek impedanslı topraklanmış/PET/PEN) sistemlerde bu tür arızaların çevrimiçi olarak tespit edilmesini sağlar, belirlenen değerler doğrultusunda uyarı veya atma komutları verir. Ana devre, tek fazlı modüler tasarım kullanır, bu da işletim sırasında faz arası kısa devreleri tamamen önler ve bakım verimliliğini artırırken maliyetleri azaltır. Entegre gömülü işletim sistemi, ARM işlemcisi (ARMP) genel işleme ve sistem kontrolü için, güçlü DSP ise etkili çoklu görevli işlem için, yüksek hızlı veri işleme, kontrol ve iletişim sağlar. Birimler, yapısal olarak kompakt, küçük boyutlu, hafif ve kolay monte edilebilir. İzolasyon boşlukları, güvenli operasyon için görünür bir şekilde doğrulanır. Otomatik besleme modu tanımı, çift güç kaynakları için esnek otomatik geçiş sağlar, güç sağlamanın güvenilirliğini artırır. Esnek iletişim desteği (GSM SMS, GPRS, CDMA evrensel kablosuz hizmetleri, lif, iplik, kablosuz, taşıyıcı), birden fazla iletişim protokolünü destekleyerek, dağıtım otomasyonunun kolay uygulanmasını sağlar.

​2.3 Bakım Gerektirmeyen ve Çevre Dostu​

Ana anahtar, periyodik bakım gerektirmeyen, stabil ve güvenilir vakum devre kesicisi kullanır. Ayırıcı anahtar ve topraklama anahtarının devre kesicisi ile entegre tasarım, güvenilir mekanik ve elektrik kilitleme ile kompakt bir yapı sağlar, yanlış operasyonu etkili bir şekilde önler.

​2.4 SIRMU'lar için Ana Üretim Süreçleri ve Kalite Güvencesi​

Üretim istikrarını, tutarlılığı ve ürün kalitesini sağlamak, dolayısıyla SIRMU ürünlerinin uzun vadeli yalıtım dayanıklılığını garantilemek için, katı yalıtım sargıları, epoksi reçinesinden yapıldığında Otomatik Basınç Jelloleşmesi (APG) işlemi kullanılır. SIRMU'ların üretim süreç gereklilikleri, SF₆ gazı ile yalıtılmış RMU'lardan daha yüksektir. Yetersiz üretim süreci kontrolü, SF₆ ünitelerine kıyasla gizli yalıtım eksikliklerinin ve hataların olasılığını ve şiddetini önemli ölçüde artırır. Ham madde kalitesi üzerinde sıkı kontrol ve gelişmiş üretim süreç yetenekleri hayati önem taşır.

Vakum kesicinin dış yalıtımı, epoksi, silikon lastik ve hava dahil olmak üzere birden fazla ortam aracılığıyla gerçekleştirilir. Bu nedenle, her bir malzemenin yalıtım gücü ve farklı yalıtım ortamları arasındaki arayüz işlemin kritik öneme sahiptir. Hem epoksi hem de silikon lastik, havadan 5-6 kat daha yüksek dielektrik güc sunar. Bu gücü elde etmek için, kalıp işlemi üzerinde sıkı kontrol - optimal sıcaklık ve basınç - yanı sıra, kalıp işlemi sırasında malzemenin gaz çıkarmasını ve hafiflemesini sağlamak gerekir, böylece mikro baloncukların oluşmasını önler. Aksi takdirde, bu sadece yalıtım gücünü azaltır, aynı zamanda elektrik alan dağılımını eşit olmayacak şekilde yapar, kısmi salınımların (PD) aktivitesini artırır ve operasyonel riskler yaratır. Arayüz işlemin, stres, ısı döngüsü vb. altında yeterli arayüz yalıtım gücünü sağlar, yalıtım başarısızlığını önler. Arayüz kalitesini değerlendirmek için güvenilir algılama yöntemleri gerekli olmaktadır. Şu anda, PD ölçümü, X-ışın kontrolü ve yıldırım darbe testleri, arayüz yalıtım gücünü doğru bir şekilde değerlendirebilmektedir.

Fabrika testi olarak X-ışın kontrolünün kullanılması, katı yalıtım asambly'lerinde baloncuk, por ve çatlak gibi defektlerin önlenmesini sağlar ve vakum kesicilerin, bağlantı/terminal ve katı yalıtmalı busbar'ların X-ışın görüntüleri üzerinde görsel olarak normal dışı deformasyonların olmadığını garanti eder. PD ölçümünün yapılması, yüksek elektrik alanlar nedeniyle SIRMU yalıtımındaki zayıflıklar veya defektlerde PD'in başlamasını ve son bulmasını önler, zaman içinde toplanan bozulmanın yalıtım çöküşüne yol açmasını önler.

​3 Akıllı SIRMU için Teknik Tasarım Şeması​

Geniş dağıtım ağı işletme deneyimi ve gelişmiş yerel ve uluslararası ekipmanların analizi üzerine, pratik ağ işletim koşullarını ve çevresel gereklilikleri göz önünde bulundurarak, kapsamlı bir karşılaştırma sonucunda "10kV Akıllı Solid Yalıtım Halka Ana Birimi Uygulama Araştırma" projesini geliştirmeye ve uygulamaya karar verdik.

​3.1 Ana Teknik İçerik​

Yeni AVR-12 tipi Solid Yalıtım Halka Ana Birimleri (SIRMU), orijinal siteye monte edilir. Çift güç kaynağı konfigürasyonu kullanılarak, SIRMU'nun akıllı özelliklerinden yararlanarak hata hatlarının hızlı izolasyonu, tek faz topraklama arızalarının hızlı tespiti ve tüm anahtar bilgilerinin optik fiber yoluyla Dağıtım Otomasyon Ana İstasyonu (DMS)'ye veya SMS yoluyla bakım personeli telefonlarına iletilmesi sağlanır. Ana istasyon izleme platformu, veri istatistiklerini ve hata analizini sağlar.

Bu proje, aşağıdaki yönlerde uygulanmaktadır:

• Orijinal RMU şemasına dayanarak ve kullanıcı önemini göz önünde bulundurarak, çift giriş hat üzerinden güç sağlanır. Normal işletim sırasında, Giriş #1 güç sağlar, Giriş #2 ise sıcak beklemededir.
• Ana ekipman, 7 bölümden oluşan AVR-12 tipi Halka Ana Birimidir: 6 devre kesici (CB) bölümü ve 1 Potansiyel Dönüştürücü (PT) bölümü.
• 6 CB bölümü, CB + Ayırıcı Anahtar (DS) + Topraklama Anahtarı (ES) yapısını benimser, entegre koruma cihazlarıyla donatılmıştır.
• PT bölümü, DS + tek faz PT yapısını kullanır, iletişim gücü sağlar. PT, PT bölümündeki DS kullanılarak açılıp/kapanabilir, bu da PT veya hat bakımı için SIRMU'nun tamamen kesilmesine gerek kalmadan gerçekleştirilebilir.
• CB tipi SIRMU'lar, kısa devre hata akımlarının birden fazla kesilmesine imkan sağlar. Füze korumasına kıyasla, füzenin değiştirilmesiyle ilgili rahatsızlık ve israfın ortadan kaldırılması yanı sıra, ayarlamalar aracılığıyla kapsamlı kısa devre koruması sağlar.

​Normal İşletim:​​
Akıllı kontrolör, her giriş/çıkış bölümü için parametreleri (devre kesici durumu, ayırıcı durumu, birincil akım/güç, sıfır-sekans akımı/güç, DMS ana istasyon durumu) elde eder. Optik fiber yoluyla gerçek zamanlı veri yükleme, uzaktan işleme olanak tanır.

​Kısa Devre Hatası:​​
Akıllı kontrolörün hızlı koruma özelliği, 15 ms içinde hata akımını ve güç akışını tespit eder ve 25 ms içinde hatayı temizler, normal hat sağlamanın sağlanması, kademeli atmayı önler ve kesinti kapsamını minimize eder. Ani karakteristikler (gerilim, akım, anahtar durumu), kalıcı manyetik aktüatörün hareket karakteristiğini kontrol etmeye yardımcı olur, hatayı temizleme süresini kısaltarak hata hatasını hızlıca izole eder. Aynı zamanda, kontrolör, SIRMU hareket bilgilerini optik fiber yoluyla izleme merkezine iletir, ürün durumunun zamanında değerlendirilmesine, hata konumunun belirlenmesine ve güç restorasyonuna yardımcı olur.

​Tek Faz Topraklama Hatası:​​
Kontrolör, sıfır-sekans akım büyüklüğü/faz ve sıfır-sekans gerilim büyüklüğü/faz kullanarak, SIRMU'nun yük tarafında hata olup olmadığını belirler. Sadece yük tarafında topraklama hatası olduğunda, kontrolör koruma atma veya uyarı komutu verir ve hatayı optik fiber yoluyla yükler. Kaynak tarafındaki hatalar, bu SIRMU kontrolörünün hareketini tetiklemez.

​3.2 Ana Teknik Zorluklar​

(1) SIRMU'nun güvenilirliğini, uzun ömürsüzlüğünü ve yüksek sıcaklık ve yüksek tuz buharı ortamlarında bakım gerektirmeyen işlemi sağlamak için katı yalıtım teknolojisini ve APG üretim sürecini uygulamak.
(2) Devre kesicinin yüksek voltajlı birincil bölümüyle ikincil akıllı kontrol bölümü arasında entegre ve esnek tasarım kavramını kullanmak. Dahili kombinasyon akım/gerilim sensörleri, birincil gerilim/akım sinyallerini ve anahtar durumunu gerçek zamanlı olarak elde etmeyi, devre kesicinin aktüatörü üzerinde esnek kontrol sağlarken, vakum kesicinin operasyonunu optimize eder.
(3) Hata akımının hızlı tespiti ve koruma eylemlerinin yürütülmesi.

​Proje Uygulaması:​​
Bu proje, entegre akıllı kontrol cihazlarıyla katı yalıtım RMU'ları kullanır. Ana anahtar, kalıcı manyetik itici vakum devre kesicisi (VCB) ile entegre ayrıcı (DS) ve topraklama anahtarı (ES) içeren bir kombinasyon cihaz kullanır. Akıllı kontrol sistemi ile donatılmış, DMS koordinasyonu olmadan bile otomatik kontrol işlevlerini gerçekleştirir. Kalıcı manyetik itici, yüksek güvenilirlik ve bakım gerektirmeyen işlem sunar. Optik fiber iletişim, tüm RMU işletim parametrelerinin gerçek zamanlı toplanmasını sağlar, uzaktan güç restorasyonunu ve güç hatası analizini basitleştirir, akıllı ağ uç cihazları için deneyim biriktirir. Dışta paslanmaz çelik kabın, gelecekteki bakım işlemlerini minimuma indirir.

​4 Sonuç​

Akıllı Katı Yalıtım Halka Ana Birimi (SIRMU), güvenli, çevre dostu, istikrarlı, güvenilir ve yüksek derecede akıllı bir nesil RMU'dur. Özellikle, yüksek rakımlı, aşırı sıcaklık değişimleri, kirlilik ve nemli bölgeler gibi sert koşullar altında uygulamaya uygundur.