Застосування інтелектуальних кільцевих головних вузлів з твердим ізоляційним покриттям (SIRMU) у розподільній мережі Цзіньчжоу

1 Вступ​

Прибережні регіони стикаються з екологічними проблемами, включаючи сильні дощі, блискавки, високі температури, високу вологість та корозію через солоне рослиння. Для забезпечення безпеки міських розподільчих мереж у таких умовах, мінімізації відключень електроенергії через обслуговування обладнання та запобігання аваріям через закінчення терміну служби обладнання та інших факторів, що впливають на безпеку мережі, ми дослідили використання нового типу Стійко Ізольованого Кільцевого Головного Агрегату (SIRMU). Цей SIRMU пропонує довгий термін служби, безпідтримкову роботу, відповідність екологічним нормам, інтелектуальність та покращення надійності постачання електроенергії.

Наразі понад 90% середньовольтових кільцевих головних агрегатів (RMUs) залежать від газу SF₆ як ізоляційної середовища. Газ SF₆ хімічно дуже стабільний, має відмінні ізоляційні та аркушні властивості та широко використовується в енергетичному обладнанні. Газоізоляційне комутаційне обладнання з SF₆ компактне. Однак при низьких температурах газ SF₆ конденсується, що зменшує його ізоляційні та аркушні властивості. При високих температурах він розкладається на дуже токсичні продукти, що становить значні ризики для людей. Крім того, протікання та викиди неминучі під час заповнення, експлуатації та вилучення газу, що робить SF₆ одним з найбільших екологічних загроз. SF₆ міжнародно визнаний як один з шести основних парникових газів; з точки зору екології, його використання слід мінімізувати або повністю усунути. Принцип проектування Стійко Ізольованого Кільцевого Головного Агрегату фундаментально усуває потребу в газі SF₆, надаючи основну гарантію для зниження викидів та екологічної захисти в сфері розподільчих мереж, що добре відповідає екологічним вимогам.

Інтелектуальний Стійко Ізольований Кільцевий Головний Агрегат (SIRMU) для розширення розподільчих мереж пропонує не лише екологічну безпечність та високу стійкість до складних умов, але й високий рівень інтелектуальності. Його функціональність охоплює всі функції, які традиційно надаються як первинним, так і вторинним елементам системи живлення в одному модулі. Продукт використовує інтегрований та модульний підхід до проектування как високовольтних, так і низьковольтних компонентів, що забезпечує відмінну універсальність та розширити, представляючи справжній інтелектуальний електротехнічний пристрій.

​2 Технічне застосування Інтелектуальних Стійко Ізольованих Кільцевих Головних Агрегатів (SIRMU)​​

​2.1 Застосування технології стійкої ізоляції​

Технологія стійкої ізоляції в основному полягає у закупорюванні та герметизації живих частин головного контуру середньовольтового комутаційного обладнання за допомогою стійких матеріалів, або перенесення високої напруги внутрішню частину стійкого ізоляційного матеріалу. Це дозволяє стійкому матеріалу витримувати більш високі потенціали, таким чином зменшуючи напруженість в повітрі. Найпоширеніші стійкі ізоляційні матеріали — епоксидна смола та силиконова гума.

Стійко Ізольований Кільцевий Головний Агрегат (SIRMU) використовує стійкий ізоляційний матеріал як основне ізоляційне середовище. Ключові провідні елементи, такі як вакуумні переривачі та їхні з'єднання, відключаючі перемикачі, заземлюючі перемикачі, основні та бічні шини, окремо або разом закупорюються в стійку ізоляцію, формуючи один або декілька модулів. Ці модулі повністю ізольовані, повністю герметизовані, функціонально специфічні та спроектовані для повторного з'єднання та розширення. Доступні поверхні людини покриваються провідними або напівпровідними екранируючими шарами та прямо та надійно заземлені. Основні характеристики включають повну ізоляцію, повну герметизацію, модульну конструкцію, компактність та інтелектуальність. SIRMU демонструють значно кращу продуктивність порівняно з RMU з SF₆ у стійкості до складних умов, таких як крайні холоди, висока висота, вологість та сильний вітер/пісок. Благодаря повній герметизації, водонепроникній конструкції без відкритих високовольтних провідників, вони особливо придатні для вологих та підвідних областей, можуть забезпечувати надійне постачання електроенергії в умовах вологої або зануреної.

​2.2 Застосування інтелектуальних технологій захисту​

Інтеграція мікропроцесорних та комп'ютерних технологій в електротехнічне обладнання наділяє його інтелектуальними функціями, а також дозволяє двостороннє зв'язок з центральними пультами керування. Це формує інтелектуальну систему моніторингу, захисту та управління мережею. Через просту налаштування параметрів, один інтелектуальний пристрій може зручно виконувати функції, які традиційно вимагали декількох пристроїв.

Конструктивний дизайн SIRMU відповідає вимогам сучасних стійких інтелектуальних мереж. Він використовує швидкі алгоритми, щоб надати переривачам швидкість відключення, що дозволяє швидке відокремлення аварійних ліній та ефективно запобігає каскадному відключенню. Обладнаний системою захисту від однофазних заземлень, він дозволяє онлайн-детекцію таких аварій у незаземлених (або високостійкість заземлених/PET/PEN) системах без потреби додаткової налаштування, надаючи сигналізацію або команду відключення згідно з заданими значеннями. Головний контур використовує однофазний модульний дизайн, що повністю усуває можливість міжфазних коротких замикань під час експлуатації та значно підвищує ефективність обслуговування, зменшуючи витрати. Інтегрована вбудована операційна система має ядерну архітектуру CPU, включаючи процесор ARM (ARMP) для загального оброблення та керування системою, разом з потужним DSP для ефективного виконання багатьох завдань, що дозволяє швидке оброблення даних, керування та зв'язок. Установки компактні, малі за розміром, легкі та прості в установці. Розмір ізоляційного проміжку візуально перевіряється для безпечного використання. Автоматичне розпізнавання режиму живлення дозволяє гнучке автоматичне переключення для подвійного живлення, підвищуючи надійність постачання електроенергії. Гнучка підтримка зв'язку (GSM SMS, GPRS, CDMA універсальні бездротові послуги, оптика, скручена пара, бездротовий, носій) та підтримка багатьох протоколів зв'язку сприяє легкому впровадженню автоматизації розподілу.

​2.3 Безпідтримкова та екологічна​

Основний переривач використовує безпідтримковий вакуумний переривач, відомий своєю стабільністю та надійністю, який не потребує періодичного обслуговування. Інтегрований дизайн відключаючого та заземлюючого перемикача з переривачем забезпечує компактну конструкцію з надійними механічними та електричними блокуваннями, ефективно запобігаючи невірним діям.

​2.4 Основні виробничі процеси та забезпечення якості для SIRMU​

Для забезпечення стабільності виробництва, стабільності та якості продукту, що гарантує тривалий термін витримки напруги ізоляції SIRMU, стійко ізольовані стовпи використовують процес автоматичного пресованого гелювання (APG) при виготовленні з епоксидної смоли. Вимоги до виробничого процесу для SIRMU перевищують вимоги для RMU з газовою ізоляцією SF₆. Недостатня контроль виробничого процесу значно збільшує ймовірність та важкість прихованих дефектів ізоляції та аварій порівняно з одиницями SF₆. Сувора контроль якості сировини та передові виробничі можливості є необхідними.

Зовнішня ізоляція вакуумного переривача досягається за допомогою багатьох середовищ, включаючи епоксид, силиконову гуму та повітря. Тому важливі є сила ізоляції окремих матеріалів та обробка міжфазних поверхонь між різними ізоляційними середовищами. Як епоксид, так і силиконова гума мають відмінну диелектричну силу, що досягає 5-6 разів більше, ніж повітря. Досягнення цієї сили вимагає строгого контролю над процесом формування — оптимальної температури та тиску — разом з забезпеченням вивільнення газів та випускання під час формування, щоб уникнути затримки мікро-бульбашок. Невиконання цього не лише зменшує силу ізоляції, але також спричиняє нерівномірне розподілення електричного поля, збільшуючи активність часткових розрядів (PD) та створюючи ризики під час експлуатації. Обробка міжфазних поверхонь забезпечує достатню силу ізоляції міжфазних поверхонь під впливом напруження, теплових циклів тощо, запобігаючи аваріям ізоляції. Необхідні надійні методи детекції якості міжфазних поверхонь. На даний момент вимірювання PD, радіографічний контроль та випробування грозовим імпульсом можуть точно оцінити силу ізоляції міжфазних поверхонь.

Використання радіографічного контролю як заводського випробування запобігає дефектам, таким як бульбашки, пори або тріщини в стійко ізольованих асамбляжах, та забезпечує, що вакуумні переривачі, їхні з'єднання/контакти та стійко ізольовані шини не мають візуально видимих аномальних деформацій на радіографічних зображеннях щодо їхніх позицій. Проведення вимірювань PD запобігає появі та зникненню PD у слабких або дефектних ділянках ізоляції SIRMU, що викликані високою напругою, уникнення накопичення виродження, що призводить до руйнування ізоляції з часом.

​3 Технічна проектна схема Інтелектуального SIRMU​

На основі широкого досвіду експлуатації розподільчих мереж та аналізу передового обладнання в Україні та за кордоном, враховуючи реальні умови експлуатації мережі та екологічні вимоги, ми визначили через комплексне порівняння розробити та застосувати проект "Дослідження застосування 10кВ Інтелектуального Стійко Ізольованого Кільцевого Головного Агрегату".

​3.1 Основний технічний зміст​

Нові AVR-12 типу Стійко Ізольовані Кільцеві Головні Агрегати (SIRMU) встановлюються на місці оригінальних. Використовується конфігурація подвійного живлення, використовуючи інтелектуальні функції SIRMU для швидкого відокремлення аварійних ліній, швидкого виявлення однофазних заземлень та передачі всієї інформації про переривачі за допомогою оптичного волокна до Мастер-станції Автоматизації Розподілу (DMS) або за допомогою SMS на телефони обслуговуючого персоналу. Використання платформи моніторингу мастер-станції дозволяє здійснювати статистику даних та аналіз аварій.

Цей проект реалізується в наступних аспектах:

• На основі оригінальної схеми RMU, враховуючи важливість користувача, живлення забезпечується через подвійні входи. Під час нормальної роботи Перший вход забезпечує живлення, тоді як Другий вход знаходиться на гарячому резервуванні.
• Основне обладнання — це AVR-12 типу Кільцевий Головний Агрегат, що складається з 7 секцій: 6 секцій переривачів (CB) та 1 секція потенціометра (PT).
• 6 секцій CB використовують структуру CB + Відключаючий перемикач (DS) + Заземлюючий перемикач (ES), оснащені інтегрованими пристроями захисту.
• Секція PT використовує структуру DS + однофазний PT, що забезпечує живлення зв'язку. PT може бути включений/виключений за допомогою DS у секції PT, що дозволяє проведення ремонту PT або лінії без повного відключення SIRMU.
• Використання SIRMU типу CB дозволяє кілька переривань струму короткого замикання. Порівняно з захистом плавкими вставками, крім усунення незручностей та витрат на заміну плавких вставок, вони забезпечують повне покриття захисту від коротких замикань через налаштування.

​Нормальна робота:​​
Інтелектуальний контролер отримує параметри (статус переривача, статус відключаючого перемикача, первинний струм/напруга, нуль-послідовний струм/напруга, статус мастер-станції DMS) для кожного входу/виходу. Реальнечасова передача даних за допомогою оптичного волокна до Мастер-станції Інтелектуальних Комутаційних Перемикачів дозволяє віддалене керування.

​Аварійне коротке замикання:​​
Швидкий захист інтелектуального контролера виявляє аварійний струм та потік енергії за 15 мс та усуває аварію за 25 мс, забезпечуючи нормальне живлення лінії, запобігаючи каскадному відключенню та зменшуючи масштаб відключення. Миттєві характеристики (напруга, струм, статус перемикача) дозволяють контролювати характеристику дії постійного магнітного актуатора, скорочуючи час усунення аварії для швидкого відокремлення аварійної лінії. Одночасно контролер передає інформацію про дії SIRMU за допомогою оптичного волокна до центру моніторингу, що дозволяє вчасно оцінити стан продукту та сприяє виявленню аварій та відновленню живлення.

​Однофазне заземлення:​​
Контролер використовує величину/фазу нуль-послідовного струму та величину/фазу нуль-послідовної напруги для визначення, чи відбулася аварія на боку завантаження SIRMU. Лише для заземлень на боку завантаження контролер видає команду захисту або сигнал тривоги та передає інформацію про аварію за допомогою оптичного волокна. Аварії на боку джерела не викликають дій контролера цього SIRMU.

​3.2 Основні технічні виклики​

(1) Застосування технології стійкої ізоляції та процесу виробництва APG для забезпечення надійності, тривалого терміну служби та безпідтримкової роботи SIRMU в умовах високих температур та високої солоністості.
(2) Використання інтегрованого, гнучкого концептуального дизайну, який поєднує високовольтний первинний розділ переривача з вторинним інтелектуальним розділом керування. Вбудовані комбіновані датчики струму/напруги дозволяють в реальному часі отримувати сигнали первинної напруги/струму та статус перемикача для гнучкого керування актуатором переривача, оптимізації роботи вакуумного переривача.
(3) Швидке виявлення аварійного струму та виконання дій захисту.

​Реалізація проекту:​​
Цей проект використовує стійко ізольовані RMU з інтегрованими інтелектуальними пристроями керування. Основний переривач використовує комбінований пристрій, що складається з перманентно-магнітного актівованого вакуумного переривача (VCB) з інтегрованим відключаючим перемикачем (DS) та заземлюючим перемикачем (ES). Обладнаний інтелектуальною системою керування, він виконує автоматичні функції керування навіть без координації з DMS. Перманентно-магнітний актуатор надає високу надійність та безпідтримкову роботу. Зв'язок за допомогою оптичного волокна дозволяє в реальному часі збирати всі параметри роботи RMU, спрощуючи віддалене відновлення живлення та аналіз аварій електроенергії, та накопичує досвід для термінальних пристроїв інтелектуальної мережі. Зовнішній корпус з нержавіючої сталі мінімізує майбутнє обслуговування.

​4 Висновок​

Інтелектуальний Стійко Ізольований Кільцевий Головний Агрегат (SIRMU) є безпечним, екологічно чистим, стабільним, надійним та високо інтелектуальним наступним поколінням RMU. Він особливо добре підходить для розташування в складних місцях, характеризуються високою висотою, екстремальними коливаннями температури, забрудненням та вологістю.