Anàlisi dels problemes comuns en unitats principals d'anell aïllades amb gas de 10kV (RMUs)
Introducció:
Els RMUs de 10kV aïllats amb gas són ampliament utilitzats degut a les seves nombroses avantatges, com el fet d'estar totalment tancats, tenir un alt rendiment aïllant, no necessitar manteniment, tenir una mida compacta i oferir una instal·lació flexible i còmoda. En aquest moment, han esdevingut progressivament un node crític en la xarxa de distribució urbana en anell i juguen un paper important en el sistema de distribució d'energia. Els problemes dins dels RMUs aïllats amb gas poden afectar greument tota la xarxa de distribució. Per assegurar la fiabilitat de l'abastament d'energia, és essencial abordar seriósament els problemes presents en els RMUs de 10kV aïllats amb gas i implementar mesures adequades per resoldre-los, augmentant així la fiabilitat de l'abastament d'energia.
I. Introducció als RMUs de 10kV aïllats amb gas de múltiples compartiments
La sèrie de RMUs de 10kV aïllats amb gas (sovint anomenats: RMUs de múltiples compartiments, armari completament aïllat) té una estructura mecànica compacta, un volum reduït, pes lleuger, capacitat tota l'any, excel·lent expansibilitat, instal·lació modular lleugera i flexible, manteniment fàcil sense desmuntatge i baixa manutenció. Els seus paràmetres tècnics estan dividits de manera raonable basant-se en característiques de disseny i funcionalitats, i es poden classificar en general per mida en tipus d'armari elèctric com Unitats de Comutació d'Alta Tensió Sense Càrrega, Unitats de Interruptor, Unitats de Combinació d'Interruptor de Càrrega-Fús, Unitats de Connexió de Cable i Armari de Mesurament d'Alta Tensió.
El terme "RMU de múltiples compartiments" es refereix principalment al seu ús directe de mitjans gasosos prejudicials com l'SF₆ com a principal medi aïllant i de contacte elèctric. Això els dota d'un rendiment aïllant i protector significativament superior comparat amb els armaris de cable aïllats amb aire convencionals. La distància elèctrica en els armaris completament aïllats també és generalment més estreta, sovint molt més estreta, que en armaris semiaïllats equivalents a la mateixa tensió. Per tant, ocupen menys espai. L'habitatge de l'interruptor i totes les connexions de cobre actives estan permanentment tancats dins d'una carcassa d'acer inoxidable omplida amb gas SF₆, mantenint una pressió constant no afectada per l'altitud. Són també adequats per a sales de màquines i altres entorns relativament humits i fredos. Precisament a causa d'aquestes característiques, els RMUs aïllats amb gas s'utilitzen extensament en caixes de branques de cables exteriors i subestacions prefabricades.
II. Problemes comuns en els RMUs de 10kV aïllats amb gas de múltiples compartiments
Actualment, els RMUs de 10kV aïllats amb gas constitueixen una proporció més elevada en les xarxes de distribució urbana que altres tipus de RMUs. Regionalment, amb l'excepció de alguns armaris semiaïllats instal·lats prou aviat, tots els punts de comutació exteriors posats en servei després de 2007 són RMUs aïllats amb gas. El seu paper vital és evident, ja que la seva operació segura i fiable afecta directament la fiabilitat de l'abastament d'energia als usuaris. Alguns problemes operatius i de manteniment comuns en els RMUs de 10kV aïllats amb gas inclouen problemes amb les capses del RMU i les connexions de cable, impactes de l'entorn operatiu humit en el RMU i fallades del dipòsit d'aire de SF₆.
2.1 Problemès amb les capses i les connexions de cable
El disseny del RMU de 10kV de múltiples compartiments va originar-se a Estats Units i Europa, on es fan servir principalment cables de nucli únic. Conseqüentment, els compartiments de cable dels RMUs aïllats amb gas són relativament baixos. Els cables de nucli únic faciliten una fixació i instal·lació més fàcils, i les seves terminacions s'ajusten estretament a les terminacions de les capses del RMU, assegurant que no es produeixin faults per sobrecàrrega tèrmica i proporcionant resistència a la torsió en les capses.
A Xina, es fan servir àmpliament cables de tres núclis. Comparat amb els cables de nucli únic, l'instal·lació de cables de tres núclis és significativament més complexa. Normalment, es fan servir gralls o polsors per assegurar la guia exterior del cable, fent difícil assegurar una fixació absoluta de tots tres núclis. Degut a la seva longitud més curta i diàmetre més gran, fins i tot quan el cable de tres núclis està ben connectat i fixat, els moments de torsió generats pel propi pes del cable o qualsevol força mecànica aplicada es transmeten directament a les capses del cable. L'anàlisi de les falles recents de RMUs en algunes regions indica que els faults causats per connexions inadequades entre les capses del RMU i els cables no són infreqüents.
2.2 Problemes en entorns humits
Encara que els RMUs de 10kV aïllats amb gas estan dissenyats per funcionar en tots els temps, la exposició prolongada a entorns humits, especialment en zones costaneres, encara pot provocar corrosió de la carcassa i altres components metàl·lics. Si les plaques d'estanquilitat a la placa de cobertura del RMU o al punt d'entrada de la trinxera de cable no estan ben assegurades, l'humitat de la trinxera de cable pot infiltrar-se fàcilment a la cobertura i interior del RMU. Això pot portar a la formació de condensació a partir de l'evaporació d'aigua. Aquesta condensació és altament propensa a causar faults en indicadors, indicadors de tensió i mecanismes internes d'operació i control. Aquests components i la placa mateixa es poden humitejar, oxidar, bloquejar o corroir fàcilment. L'aire humit pot entrar directament a l'interior del RMU, causant corrosió química i oxidació de la carcassa i la base, reduint dràsticament la vida útil del RMU [1].
2.3 Falles del dipòsit d'aire
La causa principal de les falles de curtcircuït del dipòsit d'aire de l'interruptor SF₆ són les fugues súbites de gas dins de la càmera sellada del dipòsit d'aire SF₆ per diverses raons físiques. Això compromet la integritat i densitat del sel·lament de gas SF₆, resultant finalment en una falla de curtcircuït entre els contactes mòbils i fixos en condicions d'operació normals, conduint a un accident.
Els punts de fuga es troben principalment en les terminacions de cable (extrems de cable dins del dipòsit). Això és principalment degut a l'instal·lació de cables no estandarditzada, causant un estrès excessiu en les terminacions i resultant en fissures en la junta entre el dipòsit d'aire i la terminació de cable, provocant una fuga de gas SF₆. Així, les falles del dipòsit d'aire també reflecteixen pràctiques de construcció pobres. En segon lloc, els problemes inherents en el procés de fabricació de alguns RMUs poden causar un sel·lament inadequat en determinades àrees, conduint a fugues.
2.4 Falles de terminació de cable
Actualment, una de les causes més comunes de falla en els RMUs de 10kV aïllats amb gas és el flashover extern de les terminacions de cable, causat per una mala feina o materials de qualitat insuficient durant la seva fabricació. Això porta a la falla del RMU.
III. Medidas correctores i preventives
Els problemes mencionats anteriorment es poden abordar i prevenir a través de les següents aproximacions:
3.1 Augmentar l'alçada del compartiment de cable del RMU de 10kV
Per abordar el problema dels compartiments de cable estrets i baixos en els RMUs de múltiples compartiments, la majoria dels fabricants opten per augmentar l'alçada del compartiment. Quan una marca europea va entrar al mercat xinès, va adaptar-se canviant la disposició de la barra de terminacions de graduada a horitzontal, seguint les preferències xineses, millorant així l'ús de l'espai del compartiment de cable. Durant l'instal·lació, el RMU interior es pot elevar utilitzant una base de caixa de mida adequada. Per a les caixes de branques de cables exteriors, es pot augmentar l'alçada de la fundació.
3.2 Utilitzar ventilació natural o instal·lar dispositius deshumidificadors
Actualment, un mètode directe, eficaç i fiable per prevenir la ingressió d'humitat nociva és sellar completament el sol del compartiment de cable del RMU utilitzant materials estructurals ignífugs sellats. Això bloqueja efectivament l'aire humit exterior, evita la intrusió d'animals petits i ajuda a prevenir el creixement de vegetació – assolint diversos beneficis. Els RMUs interiors han de fer servir equips de deshumidificació dedicats o sistemes de control d'humitat automàtics. Les caixes de branques de cables exteriors poden tenir les seves fundacions elevades i un nombre adequat de forats de ventilació/dissipació de calor disposats al voltant de la part inferior per facilitar la dispersió de l'humitat de les trinxeres/pits de cable. No obstant això, no haurien de ser massa numerosos, i s'han de considerar mesures per prevenir els perills causats pels animals petits. A més, si una caixa de branques de cable conté un transformador de tensió (PT) i la ventilació ho permet, es pot instal·lar un petit aire acondicionat deshumidificador.
3.3 Reforçar la gestió de l'operació i el manteniment
Les falles del dipòsit d'aire SF₆ poden causar accidents majors. Per tant, és crucial seleccionar dispositius amb una qualitat estable i reforçar la gestió durant la construcció. Les especificacions tècniques rellevants de la Xarxa d'Electricitat del Sud de Xina exigeixen expressament que els dipòsits d'aire estiguin fets d'acer inoxidable >2mm d'espessor, capaços de suportar les pressions normals i transitòries trobades durant l'ús, i estiguin equipats amb manòmetres de pressió SF₆ i ports de llençada. Els operadors han de monitoritzar regularment la pressió del dipòsit durant la mantenedora rutinària. Especialment abans de les operacions de commutació, confirmar la pressió interna normal és vital per evitar accidents deguts a fugues. Qualsevol fuga detectada ha de ser tractada promptament.
3.4 Assegurar un estrict control de la fabricació de les terminacions de cable i la gestió diària
Per prevenir les falles del RMU causades per terminacions de cable defectuoses, és essencial seleccionar amb cura terminacions de cable qualificades que compleixen els requisits de qualitat. El personal d'instal·lació ha de seguir estrictament les normes nacionals durant la fabricació de les terminacions. Els inspectors han de fer un seguiment rigorós de la recepta de la qualitat per evitar que les terminacions de qualitat insuficient entren en servei. A més, les unitats d'operació i manteniment han de mantenir registres de les terminacions de cable i categoritzar/anàlisis les terminacions que presentin problemes potencials durant la operació rutinària. Això assegura la identificació oportuna de defects de família i ajuda a evitar la recurrència de problemes de qualitat similars i accidents [2].
IV. Conclusió
Degut a les seves nombroses avantatges, els RMUs de 10kV aïllats amb gas han esdevingut progressivament un node crític en l'abastament d'energia en anell de les xarxes de distribució urbana, jugant un paper vital en el sistema de distribució d'energia. Aquest article il·lustra diversos problemes prevalents en els RMUs de 10kV aïllats amb gas de múltiples compartiments i proposa solucions i mesures preventives corresponents. L'objectiu és reduir la taxa de falla dels RMUs de 10kV aïllats amb gas i augmentar la fiabilitat de l'abastament d'energia. Després de molts anys d'evolució, els RMUs de 10kV aïllats amb gas són ara els nodes primaris en les xarxes de distribució en anell urbà. La seva operació segura i fiable afecta directament la fiabilitat de l'abastament d'energia proporcionada per les companyies elèctriques. En la operació real, diversos tipus de falles poden ocorrer en els RMUs de 10kV aïllats amb gas degut a factors ambientals o problemes de qualitat, llevant a una disminució de la fiabilitat de l'abastament d'energia.
