Analýza běžných problémů u 10kV plynově izolovaných okruhových rozvodoven (RMUs)
Úvod:
10kV plynově izolované RMU jsou široce používány díky mnoha výhodám, jako je úplná uzavřenost, vysoké izolační vlastnosti, nulová potřeba údržby, kompaktní rozměry a flexibilní a pohodlná instalace. V současné době se postupně stávají klíčovým uzlem v městských distribučních sítích s kruhovým zásobováním a hrají významnou roli v distribučním systému. Problémy uvnitř plynově izolovaných RMU mohou vážně ovlivnit celou distribuční síť. Aby byla zajištěna spolehlivost dodávky elektrické energie, je nezbytné řádně řešit problémy přítomné v 10kV plynově izolovaných RMU a provádět vhodná opatření pro jejich odstranění, což zlepší spolehlivost dodávky elektrické energie.
I. Úvod do 10kV plynově izolovaných vícekompartmentových RMU
Série 10kV plynově izolovaných RMU (často nazývaných: vícekompartmentové RMU, plně izolované skříně) má kompaktní mechanickou konstrukci, malý objem, nízkou hmotnost, všechnočasovou schopnost, vynikající rozšiřitelnost, lehkou a flexibilní modulární instalaci, snadnou údržbu bez demontáže a jednoduchou péči. Jejich technické parametry jsou rozumně rozděleny na základě designu a funkčních vlastností a mohou být obecně rozděleny podle velikosti do typů elektrických skříní, jako jsou Vysokovoltové nezávislé přepínací jednotky, Jednotky s vypínači, Kombinované jednotky s přepínacími přepínači a pojistkami, Jednotky pro spojení kabelů a Vysokovoltové měřicí skříně.
Termín "vícekompartmentové RMU" se primárně vztahuje na jejich přímé použití škodlivých plynových prostředků, jako je SF₆, jako hlavního elektrotechnického izolačního a kontaktového média. To jim poskytuje výrazně lepší elektrotechnické izolační a ochranné vlastnosti oproti běžným vzduchem izolovaným kabelovým skříním. Elektrotechnické mezery v plně izolovaných skříních jsou také obvykle úzké, často mnohem úzké, než u ekvivalentních polozazizolených skříní stejného napětí. Proto zabírají méně místa. Přepínací obálka a všechny živé měděné spojovací komponenty jsou trvale uzavřeny v nerezové obložce plné SF₆ plynu, která udržuje konstantní tlak, nezávislý na nadmořské výšce. Jsou také vhodné pro podzemní prostory a jiné relativně vlhké a chladné prostředí. Právě díky těmto vlastnostem jsou plynově izolované RMU široce používány v venkovních kabelových rozvaděčích a předmontovaných transformačních stanovištích.
II. Běžné problémy u 10kV plynově izolovaných vícekompartmentových RMU
V současné době tvoří 10kV plynově izolované RMU vyšší podíl v městských distribučních sítích než jiné typy RMU. Regionálně, s výjimkou několika raně instalovaných polozazizolených skříní, jsou všechny venkovní přepínací stanice zprovozněné po roce 2007 plynově izolované RMU. Jejich klíčová role je samozřejmá, protože jejich bezpečné a spolehlivé fungování přímo ovlivňuje spolehlivost dodávky elektrické energie uživatelům. Běžné problémy při provozu a údržbě 10kV plynově izolovaných RMU zahrnují problémy s terminály RMU a kabelovými spoji, dopady vlhkého provozního prostředí na RMU a selhání nádrže s SF₆ plynem.
2.1 Problémy s terminály a kabelovými spoji
Návrh 10kV vícekompartmentového RMU pochází z USA a Evropy, kde se převážně používají jednovodičové kabely. V důsledku toho jsou kabelové oddíly plynově izolovaných RMU relativně nízké. Jednovodičové kabely umožňují snadnější montáž a instalaci, a jejich terminály se blízce shodují s terminály RMU, což zajistí, že nedochází k přetížení teplotou a že jsou odolné proti točivému namáhání na terminálech.
V Číně se široce používají třívodičové kabely. Oproti jednovodičovým kabelům je instalace třívodičových kabelů výrazně složitější. Obvykle se používají kleště nebo šrouby k pevnému připevnění vnějšího kabelového obalu, což ztěžuje zajištění absolutní fixace všech tří vodičů. Díky své obvykle kratší délce a tlustšímu průměru, i když je třívodičový kabel pevně spojen a upraven, točivé momenty vyvolané vlastní hmotností kabelu nebo jakoukoli aplikovanou mechanickou silou jsou přímo přenášeny na terminály kabelů. Analýza nedávných selhání RMU v některých regionech ukazuje, že problémy způsobené nedostatečnými spoji mezi terminály RMU a kabely nejsou vzácné.
2.2 Problémy ve vlhkém prostředí
I když jsou 10kV plynově izolované RMU navrženy pro všechnočasovou operaci, dlouhodobé expozici ve vlhkém prostředí, zejména v pobřežních oblastech, může vést k korozí těla skříně a jiných kovových komponent. Pokud nejsou pevně zajištěny zátěžové desky na horní desce RMU nebo vstupním bodu kabelového roštu, vlhkost z kabelového roštu snadno pronikne do horní desky a dovnitř RMU. To může vést ke vzniku kondenzace vody. Tato kondenzace je velmi náchylná k vzniku poruch indikátorů, ukazatelů napětí a vnitřních mechanismů pro provoz a řízení. Tyto komponenty a sama deska se snadno mohou stát mokré, zrezivělé, blokované nebo zkonzervované. Vlhký vzduch může přímo proniknout dovnitř RMU, což způsobí chemickou korozí a zrezivění těla skříně a podložky, což dramaticky zkracuje životnost RMU [1].
2.3 Selhání nádrže s plynem
Hlavní příčinou krátkých obvodů v nádrži s plynem SF₆ jsou náhlé uniky plynu uvnitř uzavřené nádrže s plynem SF₆ z různých fyzikálních důvodů. To narušuje celistvost a hustotu uzavření plynu SF₆, což nakonec vede k krátkému obvodu mezi pohyblivými a pevnými kontakty za normálních provozních podmínek, což vede k havárii.
Místa uniků se nejčastěji nacházejí na kabelových terminálech (konce kabelů uvnitř nádrže). To je především způsobeno nestandardizovanou instalací kabelů, což způsobuje nadměrné namáhání na terminálech a vedlo k trhlinám v místě spojení mezi nádrží a kabelovým terminálem, což vede k uniku plynu SF₆. Takže selhání nádrže také odráží špatnou konstrukční praxi. Dále mohou určité výrobní procesy v některých RMU způsobit nedostatečné uzavření v některých oblastech, což vede k uniku.
2.4 Poruchy kabelových terminálů
V současné době je jednou z nejčastějších příčin selhání 10kV plynově izolovaných RMU externí přehození kabelových terminálů, způsobené špatnou prací nebo nesprávnými materiály při jejich výrobě. To vede k selhání RMU.
III. Opodstatněná opatření a prevence
Výše uvedené problémy lze řešit a prevencovat následujícími způsoby:
3.1 Zvýšení výšky kabelového oddílu 10kV RMU
Aby byl řešen problém úzkého a nízkého kabelového oddílu u vícekompartmentových RMU, volí většina výrobců zvýšení výšky oddílu. Když evropská značka vstoupila na čínský trh, přizpůsobila se změnou rozvržení terminálových bloků z stupňovitého na horizontální, podle čínských preferencí, což zlepšilo využití prostoru v kabelovém oddílu. Při instalaci může být vnitřní RMU zvýšen pomocí vhodně rozměrované boxové podložky. Pro venkovní kabelové rozvaděče může být zvýšena výška základny.
3.2 Použití přirozené ventilace nebo instalace odvlhčovacích zařízení
V současné době je přímou, efektivní a spolehlivou metodou prevence škodlivého vlhkosti kompletní uzavření podlahy kabelového oddílu RMU pomocí uzavřených protipožárních strukturních materiálů. To efektivně blokuje venkovní vlhký vzduch, prevenci vniknutí drobných zvířat a pomáhá prevenci růstu vegetace - dosahující více výhod. Vnitřní RMU musí využívat speciální odvlhčovací zařízení nebo automatické systémy kontroly vlhkosti. Venkovní kabelové rozvaděče mohou mít zvýšenou základnu a vhodný počet větracích/odvodňovacích otvorů uspořádaných kolem spodní části, aby bylo možné rozptýlit vlhkost z kabelových roštů/jamel. Nicméně, otvorů by nemělo být příliš mnoho a musí být zváženy opatření k prevenci rizik drobných zvířat. Kromě toho, pokud kabelový rozvaděč obsahuje transformátor napětí (PT) a umožňuje ventilace, může být nainstalován malý klimatizační odvlhčovač.
3.3 Posílení správy provozu a údržby
Selhání nádrže s plynem SF₆ může způsobit závažné havárie. Proto je klíčové vybírat zařízení s stabilní kvalitou a posílit správu během stavby. Relevatní technické specifikace Jižního čínského elektrárniho systému explicitně požadují, aby nádrže byly vyrobeny z nerezové oceli >2mm, schopné odolat normálním a přechodným tlakům během použití, a byly vybaveny manometry a plnícími porty pro SF₆. Operátoři musí pravidelně sledovat tlak nádrže během rutinní údržby. Zejména před provedením přepínacích operací je klíčové ověřit, že vnitřní tlak je normální, aby se zabránilo haváriím způsobeným unikem. Jakékoli zjištěné uniky musí být okamžitě odstraněny.
3.4 Zajištění přísné kontroly výroby a každodenní správy kabelových terminálů
Aby bylo možné prevencovat selhání RMU způsobené vadnými kabelovými terminály, je klíčové pečlivě vybírat kvalifikované kabelové terminály splňující kvalitativní požadavky. Instalační personál musí při výrobě terminálů striktně dodržovat národní normy. Kontrolorům musí být pečlivě vynucována kontrola kvality přijetí, aby se zabránilo uvádění nedostatečných terminálů do provozu. Dále musí jednotky provozu a údržby pečlivě udržovat záznamy o kabelových terminálech a kategorizovat/analyzovat terminály, které při běžném provozu ukazují potenciální problémy. To zajišťuje včasné identifikování rodinných vad a pomáhá předcházet opakování podobných kvalitativních problémů a havárií [2].
IV. Závěr
Díky mnoha výhodám se 10kV plynově izolované RMU postupně staly klíčovým uzlem v kruhovém zásobování městských distribučních sítí a hrají významnou roli v distribučním systému. Tento článek ilustruje několik běžných problémů u 10kV plynově izolovaných vícekompartmentových RMU a navrhuje odpovídající řešení a prevence. Cílem je snížit míru selhání 10kV plynově izolovaných RMU a zlepšit spolehlivost dodávky elektrické energie. Po mnoha letech vývoje jsou 10kV plynově izolované RMU nyní hlavními uzly v městských kruhových distribučních sítích. Jejich bezpečné a spolehlivé fungování přímo ovlivňuje spolehlivost dodávky elektrické energie poskytované elektrárny. V reálném provozu mohou dojít k různým typům poruch u 10kV plynově izolovaných RMU kvůli environmentálním faktorům nebo kvalitativním problémům, což vede ke snížení spolehlivosti dodávky elektrické energie.
