Analyse häufiger Probleme bei 10kV gasisolierten Ringkabelverteilern (RMUs)

Einführung:​​
10kV-Gas-isolierte RMUs werden aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile weit verbreitet eingesetzt, wie zum Beispiel vollständige Abriegelung, hohe Isolierleistung, keine Wartung, kompakte Größe und flexible, bequeme Installation. Inzwischen sind sie allmählich zu einem kritischen Knotenpunkt im städtischen Verteilungsnetzring-Netzwerk geworden und spielen eine wichtige Rolle im Stromversorgungssystem. Probleme in Gas-isolierten RMUs können den gesamten Verteilungsnetzbetrieb stark beeinträchtigen. Um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung sicherzustellen, ist es notwendig, die in 10kV-Gas-isolierten RMUs vorhandenen Probleme ernsthaft anzugehen und angemessene Maßnahmen zur Lösung umzusetzen, um so die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu erhöhen.

​I. Einführung in 10kV-Gas-isolierte Mehrfachabteilung-RMUs​
Die 10kV-Gas-isolierte RMU-Serie (oft auch als: Mehrfachabteilung-RMU, vollständig isolierte Schaltanlage bezeichnet) verfügt über eine kompakte mechanische Struktur, kleines Volumen, geringes Gewicht, Allwetterfähigkeit, ausgezeichnete Erweiterbarkeit, leichte und flexible modulare Installation, einfache Wartung ohne Zerlegung und einfache Pflege. Ihre technischen Parameter sind nach Design und Funktionsmerkmalen sinnvoll unterteilt und können grob in elektrische Schranktypen wie Hochspannungs-Nicht-Ladungs-Schaltungen, Schaltkreise, Lastschalter-Fuse-Kombinationseinheiten, Kabelverbindungseinheiten und Hochspannungsmessschränke unterteilt werden.

Der Begriff „Mehrfachabteilung-RMU“ bezieht sich hauptsächlich auf deren direkte Verwendung von schädlichen Gasmedien wie SF₆ als Hauptelektroisolier- und Kontaktmittel. Dies verleiht ihnen einen erheblich besseren elektrischen Isolations- und Schutzstandard im Vergleich zu normalen Luft-isolierten Kabelschränken. Der elektrische Abstand in vollständig isolierten Schränken ist in der Regel enger, oft viel enger, als in gleichwertigen halb-isolierten Schränken bei gleicher Spannung. Daher nehmen sie weniger Platz ein. Die Schaltgehäuse und alle lebenden Kupferverbindungsbauteile sind dauerhaft in einer mit SF₆-Gas gefüllten, rostfreien Stahlhülle versiegelt, wodurch ein konstanter Druck unabhängig von der Höhe aufrechterhalten wird. Sie sind auch für Kellerräume und andere relativ feuchte, kalte Umgebungen geeignet. Aufgrund dieser Eigenschaften werden gasisolierte RMUs häufig in Außenkabelverteilerboxen und Fertigunterstationen eingesetzt.

​II. Häufige Probleme bei 10kV-Gas-isolierten Mehrfachabteilung-RMUs​
Derzeit stellen 10kV-Gas-isolierte RMUs einen höheren Anteil an städtischen Verteilungsnetzen dar als andere Arten von RMUs. Regional betrachtet, mit Ausnahme einiger weniger früh installierter halb-isolierter Schränke, sind alle nach 2007 in Betrieb genommenen Außenumschaltwerke gas-isolierte RMUs. Ihre wichtige Rolle ist offensichtlich, da ihr sicherer und zuverlässiger Betrieb die Zuverlässigkeit der Stromversorgung für die Nutzer direkt beeinflusst. Häufig auftretende Betriebs- und Wartungsprobleme bei 10kV-Gas-isolierten RMUs umfassen Probleme mit RMU-Buschings und Kabelverbindungen, Auswirkungen feuchter Betriebsumgebungen auf die RMU und SF₆-Lufttankausfälle.

​2.1 Busching- und Kabelverbindungsprobleme​
Das 10kV-Mehrfachabteilung-RMU-Design stammt aus den USA und Europa, wo hauptsächlich Einzelkabel verwendet werden. Daher sind die Kabelabteilungen von Gas-isolierten RMUs vergleichsweise niedrig. Einzelkabel erleichtern die Fixierung und Installation, und ihre Enden passen gut an die RMU-Buschings an, was dazu führt, dass keine thermischen Überlastfehler auftreten und Torsionsbelastungen auf den Bushings vermieden werden.

In China werden hingegen Drei-Kern-Kabel weit verbreitet eingesetzt. Im Vergleich zu Einzelkabeln ist die Installation von Drei-Kern-Kabeln erheblich komplexer. Normalerweise werden Klammern oder Bolzen verwendet, um die äußere Kabelhülle zu fixieren, wodurch es schwierig ist, die absolute Fixierung aller drei Kerne gleichzeitig sicherzustellen. Aufgrund ihres generell kürzeren und dickeren Durchmessers werden durch das eigene Gewicht des Kabels oder durch angewandte mechanische Kräfte Torsionsmomente direkt auf die Kabelbuschings übertragen. Die Analyse neuerlicher RMU-Ausfälle in bestimmten Regionen zeigt, dass Fehler aufgrund unzureichender Verbindungen zwischen RMU-Buschings und Kabeln nicht selten sind.

​2.2 Probleme in feuchten Umgebungen​
Obwohl 10kV-Gas-isolierte RMUs für den Einsatz in allen Wetterbedingungen konzipiert sind, kann eine langanhaltende Exposition in feuchten Umgebungen, insbesondere in Küstengebieten, immer noch zur Korrosion des Gehäuses und anderer Metallkomponenten führen. Wenn die Verschlussplatten auf dem RMU-Deckel oder am Eingangspunkt des Kabelkanals nicht fest verschlossen sind, kann Feuchtigkeit aus dem Kabelkanal leicht in den RMU-Deckel und das Innere eindringen. Dies kann zu signifikanter Wasserverdampfung und Kondensation führen. Diese Kondensation kann zu Fehlern in Indikatoren, Spannungsanzeigen und internen Betriebs- und Steuermechanismen führen. Diese Komponenten und das Panel selbst können leicht feucht, rostig, verstopft oder korrodiert werden. Feuchte Luft kann direkt in das Innere des RMU eindringen, was zu chemischer Korrosion und Rostbildung am Gehäuse und der Bodenplatte führt und die Lebensdauer des RMU drastisch verkürzt [1].

​2.3 Lufttankausfälle​
Die Hauptursache für Kurzschlussausfälle in SF₆-Schaltlufttanks ist das plötzliche Leck von Gas innerhalb des versiegelten SF₆-Tankraumes aus verschiedenen physikalischen Gründen. Dies beeinträchtigt die Integrität und Dichte des SF₆-Gasverschlusses, was letztendlich zu einem Kurzschluss zwischen beweglichen und festen Kontakten unter normalen Betriebsbedingungen führt und zu einem Unfall resultiert.

Leckstellen finden sich meist an Kabelendabschnitten (Kabelenden im Tank). Dies ist hauptsächlich auf nicht standardisierte Kabelinstallationen zurückzuführen, die zu übermäßigem Stress an den Enden führen und zu Rissen an der Verbindung zwischen Lufttank und Kabelendstück führen, was wiederum zu SF₆-Gasleckagen führt. Daher spiegeln Lufttankausfälle auch mangelhafte Bauarbeiten wider. Zweitens können herstellungsbedingte Mängel in einigen RMUs zu unzureichender Abdichtung in bestimmten Bereichen führen, was zu Leckagen führt.

​2.4 Kabelendstückfehler​
Einer der häufigsten Gründe für Ausfälle in 10kV-Gas-isolierten RMUs ist der externe Flashover von Kabelendstücken, bedingt durch mangelhafte Verarbeitung oder minderwertige Materialien bei deren Herstellung. Dies führt zu RMU-Ausfällen.

​III. Gegenmaßnahmen und Präventivmaßnahmen​
Die oben genannten Probleme können durch folgende Ansätze angegangen und verhindert werden:

​3.1 Erhöhung der Höhe des 10kV-RMU-Kabelabteils​
Um das Problem der engen, niedrigen Kabelabteile in Mehrfachabteilung-RMUs zu lösen, entscheiden sich die meisten Hersteller dafür, die Abteilhöhe zu erhöhen. Als europäische Marke trat auf den chinesischen Markt, wurde die Anordnung der Terminalblöcke von gestaffelt auf horizontal geändert, um chinesischen Vorlieben gerecht zu werden, was die Nutzung des Kabelabteilraums verbesserte. Bei der Installation kann der Innenraum-RMU mit einem passend dimensionierten Kastenfundament erhöht werden. Für Außenkabelverteilerboxen kann die Fundamentenhöhe erhöht werden.

​3.2 Verwendung natürlicher Belüftung oder Installation von Entfeuchtungsgeräten​
Derzeit ist eine direkte, effektive und zuverlässige Methode, um den Eintritt schädlicher Feuchtigkeit zu verhindern, die vollständige Abdichtung des RMU-Kabelabteilbodens mit abgedichteten brandschutzfähigen Strukturmaterialien. Dies blockiert effektiv die feuchte Außenluft, verhindert das Eindringen kleiner Tiere und hilft, die Vegetationsentwicklung zu verhindern – mehrere Vorteile auf einmal. Innenraum-RMUs müssen spezielle Entfeuchtungsgeräte oder automatische Feuchtigkeitskontrollsysteme nutzen. Außenkabelverteilerboxen können ihre Fundamente erhöhen und eine angemessene Anzahl von Belüftungs-/Wärmeableitungsöffnungen rund um den Unterbau anordnen, um die Feuchtigkeitsdispersion aus Kabelgruben/Kanälen zu fördern. Allerdings sollten die Öffnungen nicht übermäßig sein, und Maßnahmen zur Verhinderung von Gefahren durch kleine Tiere müssen berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann, wenn in einer Kabelverteilerbox ein Spannungswandler (PT) enthalten ist und die Belüftung dies zulässt, ein kleiner Klimaanlagenentfeuchter installiert werden.

​3.3 Stärkung der Betriebs- und Wartungsmanagement​
SF₆-Tankausfälle können zu schweren Unfällen führen. Daher ist die Auswahl von Geräten mit stabiler Qualität entscheidend, und das Management während des Baus muss gestärkt werden. Relevante technische Spezifikationen des Südchinesischen Stromnetzes fordern explizit, dass Lufttanks aus Edelstahl >2mm dick hergestellt sein müssen, um den normalen und transitorischen Drücken während des Gebrauchs standzuhalten, und mit SF₆-Druckmessern und Füllstutzen ausgestattet sein müssen. Betreiber müssen den Tankdruck regelmäßig während der Routinewartung überwachen. Insbesondere vor Schaltvorgängen ist es wichtig, den normalen inneren Druck zu bestätigen, um Unfälle aufgrund von Leckagen zu vermeiden. Jede festgestellte Leckage muss sofort behoben werden.

​3.4 Sorgfältige Kontrolle der Herstellung und täglichen Verwaltung von Kabelendstücken​
Um RMU-Ausfälle aufgrund defekter Kabelendstücke zu vermeiden, ist es entscheidend, sorgfältig qualifizierte Kabelendstücke auszuwählen, die den Qualitätsanforderungen entsprechen. Installationspersonal muss sich bei der Herstellung der Endstücke streng an nationale Standards halten. Prüfer müssen die Qualitätsannahmekontrollen rigoros durchführen, um substandardmäßige Endstücke vom Einsatz abzuhalten. Darüber hinaus müssen Betriebs- und Wartungseinheiten sorgfältig Kabelendstückaufzeichnungen führen und Endstücke, die während des Routinebetriebs potenzielle Probleme aufweisen, kategorisieren und analysieren. Dies ermöglicht die zeitnahe Identifizierung von Familienfehlern und hilft, ähnliche Qualitätsprobleme und -unfälle zu vermeiden [2].

​IV. Schlussfolgerung​
Aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile haben 10kV-Gas-isolierte RMUs zunehmend einen kritischen Knotenpunkt im Ringstromversorgungsnetz städtischer Verteilungsnetze geworden und spielen eine wichtige Rolle im Stromversorgungssystem. Dieser Artikel illustriert einige verbreitete Probleme bei 10kV-Gas-isolierten Mehrfachabteilung-RMUs und schlägt entsprechende Lösungen und präventive Maßnahmen vor. Das Ziel ist, die Ausfallrate von 10kV-Gas-isolierten RMUs zu reduzieren und die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu erhöhen. Nach vielen Jahren der Entwicklung sind 10kV-Gas-isolierte RMUs nun die primären Knotenpunkte in städtischen Ringstrom-Verteilungsnetzen. Ihr sicherer und zuverlässiger Betrieb beeinflusst direkt die Zuverlässigkeit der Stromversorgung, die von Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. In der tatsächlichen Operation können aufgrund von Umwelteinflüssen oder Qualitätsproblemen verschiedene Fehlerarten in 10kV-Gas-isolierten RMUs auftreten, was zu einem Rückgang der Zuverlässigkeit der Stromversorgung führt.