Análisis de Problemas Comunes en Unidades de Distribución de Anillo aisladas con Gas a 10kV (RMUs)
Introducción:
Las RMUs aisladas con gas de 10kV se utilizan ampliamente debido a sus numerosas ventajas, como ser completamente cerradas, poseer un alto rendimiento de aislamiento, no requerir mantenimiento, tener un tamaño compacto y ofrecer una instalación flexible y conveniente. En esta etapa, han llegado a convertirse gradualmente en un nodo crítico en la red de distribución urbana de alimentación en anillo y desempeñan un papel significativo en el sistema de distribución de energía. Los problemas dentro de las RMUs aisladas con gas pueden afectar severamente toda la red de distribución. Para garantizar la confiabilidad del suministro de energía, es esencial abordar seriamente los problemas presentes en las RMUs aisladas con gas de 10kV e implementar medidas adecuadas para su resolución, lo que mejora la confiabilidad del suministro de energía.
I. Introducción a las RMUs aisladas con gas de 10kV de múltiples compartimentos
La serie de RMUs aisladas con gas de 10kV (a menudo llamada: RMU de múltiples compartimentos, gabinete totalmente aislado) presenta una estructura mecánica compacta, volumen pequeño, peso ligero, capacidad para todo tipo de clima, excelente expansibilidad, instalación modular ligera y flexible, mantenimiento fácil sin desmontaje y sencillo cuidado. Sus parámetros técnicos están divididos razonablemente según las características de diseño y funcionales, y pueden clasificarse en general por tamaño en tipos de gabinetes eléctricos como Unidades de Conmutación de Alta Tensión No Cargadas, Unidades de Interruptores, Unidades de Combinación de Interruptores de Carga-Fusibles, Unidades de Conexión de Cables y Gabinetes de Medición de Alta Tensión.
El término "RMU de múltiples compartimentos" se refiere principalmente a su uso directo de medios gaseosos dañinos como SF₆ como principal medio de aislamiento y contacto eléctrico. Esto les otorga un rendimiento de aislamiento y protección eléctrica significativamente superior en comparación con los gabinetes de cables aislados con aire comunes. La separación eléctrica en los gabinetes totalmente aislados también es generalmente más estrecha, a menudo mucho más estrecha, que en los gabinetes semi-aislados equivalentes a la misma tensión nominal. Por lo tanto, ocupan menos espacio. El alojamiento del interruptor y todos los componentes de conexión de cobre vivos están sellados permanentemente dentro de una carcasa de acero inoxidable llena de gas SF₆, manteniendo una presión constante no afectada por la altitud. También son adecuados para sótanos y otros entornos relativamente húmedos y fríos. Precisamente debido a estas características, las RMUs aisladas con gas se utilizan extensivamente en cajas de derivación de cables al aire libre y subestaciones prefabricadas.
II. Problemas comunes en las RMUs aisladas con gas de 10kV de múltiples compartimentos
Actualmente, las RMUs aisladas con gas de 10kV constituyen una proporción mayor en las redes de distribución urbanas que otros tipos de RMUs. Regionalmente, con la excepción de algunos gabinetes semi-aislados instalados temprano, todas las estaciones de conmutación al aire libre puestas en servicio después de 2007 son RMUs aisladas con gas. Su papel vital es evidente, ya que su operación segura y confiable afecta directamente la confiabilidad del suministro de energía a los usuarios. Los problemas operativos y de mantenimiento comunes encontrados en las RMUs aisladas con gas de 10kV incluyen problemas con los empalmes de las RMUs y las conexiones de cable, impactos del entorno operativo húmedo en la RMU y fallas en los tanques de aire SF₆.
2.1 Problemas con los empalmes y las conexiones de cable
El diseño de la RMU de múltiples compartimentos de 10kV se originó en los Estados Unidos y Europa, donde se utilizan predominantemente cables monofásicos. Como resultado, los compartimentos de cables de las RMUs aisladas con gas son relativamente bajos. Los cables monofásicos facilitan una fijación e instalación más sencilla, y sus terminaciones se ajustan de cerca a los terminales de los empalmes de la RMU, asegurando que no ocurran fallos de sobrecarga térmica y proporcionando resistencia a la torsión en los empalmes.
En China, se utilizan ampliamente cables trifásicos. En comparación con los cables monofásicos, la instalación de cables trifásicos es significativamente más compleja. Generalmente, se utilizan abrazaderas o tornillos para asegurar la cubierta externa del cable, lo que dificulta asegurar la fijación absoluta de los tres núcleos. Debido a que son generalmente más cortos y de mayor diámetro, incluso cuando el cable trifásico está conectado y fijado de manera segura, los momentos de torsión generados por el propio peso del cable o cualquier fuerza mecánica aplicada se transmiten directamente a los empalmes del cable. El análisis de las fallas recientes de algunas RMUs en algunas regiones indica que los fallos causados por conexiones inadecuadas entre los empalmes de las RMUs y los cables no son infrecuentes.
2.2 Problemas en entornos húmedos
Aunque las RMUs aisladas con gas de 10kV están diseñadas para operar en todo tipo de clima, la exposición prolongada a entornos húmedos, especialmente en áreas costeras, aún puede llevar a la corrosión del cuerpo del gabinete y otros componentes metálicos. Si las placas de sellado en la tapa del panel de la RMU o en el punto de entrada del zanja de cable no están bien aseguradas, la humedad de la zanja de cable puede infiltrarse fácilmente en la tapa y el interior de la RMU. Esto puede provocar una evaporación significativa de agua formando condensación. Esta condensación es muy propensa a causar fallos en indicadores, indicadores de tensión y mecanismos internos de operación y control. Estos componentes y el panel mismo pueden volverse húmedos, oxidados, bloqueados o corroídos fácilmente. El aire húmedo puede entrar directamente en el interior de la RMU, causando corrosión química y oxidación del cuerpo del gabinete y la placa base, acortando drásticamente la vida útil de la RMU [1].
2.3 Fallas en los tanques de aire
La causa principal de las fallas de cortocircuito en los tanques de aire de los interruptores SF₆ es la fuga repentina de gas dentro de la cavidad sellada del tanque de SF₆ debido a diversas razones físicas. Esto compromete la integridad y densidad del sello de gas SF₆, resultando finalmente en una falla de cortocircuito entre los contactos móviles y fijos en condiciones normales de operación, lo que lleva a un accidente.
Los puntos de fuga se encuentran principalmente en los terminales de cable (extremos de cable dentro del tanque). Esto se debe principalmente a la instalación no estándar de los cables, que causa un estrés excesivo en los terminales y conduce a grietas en la unión entre el tanque de aire y el terminal de cable, resultando en la fuga de gas SF₆. Así, las fallas en los tanques de aire también reflejan prácticas de construcción deficientes. En segundo lugar, los problemas inherentes en el proceso de fabricación de algunas RMUs pueden causar un sellado inadecuado en ciertas áreas, lo que conduce a fugas.
2.4 Fallos en las terminaciones de cable
Actualmente, una de las causas más comunes de falla en las RMUs aisladas con gas de 10kV es el flashover externo de las terminaciones de cable, causado por una mala ejecución o materiales de baja calidad durante su fabricación. Esto lleva a la falla de la RMU.
III. Medidas correctivas y preventivas
Los problemas mencionados anteriormente se pueden abordar y prevenir a través de los siguientes enfoques:
3.1 Aumentar la altura del compartimento de cable de la RMU de 10kV
Para abordar el problema de los compartimentos de cable estrechos y de baja altura en las RMUs de múltiples compartimentos, la mayoría de los fabricantes optan por aumentar la altura del compartimento. Cuando una marca europea entró en el mercado chino, adaptó cambiando la disposición del bloque de terminales de escalonada a horizontal, siguiendo las preferencias chinas, mejorando así el aprovechamiento del espacio del compartimento de cable. Durante la instalación, la RMU interior se puede elevar utilizando una base de tipo caja de tamaño apropiado. Para las cajas de derivación de cables al aire libre, se puede elevar la altura de la fundación.
3.2 Utilizar ventilación natural o instalar dispositivos de deshumidificación
Actualmente, un método directo, eficaz y confiable para prevenir la entrada de humedad perjudicial es sellar completamente el piso del compartimento de cable de la RMU utilizando materiales estructurales ignífugos sellados. Esto bloquea eficazmente el aire húmedo exterior, previene la intrusión de pequeños animales y ayuda a prevenir el crecimiento de vegetación, logrando múltiples beneficios. Las RMUs interiores deben utilizar equipos de deshumidificación dedicados o sistemas de control de humedad automática. Las cajas de derivación de cables al aire libre pueden tener su fundación elevada y se pueden disponer un número apropiado de aberturas de ventilación/dispersión de calor alrededor de la parte inferior para facilitar la dispersión de la humedad desde las zanjas/pozos de cable. Sin embargo, las aberturas no deben ser excesivas, y se deben considerar medidas para prevenir peligros de pequeños animales. Además, si una caja de derivación de cables contiene un Transformador de Potencial (TP) y la ventilación lo permite, se puede instalar un pequeño aire acondicionado deshumidificador.
3.3 Fortalecer la gestión de operación y mantenimiento
Las fallas en los tanques de SF₆ pueden causar accidentes graves. Por lo tanto, es crucial seleccionar dispositivos de calidad estable y fortalecer la gestión durante la construcción. Las especificaciones técnicas relevantes de la Red Sur de China requieren explícitamente que los tanques de aire sean de acero inoxidable >2mm de espesor, capaces de soportar las presiones normales y transitorias encontradas durante el uso, y equipados con manómetros de presión de SF₆ y puertos de llenado. Los operadores deben monitorear regularmente la presión del tanque durante el mantenimiento rutinario. Especialmente antes de las operaciones de conmutación, confirmar la presión interna normal es vital para evitar accidentes debido a fugas. Cualquier fuga detectada debe ser abordada de inmediato.
3.4 Asegurar un estricto control de la fabricación y la gestión diaria de las terminaciones de cable
Para prevenir las fallas de las RMUs causadas por terminaciones de cable defectuosas, es esencial seleccionar cuidadosamente terminaciones de cable calificadas que cumplan con los requisitos de calidad. El personal de instalación debe adherirse estrictamente a los estándares nacionales durante la fabricación de las terminaciones. Los inspectores deben hacer cumplir rigurosamente las inspecciones de aceptación de calidad para prevenir que terminaciones subestándar se pongan en servicio. Además, las unidades de operación y mantenimiento deben mantener diligentemente registros de las terminaciones de cable y categorizar/analisar las terminaciones que presenten problemas potenciales encontrados durante la operación rutinaria. Esto asegura la identificación oportuna de defectos familiares y ayuda a evitar la repetición de problemas de calidad similares y accidentes [2].
IV. Conclusión
Debido a sus numerosas ventajas, las RMUs aisladas con gas de 10kV se han convertido progresivamente en un nodo crítico en el suministro de alimentación en anillo de las redes de distribución urbanas, desempeñando un papel vital en el sistema de distribución de energía. Este artículo ilustra varios problemas prevalentes en las RMUs aisladas con gas de 10kV de múltiples compartimentos y propone soluciones y medidas preventivas correspondientes. El objetivo es reducir la tasa de fallas de las RMUs aisladas con gas de 10kV y mejorar la confiabilidad del suministro de energía. Tras evolucionar durante muchos años, las RMUs aisladas con gas de 10kV son ahora los nodos principales en las redes de distribución en anillo urbanas. Su operación segura y confiable afecta directamente la confiabilidad del suministro de energía proporcionado por las empresas eléctricas. En la operación real, pueden ocurrir diversos tipos de fallos en las RMUs aisladas con gas de 10kV debido a factores ambientales o de calidad, lo que lleva a una disminución en la confiabilidad del suministro de energía.
