تحلیل مشکلات رایج در واحدهای حلقه اصلی گازی عایق‌شده ۱۰ کیلوولت (RMUs)
مقدمه:
واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت به دلیل مزایای متعدد خود، از جمله بسته بودن کامل، عملکرد عایق بالا، نیاز به نگهداری نداشتن، اندازه کوچک و نصب ساده و مناسب، به طور گسترده استفاده می‌شوند. در حال حاضر، آنها به تدریج به یک گره مهم در شبکه توزیع شهری برای تامین برق به حلقه‌های اصلی تبدیل شده‌اند و نقش مهمی در سیستم توزیع برق ایفا می‌کنند. مشکلات موجود در واحدهای توزیع گازی می‌تواند تأثیرات جدی بر کل شبکه توزیع داشته باشد. برای اطمینان از قابلیت اطمینان تامین برق، لازم است که به جدیت به مشکلات موجود در واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت رسیدگی شود و اقدامات مناسب برای حل آنها اتخاذ شود، بدین ترتیب قابلیت اطمینان تامین برق افزایش می‌یابد.
الف. معرفی واحدهای توزیع گازی چند بخشی ۱۰ کیلوولت
سری واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت (اغلب به عنوان: چند بخشی، کابینت کاملاً عایق) دارای ساختار مکانیکی فشرده، حجم کوچک، وزن کم، قابلیت کار در همه شرایط آب و هوایی، قابلیت توسعه بالا، نصب ماژولی سبک و انعطاف‌پذیر، نگهداری بدون نیاز به تجزیه و سادگی نگهداری هستند. پارامترهای فنی آنها بر اساس ویژگی‌های طراحی و عملکرد به طور منطقی تقسیم‌بندی شده‌اند و می‌توانند به طور کلی به انواع کابینت‌های الکتریکی از جمله واحدهای کلید غیرباربر حالت بالا، واحدهای قطع‌کننده، واحدهای ترکیبی کلید باربر-فیوز، واحدهای اتصال کابل و کابینت‌های سنجش ولتاژ بالا تقسیم‌بندی شوند.
عبارت "واحد چند بخشی" اغلب به استفاده مستقیم از رسانه‌های گازی مضر مانند SF₆ به عنوان عایق الکتریکی و مedium تماس اشاره دارد. این ویژگی به آنها عملکرد عایق و محافظتی به مراتب برتری نسبت به کابینت‌های کابلی عایق هوا می‌دهد. فاصله الکتریکی در کابینت‌های کاملاً عایق نیز معمولاً کوچک‌تر، غالباً بسیار کوچک‌تر از کابینت‌های نیمه عایق هم‌جهت است. بنابراین، آنها فضای کمتری اشغال می‌کنند. پوشش قطع‌کننده و تمام قطعات مسی زنده به صورت دائمی در یک پوسته از فولاد ضدزنگ پر شده با گاز SF₆ و تحت فشار ثابت قرار گرفته‌اند که از تغییرات ارتفاع مستقل هستند. آنها برای زیرزمین‌ها و محیط‌های مرطوب و سرد نسبی مناسب هستند. دقیقاً به دلیل این ویژگی‌ها، واحدهای توزیع گازی به طور گسترده در جعبه‌های شاخه‌ای کابلی بیرونی و زیراستانیون‌های پیش‌ساخته استفاده می‌شوند.
ب. مشکلات رایج در واحدهای توزیع گازی چند بخشی ۱۰ کیلوولت
در حال حاضر، واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت نسبت به سایر انواع واحدهای توزیع گازی در شبکه‌های توزیع شهری نسبت بالاتری دارند. از نظر منطقه‌ای، به جز چندین کابینت نیمه عایق که در اوایل نصب شده‌اند، تمامی ایستگاه‌های تغییر کلیدی بیرونی که بعد از سال ۲۰۰۷ به بهره‌برداری درآمده‌اند، واحدهای توزیع گازی هستند. نقش حیاتی آنها واضح است، زیرا عملکرد ایمن و قابل اعتماد آنها به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان تامین برق به کاربران تأثیر می‌گذارد. مشکلات عملیاتی و نگهداری رایج در واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت شامل مشکلات بوشینگ و اتصالات کابل، تأثیر محیط‌های مرطوب بر واحد توزیع گازی و خرابی‌های ظرف هوا SF₆ می‌شود.
۲.۱ مشکلات بوشینگ و اتصالات کابل
طراحی واحدهای توزیع گازی چند بخشی ۱۰ کیلوولت در ایالات متحده و اروپا آغاز شد، جایی که کابل‌های یک‌هسته‌ای به طور گسترده استفاده می‌شوند. بنابراین، اتاق‌های کابلی واحدهای توزیع گازی نسبتاً کم ارتفاع هستند. کابل‌های یک‌هسته‌ای تسهیل‌بخشی برای نصب و ثابت کردن هستند و انتهای آنها به طور دقیق با بوشینگ‌های واحد توزیع گازی مطابقت دارند، که از وقوع خطاهای بارگذاری حرارتی جلوگیری می‌کند و مقاومت در برابر تنش‌های چرخشی روی بوشینگ‌ها را فراهم می‌کند.
در چین، کابل‌های سه‌هسته‌ای به طور گسترده استفاده می‌شوند. نسبت به کابل‌های یک‌هسته‌ای، نصب کابل‌های سه‌هسته‌ای به طور قابل توجهی پیچیده‌تر است. معمولاً از کمانک‌ها یا پیچ‌ها برای ثابت کردن پوشش بیرونی کابل استفاده می‌شود، که به دشواری می‌توان همزمان ثابت کردن کامل هر سه هسته را تضمین کرد. به دلیل قطر کوتاه‌تر و ضخامت بیشتر آنها، حتی اگر کابل سه‌هسته‌ای به طور صحیح متصل و ثابت شود، گشتاورهای چرخشی تولید شده تحت وزن خود کابل یا هر نیروی مکانیکی دیگری مستقیماً به بوشینگ‌های کابل منتقل می‌شوند. تحلیل خرابی‌های اخیر واحدهای توزیع گازی در برخی مناطق نشان می‌دهد که خطاهای ناشی از اتصال نامناسب بین بوشینگ‌های واحد توزیع گازی و کابل‌ها نادر نیستند.
۲.۲ مشکلات در محیط‌های مرطوب
هرچند واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت برای کار در همه شرایط آب و هوایی طراحی شده‌اند، اما قرار گرفتن به طور مداوم در محیط‌های مرطوب، به ویژه در مناطق ساحلی، می‌تواند باعث فرسودگی بدنه کابینت و سایر قطعات فلزی شود. اگر صفحات مهر و موم روی پنل پوشش واحد توزیع گازی یا در نقطه ورود کابل‌ها به میانه کانال کابلی به طور محکم بسته نشده باشند، رطوبت از کانال کابلی به راحتی وارد داخل کابینت واحدهای توزیع گازی می‌شود. این می‌تواند باعث تبخیر قابل توجه آب و تشکیل کندوی آب شود. این کندوی آب به سادگی می‌تواند باعث خرابی شاخص‌ها، شاخص‌های ولتاژ و مکانیسم‌های داخلی کنترل و عملیات شود. این قطعات و خود پنل به راحتی می‌توانند مرطوب، زنگ‌زده، مسدود یا فرسوده شوند. هوا مرطوب به طور مستقیم می‌تواند وارد داخل کابینت شود و باعث فرسودگی شیمیایی و زنگ‌زدگی بدنه کابینت و پایه شود، که عمر مفید واحد توزیع گازی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد [۱].
۲.۳ خرابی‌های ظرف هوا
علت اصلی خرابی‌های کوتاه‌مداری ظرف هوا SF₆ دلایل فیزیکی مختلفی است که باعث نشت گاز در داخل ظرف مختوم SF₆ می‌شود. این امر باعث می‌شود که تمامیت و چگالی مختوم گاز SF₆ کاهش یابد و در نتیجه باعث خرابی کوتاه‌مداری بین تماس‌های متحرک و ثابت در شرایط عملیاتی معمولی شود و منجر به حادثه شود.
نقاط نشت عموماً در انتهای کابل (انتهای کابل داخل ظرف) یافت می‌شوند. این امر بیشتر به دلیل نصب غیراستاندارد کابل است که باعث تنش بیش از حد در انتهای کابل می‌شود و منجر به ترک در محل اتصال بین ظرف هوا و انتهای کابل می‌شود و نشت گاز SF₆ رخ می‌دهد. بنابراین، خرابی‌های ظرف هوا نیز نشان‌دهنده عملکرد نصب ضعیف است. دوم، مشکلات ذاتی فرآیند تولید در برخی از واحدهای توزیع گازی می‌تواند باعث عدم مختومی کافی در برخی نقاط شود و منجر به نشت شود.
۲.۴ خرابی‌های انتهای کابل
در حال حاضر، یکی از علل رایج خرابی در واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت، خرابی خارجی انتهای کابل است که به دلیل کیفیت کاری ضعیف یا مواد غیراستاندارد در ساخت آنها ایجاد می‌شود. این امر منجر به خرابی واحد توزیع گازی می‌شود.
ج. اقدامات و اقدامات پیشگیرانه
مشکلات فوق می‌توانند با استفاده از رویکردهای زیر حل و پیشگیری شوند:
۳.۱ افزایش ارتفاع اتاق کابلی واحد توزیع گازی ۱۰ کیلوولت
برای حل مشکل اتاق‌های کابلی کم ارتفاع و کم ارتفاع در واحدهای توزیع گازی چند بخشی، بیشتر تولیدکنندگان ارتفاع اتاق را افزایش می‌دهند. وقتی یک برند اروپایی به بازار چین وارد شد، طرح توزیع ترمینال‌ها را از پله‌ای به افقی تغییر داد تا با ترجیحات چینی مطابقت داشته باشد، که منجر به بهبود استفاده از فضا در اتاق کابلی شد. در زمان نصب، واحد توزیع گازی داخلی می‌تواند با استفاده از یک پایه جعبه‌ای مناسب افزایش یابد. برای جعبه‌های شاخه‌ای کابل بیرونی، ارتفاع پایه می‌تواند افزایش یابد.
۳.۲ استفاده از تهویه طبیعی یا نصب دستگاه‌های خشک کننده
در حال حاضر، یک روش مستقیم، موثر و قابل اعتماد برای جلوگیری از ورود رطوبت مضر کامل مختوم کردن کف اتاق کابلی واحد توزیع گازی با استفاده از مواد ساختاری مختوم و مقاوم در برابر آتش است. این امر به طور موثری هوا مرطوب بیرونی را مسدود می‌کند، ورود حیوانات کوچک را جلوگیری می‌کند و به جلوگیری از رشد گیاهان کمک می‌کند - چندین مزیت را به دست می‌آورد. واحدهای توزیع گازی داخلی باید از تجهیزات خشک کننده اختصاصی یا سیستم‌های کنترل رطوبت خودکار استفاده کنند. جعبه‌های شاخه‌ای کابل بیرونی می‌توانند پایه‌هایشان را افزایش داده و تعداد مناسبی از دهانه‌های تهویه/گرمایش را در اطراف پایین آنها ترتیب دهند تا به پخش رطوبت از کانال‌ها/حفره‌های کابل کمک کنند. با این حال، دهانه‌ها نباید بیش از حد باشند و باید از تدابیری برای جلوگیری از خطرات حیوانات کوچک استفاده شود. علاوه بر این، اگر جعبه شاخه‌ای کابل شامل یک ترانسفورماتور پتانسیل (PT) باشد و تهویه اجازه دهد، یک دستگاه کوچک خنک کننده هوا می‌تواند نصب شود.
۳.۳ تقویت مدیریت عملیات و نگهداری
خرابی‌های ظرف هوا SF₆ می‌توانند باعث حوادث بزرگ شوند. بنابراین، انتخاب دستگاه‌های با کیفیت پایدار حیاتی است و مدیریت در طول ساخت باید تقویت شود. مشخصات فنی مربوطه از شبکه قدرت جنوب چین به طور صریح می‌طلبد که ظرف‌های هوا از فولاد ضدزنگ با ضخامت بیش از ۲ میلی‌متر ساخته شوند که بتوانند فشارهای معمولی و موقتی را در طول استفاده تحمل کنند و با گیج‌های فشار SF₆ و پورت‌های پرکننده مجهز شوند. اپراتورها باید فشار ظرف را به طور منظم در طول نگهداری معمولی مانیتور کنند. به ویژه قبل از عملیات تغییر کلید، تأیید فشار داخلی معمولی برای جلوگیری از حوادث ناشی از نشت ضروری است. هر نشتی که شناسایی شود باید به سرعت رسیدگی شود.
۳.۴ تضمین کنترل دقیق ساخت انتهای کابل و مدیریت روزمره
برای جلوگیری از خرابی‌های واحد توزیع گازی ناشی از انتهای کابل معیوب، ضروری است که انتهای کابل‌های مؤهل و با کیفیت را با دقت انتخاب کنیم. کارکنان نصب باید به طور دقیق به استانداردهای ملی در طول ساخت انتهای کابل پایبند باشند. بازرسان باید کنترل کیفیت را به طور دقیق اجرا کنند تا از ورود انتهای کابل‌های غیراستاندارد به خدمت جلوگیری کنند. علاوه بر این، واحدهای عملیات و نگهداری باید به طور مداوم رکوردهای انتهای کابل را نگهداری کنند و انتهای کابل‌هایی که مشکلات بالقوه در طول عملیات معمولی دارند را طبقه‌بندی و تحلیل کنند. این امر به شناسایی به موقع نقص‌های خانوادگی کمک می‌کند و از تکرار مشابه مشکلات کیفیت و حوادث جلوگیری می‌کند [۲].
د. نتیجه‌گیری
به دلیل مزایای متعدد خود، واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت به تدریج به یک گره مهم در تامین برق حلقه‌ای شبکه‌های توزیع شهری تبدیل شده‌اند و نقش حیاتی در سیستم توزیع برق ایفا می‌کنند. این مقاله چندین مشکل رایج در واحدهای توزیع گازی چند بخشی ۱۰ کیلوولت را نشان می‌دهد و راه‌حل‌ها و اقدامات پیشگیرانه متناظر را پیشنهاد می‌کند. هدف کاهش نرخ خرابی واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت و افزایش قابلیت اطمینان تامین برق است. پس از چندین سال تکامل، واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت اکنون گره‌های اصلی در شبکه‌های توزیع حلقه‌ای شهری هستند. عملکرد ایمن و قابل اعتماد آنها به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان تامین برق توسط شرکت‌های برق تأثیر می‌گذارد. در عملیات واقعی، انواع خرابی‌های مختلف می‌توانند در واحدهای توزیع گازی ۱۰ کیلوولت به دلیل عوامل محیطی یا مشکلات کیفیتی رخ دهند که منجر به کاهش قابلیت اطمینان تامین برق می‌شود.
