تحلیل مشکلات رایج در واحدهای اصلی حلقه‌ای گازی عایق‌شده ۱۰ کیلوولت (RMUs)
مقدمه:
واحدهای توزیع گازی RMU 10kV به دلیل مزایای متعدد خود، از جمله بسته بودن کامل، عملکرد عایق‌بندی بالا، نیاز به نگهداری کم، اندازه کوچک و نصب آسان و مناسب، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مرحله، آنها به تدریج به یک گره مهم در شبکه توزیع شهری برای تامین برق حلقه‌ای تبدیل شده‌اند و نقش مهمی در سیستم توزیع برق ایفا می‌کنند. مشکلات موجود در واحدهای توزیع گازی RMU می‌تواند تأثیر زیادی بر کل شبکه توزیع داشته باشد. برای اطمینان از قابلیت اطمینان تامین برق، لازم است مشکلات موجود در واحدهای توزیع گازی 10kV را جدی بگیریم و اقدامات مناسب برای حل آنها انجام دهیم، به طوری که قابلیت اطمینان تامین برق افزایش یابد.
۱. معرفی واحدهای توزیع گازی چند بخشی 10kV
سری واحدهای توزیع گازی 10kV (اغلب به آنها: واحدهای چند بخشی، کابینه‌های کاملاً عایق‌بندی شده گفته می‌شود) دارای ساختار مکانیکی فشرده، حجم کوچک، وزن کم، قابلیت استفاده در هر شرایطی، قابلیت توسعه عالی، نصب ماژولار سبک و منعطف، نگهداری آسان بدون نیاز به تجزیه و تعمیرات ساده هستند. پارامترهای فنی آنها بر اساس ویژگی‌های طراحی و عملکرد به طور منطقی تقسیم‌بندی شده‌اند و می‌توان آنها را بر اساس اندازه به انواع مختلفی از کابینه‌های الکتریکی مانند واحدهای غیرباربری فشار بالا، واحدهای قطع‌کننده، واحدهای ترکیبی کلید بار-فسانه، واحدهای اتصال کابل و کابینه‌های اندازه‌گیری فشار بالا تقسیم کرد.
اصطلاح "واحد چند بخشی" عموماً به استفاده مستقیم از رسانه‌های گازی مضر مانند SF₆ به عنوان عایق‌بندی و میانبر الکتریکی اصلی اشاره دارد. این ویژگی به آنها عملکرد عایق‌بندی و محافظت الکتریکی به طور قابل توجهی بهتر از کابینه‌های کابلی عایق‌بندی شده با هوا می‌دهد. فاصله الکتریکی در کابینه‌های کاملاً عایق‌بندی شده نیز معمولاً بسیار کمتر از کابینه‌های نیمه عایق‌بندی شده معادل در همان فشار کاری است. بنابراین، آنها فضای کمتری اشغال می‌کنند. پوشش قطع‌کننده و تمام قطعات مسی زنده دائماً در پوسته‌ای از فولاد ضد زنگ که با گاز SF₆ پر شده است، مسدود می‌شوند و فشار ثابتی دارند که از ارتفاع تاثیر نمی‌پذیرد. آنها همچنین برای استفاده در زیرزمین‌ها و محیط‌های دیگر با رطوبت و سرما نسبتاً بالا مناسب هستند. دقیقاً به دلیل این ویژگی‌ها، واحدهای توزیع گازی RMU به طور گسترده در جعبه‌های شاخه کابلی خارجی و زیراستانیون‌های پیش ساخته استفاده می‌شوند.
II. مشکلات رایج در واحدهای توزیع گازی چند بخشی 10kV
در حال حاضر، واحدهای توزیع گازی 10kV نسبت به سایر انواع RMU در شبکه‌های توزیع شهری نسبت بالاتری دارند. از نظر منطقه‌ای، به جز چند کابینه نیمه عایق‌بندی شده که در اوایل نصب شده‌اند، همه ایستگاه‌های قطع‌کننده خارجی که بعد از سال 2007 به بهره‌برداری رسیده‌اند، واحدهای توزیع گازی RMU هستند. نقش حیاتی آنها بدیهی 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 10kV شامل مشکلات بوشینگ و اتصالات کابل، تأثیر محیط رطوبتی بر RMU و خرابی‌های ظرف هوای SF₆ است.
2.1 مشکلات بوشینگ و اتصالات کابل
طراحی واحدهای چند بخشی 10kV در ایالات متحده و اروپا آغاز شده است که در آنجا از کابل‌های تک‌هسته‌ای به طور گسترده استفاده می‌شود. بنابراین، بخش‌های کابلی واحدهای توزیع گازی نسبتاً کم ارتفاع هستند. کابل‌های تک‌هسته‌ای نصب و ثابت کردن آسان‌تری دارند و انتهای آنها با بوشینگ‌های RMU مطابقت خوبی دارند که از بروز خطاها ناشی از بار حرارتی جلوگیری می‌کند و مقاومت به تنش‌های چرخشی روی بوشینگ‌ها را فراهم می‌کند.
در چین، از کابل‌های سه‌هسته‌ای به طور گسترده استفاده می‌شود. نصب کابل‌های سه‌هسته‌ای نسبت به کابل‌های تک‌هسته‌ای به طور قابل توجهی پیچیده‌تر است. معمولاً از کلمپ‌ها 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، حتی وقتی کابل سه‌هسته‌ای به طور کامل متصل و ثابت شده است، گشتاورهای چرخشی ناشی از وزن خود کابل یا هر نیروی مکانیکی دیگری به طور مستقیم به بوشینگ‌های کابل منتقل می‌شوند. تجزیه و تحلیل خرابی‌های اخیر RMU در برخی مناطق نشان می‌دهد که خرابی‌های ناشی از اتصالات نامناسب بین بوشینگ‌های RMU و کابل‌ها نادر نیستند.
2.2 مشکلات در محیط‌های رطوبتی
اگرچه واحدهای توزیع گازی 10kV برای استفاده در هر شرایطی طراحی شده‌اند، اما مواجهه طولانی مدت با محیط‌های رطوبتی، به ویژه در مناطق ساحلی، می‌تواند باعث فرسودگی بدنه کابینه و سایر قطعات فلزی شود. اگر صفحات مهر و موم روی پنل پوششی RMU یا در نقطه ورود کابل به گودال کابل به خوبی مهر و موم نشده باشند، رطوبت از گودال کابل به راحتی به داخل پوشش و داخل RMU نفوذ می‌کند. این می‌تواند باعث تبخیر آب و تشکیل تعریق شود. این تعریق بسیار آسان است که باعث خرابی نمایانگرهای وضعیت، نمایانگرهای ولتاژ و مکانیسم‌های کنترل و عملیات داخلی شود. این قطعات و خود پنل به راحتی می‌توانند رطوبت بگیرند، زنگ‌زدگی، مسدود شدن یا فرسودگی شوند. هوا مرطوب می‌تواند مستقیماً به داخل RMU نفوذ کند و باعث فرسودگی شیمیایی و زنگ‌زدگی بدنه و پایه کابینه شود که عمر مفید RMU را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد [1].
2.3 خرابی‌های ظرف هوای SF₆
دلیل اصلی خرابی‌های کوتاه‌مداری ظروف هوای SF₆، نشت ناگهانی گاز در داخل ظرف مهر و موم شده به دلایل مختلف فیزیکی است. این موجب تضعیف کاملیت و چگالی مهر و موم گاز SF₆ می‌شود که در نهایت منجر به خرابی کوتاه‌مداری بین تماس‌های متحرک و ثابت تحت شرایط کاری عادی و باعث حادثه می‌شود.
نقاط نشت عموماً در انتهای کابل (انتهای کابل داخل ظرف) یافت می‌شوند. این امر عمدتاً به دلیل نصب غیراستاندارد کابل است که باعث ایجاد تنش بیش از حد در انتهای کابل و پدیدآمدن ترک‌ها در محل اتصال بین ظرف هوایی و انتهای کابل و نشت گاز SF₆ می‌شود. بنابراین، خرابی‌های ظرف هوایی نیز بازتابی از کیفیت نصب ضعیف هستند. دوم، مشکلات ذاتی فرآیند ساخت در برخی از RMUها می‌تواند باعث عدم مهر و موم صحیح در برخی نقاط و نشت شود.
2.4 خرابی‌های انتهای کابل
در حال حاضر، یکی از اصلی‌ترین دلایل خرابی در واحدهای توزیع گازی 10kV، خرابی خارجی انتهای کابل است که به دلیل کیفیت پایین یا مواد غیراستاندارد در ساخت آنها ایجاد می‌شود. این موجب خرابی RMU می‌شود.
III. اقدامات و اقدامات پیشگیرانه
مشکلات ذکر شده می‌توانند با استفاده از رویکردهای زیر حل و پیشگیری شوند:
3.1 افزایش ارتفاع بخش کابلی RMU 10kV
برای حل مشکل بخش کابلی کم ارتفاع و کم عمق در واحدهای چند بخشی، بیشتر تولیدکنندگان ارتفاع بخش را افزایش می‌دهند. هنگامی که یک برنامه اروپایی وارد بازار چین شد، با تغییر تنظیمات بلک ترمینال از پله‌ای به افقی، طبق ترجیحات چینی، بهبود فضای بخش کابلی را ایجاد کرد. در زمان نصب، RMU داخلی می‌تواند با استفاده از یک پایه جعبه‌ای مناسب افزایش ارتفاع یابد. برای جعبه‌های شاخه کابلی خارجی، ارتفاع پایه می‌تواند افزایش یابد.
3.2 استفاده از تهویه طبیعی یا نصب دستگاه‌های خشک‌کن
در حال حاضر، یک روش مستقیم، موثر و قابل اطمینان برای جلوگیری از نفوذ رطوبت مضر، مهر و موم کامل کف بخش کابلی RMU با استفاده از مواد ساختاری آتش‌نشانی مهر و موم شده است. این به طور مؤثری هوا مرطوب خارجی را مسدود می‌کند، ورود حیوانات کوچک را جلوگیری می‌کند و کمک می‌کند تا رشد گیاهان را محدود کند - چندین مزیت را به دست می‌آورد. RMUهای داخلی باید از تجهیزات خشک‌کن اختصاصی یا سیستم‌های کنترل رطوبت خودکار استفاده کنند. جعبه‌های شاخه کابلی خارجی می‌توانند پایه‌های خود را افزایش دهند و تعداد مناسبی از دهانه‌های تهویه/گذر حرارت را در اطراف پایین خود تنظیم کنند تا رطوبت از گودال/چاه کابل پراکنده شود. با این حال، دهانه‌ها نباید بیش از حد باشند و باید تدابیری برای جلوگیری از خطرات حیوانات کوچک در نظر گرفته شود. علاوه بر این، اگر جعبه شاخه کابلی شامل ترانسفورماتور پتانسیل (PT) باشد و تهویه مجاز باشد، یک دستگاه خنک‌کننده هوا کوچک می‌تواند نصب شود.
3.3 تقویت مدیریت عملیات و نگهداری
خرابی‌های ظرف هوای SF₆ می‌توانند باعث حوادث بزرگ شوند. بنابراین، انتخاب دستگاه‌های با کیفیت پایدار بسیار مهم است و مدیریت در زمان ساخت باید تقویت شود. مشخصات فنی مربوط به شبکه توزیع برق جنوب چین به طور صریح می‌طلبد که ظرف‌های هوایی از فولاد ضدزنگ با ضخامت بیش از 2mm ساخته شوند، قادر به تحمل فشارهای معمولی و موقتی باشند که در طول استفاده مواجه می‌شوند و با گویچه‌های فشار SF₆ و دریچه‌های پرکنی تجهیز شوند. اپراتورها باید فشار ظرف را در طول نگهداری روزانه به طور منظم مراقبت کنند. به ویژه قبل از عملیات تغییر، تأیید فشار داخلی عادی بسیار مهم است تا جلوی حوادث ناشی از نشت را بگیرند. هر نشتی که شناسایی شود باید به طور فوری برطرف شود.
3.4 اطمینان از کنترل دقیق ساخت و مدیریت روزانه انتهای کابل
برای جلوگیری از خرابی‌های RMU ناشی از انتهای کابل معیوب، لازم است که انتهای کابل متناسب با استانداردهای کیفیت با دقت انتخاب شود. کارکنان نصب باید در ساخت انتهای کابل به طور صریح به استانداردهای ملی پایبند باشند. بازرسان باید کنترل کیفیت را به طور دقیق اجرا کنند تا از ورود انتهای کابل غیراستاندارد به خدمت جلوگیری کنند. علاوه بر این، واحدهای عملیات و نگهداری باید به طور دلتنگی رکوردهای انتهای کابل را نگهداری کرده و انتهای کابل‌هایی که مشکلات بالقوه‌ای را در طول عملیات روزانه نشان می‌دهند 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 [2].
IV. نتیجه‌گیری
به دلیل مزایای متعدد خود، واحدهای توزیع گازی 10kV 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 10kV را توضیح می‌دهد و راه‌حل‌ها و اقدامات پیشگیرانه متناظر را پیشنهاد می‌کند. هدف کاهش نرخ خرابی واحدهای توزیع گازی 10kV و افزایش قابلیت اطمینان تامین برق است. پس از چندین سال تکامل، واحدهای توزیع گازی 10kV 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 عمل، انواع مختلفی از خرابی‌ها می‌توانند در واحدهای توزیع گازی 10kV به دلیل عوامل محیطی یا مشکلات کیفیتی رخ دهند که منجر به کاهش قابلیت اطمینان تامین برق می‌شود.
