Análise de Problemas Comúns en Unidades de Anel Principal Aisladas a Gás (RMUs) de 10kV
Introdución:
As RMUs aisladas con gas de 10kV son ampliamente utilizadas debido a sus numerosas ventajas, como estar completamente cerradas, poseer un alto rendimiento aislante, no requerir mantenimiento, tener un tamaño compacto y ofrecer una instalación flexible y conveniente. En esta etapa, han llegado a ser gradualmente 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 seriamente toda la red de distribución. Para asegurar la confiabilidad del suministro de energía, es esencial abordar seriamente los problemas presentes en las RMUs aisladas con gas de 10kV e implementar medidas apropiadas para su resolución, mejorando así la confiabilidad del suministro de energía.
I. Introdución ás RMUs aisladas con gas de 10kV de múltiples compartimentos
La serie de RMUs aisladas con gas de 10kV (a menudo llamadas: RMUs de múltiples compartimentos, armarios totalmente aislados) presenta una estructura mecánica compacta, volumen reducido, peso ligero, capacidad todo tiempo, excelente expansibilidad, instalación modular ligera y flexible, mantenimiento fácil sin desmontaje y sencillo cuidado. Sus parámetros técnicos están razonablemente divididos según las características de diseño y funcionalidad, y se pueden clasificar en general por tamaño en tipos de armarios eléctricos como Unidades de Interruptores de Alta Tensión sin Carga, Unidades de Interruptores, Unidades Combinadas de Interruptor de Carga-Fusible, Unidades de Conexión de Cables y Armarios de Medición de Alta Tensión.
El término "RMU de múltiples compartimentos" se refiere principalmente a su uso directo de medios gaseosos perjudiciales como el SF₆ como principal aislamiento eléctrico y medio de contacto. Esto les confiere un rendimiento aislante y protector significativamente superior en comparación con los armarios de cables aislados con aire comunes. La separación eléctrica en los armarios totalmente aislados también suele ser más estrecha, a menudo mucho más estrecha, que en los armarios semiaislados equivalentes a la misma tensión. Por lo tanto, ocupan menos espacio. El alojamiento del interruptor y todos los componentes de conexión de cobre vivos están permanentemente sellados 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 por estas características, las RMUs aisladas con gas se utilizan extensivamente en cajas de ramificación 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, excepto algunos armarios semiaislados 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 fiable 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 las empalme de las RMUs y conexiones de cable, impactos del entorno operativo húmedo en la RMU y fallos en el tanque de aire SF₆.
2.1 Problemas con los empalmes y conexiones de cable
El diseño de las RMUs de múltiples compartimentos de 10kV se originó en EE.UU. y Europa, donde se utilizan principalmente cables monofásicos. Como consecuencia, los compartimentos de cable de las RMUs aisladas con gas son relativamente bajos. Los cables monofásicos facilitan una fijación e instalación más sencilla, y sus terminales se ajustan estrechamente a los terminales de los empalmes de las RMUs, asegurando que no ocurran fallos por sobrecarga térmica y proporcionando resistencia a la torsión en los empalmes.
En China, se utilizan ampliamente cables trifásicos. En comparación con los cables monofásicos, instalar cables trifásicos es significativamente más complejo. Generalmente, se utilizan abrazaderas o tornillos para asegurar la cubierta externa del cable, lo que dificulta garantizar la fijación absoluta de las tres fases. Debido a su diámetro generalmente más corto y grueso, incluso cuando el cable trifásico está conectado y fijado de manera segura, los momentos de torsión generados bajo el propio peso del cable o cualquier fuerza mecánica aplicada se transmiten directamente a los empalmes del cable. El análisis de los fallos recientes de 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 condiciones climáticas, la exposición prolongada a entornos húmedos, especialmente en áreas costeras, aún puede llevar a la corrosión del cuerpo del armario y otros componentes metálicos. Si las placas de sellado en la cubierta del panel de la RMU o en el punto de entrada del canal de cable no están bien aseguradas, la humedad del canal de cable puede infiltrarse fácilmente en la cubierta y el interior de la RMU. Esto puede llevar a una evaporación significativa 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. El aire húmedo puede entrar directamente en el interior de la RMU, causando corrosión química y óxido del cuerpo del armario y la placa base, acortando drásticamente la vida útil de la RMU [1].
2.3 Fallos en el tanque de aire
La causa principal de los fallos de cortocircuito en el tanque de aire del interruptor 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 un fallo 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, lo que causa un estrés excesivo en los terminales y lleva a grietas en la unión entre el tanque de aire y el terminal de cable, resultando en fugas de gas SF₆. Por lo tanto, los fallos en el tanque de aire también reflejan prácticas de construcción deficientes. En segundo lugar, los problemas inherentes en los procesos de fabricación de algunas RMUs pueden causar un sellado inadecuado en ciertas áreas, lo que lleva a fugas.
2.4 Fallos en los terminales de cable
Actualmente, una de las causas más comunes de fallos en las RMUs aisladas con gas de 10kV es la descarga externa de los terminales de cable, causada por una mala mano de obra o materiales de baja calidad durante su fabricación. Esto lleva al fallo de la RMU.
III. Medidas correctivas y preventivas
Los problemas mencionados anteriormente se pueden abordar y prevenir mediante 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 opta por aumentar la altura del compartimento. Cuando una marca europea entró en el mercado chino, adaptó el diseño cambiando la disposición del bloque de terminales de escalonada a horizontal, siguiendo las preferencias chinas, mejorando así el uso del espacio en el compartimento de cable. Durante la instalación, la RMU interior se puede elevar usando una base de tipo caja de tamaño adecuado. Para las cajas de ramificación de cables al aire libre, se puede elevar la altura de la fundación.
3.2 Utilizar ventilación natural o instalar dispositivos deshumidificadores
Actualmente, un método directo, eficaz y confiable para prevenir la entrada de humedad perjudicial es sellar completamente el suelo 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 deshumidificadores dedicados o sistemas automáticos de control de humedad. Las cajas de ramificación de cables al aire libre pueden tener su fundación elevada y se pueden disponer un número apropiado de orificios de ventilación/dispersión de calor alrededor de la parte inferior para facilitar la dispersión de la humedad desde los canales/pozos de cable. Sin embargo, los orificios no deben ser excesivos, y se deben considerar medidas para prevenir peligros de pequeños animales. Además, si una caja de ramificación de cables contiene un Transformador de Potencial (TP) y la ventilación lo permite, se puede instalar un pequeño aire acondicionado deshumidificador.
3.3 Reforzar la gestión de operación y mantenimiento
Los fallos en el tanque de SF₆ pueden causar grandes accidentes. Por lo tanto, es crucial seleccionar dispositivos de calidad estable y reforzar la gestión durante la construcción. Las especificaciones técnicas relevantes de China Southern Power Grid requieren explícitamente que los tanques de aire estén hechos 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 los terminales de cable
Para prevenir los fallos de las RMUs causados por terminales de cable defectuosos, es esencial seleccionar cuidadosamente terminales de cable que cumplan con los requisitos de calidad. El personal de instalación debe adherirse estrictamente a las normas nacionales durante la fabricación de los terminales. Los inspectores deben hacer cumplir rigurosamente las inspecciones de aceptación de calidad para evitar que los terminales subestándar se pongan en servicio. Además, las unidades de operación y mantenimiento deben mantener diligentemente registros de los terminales de cable y categorizar/analisar los terminales que presentan problemas potenciales encontrados durante la operación rutinaria. Esto asegura la identificación oportuna de defectos familiares y ayuda a evitar la recurrencia 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 energía 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 fallos 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 fiable 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 de la confiabilidad del suministro de energía.
