Analisi dei Problemi Comuni nelle Unità a Anello Principalmente Isolate con Gas a 10kV (RMUs)
Introduzione:
Le RMU a isolamento a gas da 10kV sono ampiamente utilizzate grazie ai loro numerosi vantaggi, come l'essere completamente chiuse, dotate di elevata prestazione isolante, non richiedenti manutenzione, di dimensioni compatte e offrendo un'installazione flessibile e conveniente. Attualmente, stanno gradualmente diventando un nodo critico nella fornitura di energia in anello delle reti di distribuzione urbane e svolgono un ruolo significativo nel sistema di distribuzione dell'energia. I problemi all'interno delle RMU a isolamento a gas possono avere un impatto severo su tutta la rete di distribuzione. Per garantire l'affidabilità della fornitura di energia, è essenziale affrontare seriamente i problemi presenti nelle RMU a isolamento a gas da 10kV e implementare misure appropriate per la loro risoluzione, migliorando così l'affidabilità della fornitura di energia.
I. Introduzione alle RMU a isolamento a gas multi-comparti da 10kV
La serie di RMU a isolamento a gas da 10kV (spesso chiamate: multi-comparti, armadi completamente isolati) presenta una struttura meccanica compatta, volume ridotto, peso leggero, capacità di funzionamento in tutte le condizioni atmosferiche, eccellente espandibilità, installazione modulare leggera e flessibile, manutenzione facile senza smontaggio e semplice gestione. I loro parametri tecnici sono ragionevolmente suddivisi in base alle caratteristiche di progettazione e funzionalità, e possono essere ampiamente categorizzate per dimensioni in tipi di armadi elettrici come Unità Non Caricate ad Alta Tensione, Unità Interruttori, Unità Combinati Interruttori di Carico-Fusibili, Unità di Connessione Cavi e Armadi di Misurazione ad Alta Tensione.
Il termine "multi-comparti RMU" si riferisce principalmente al loro utilizzo diretto di gas nocivi come SF₆ come principale mezzo di isolamento e contatto elettrico. Questo conferisce loro una prestazione isolante e protettiva significativamente superiore rispetto agli armadi cavo-isolati comuni. La distanza elettrica negli armadi completamente isolati è generalmente più stretta, spesso molto più stretta, rispetto a quella degli armadi semi-isolati equivalenti alla stessa tensione nominale. Di conseguenza, occupano meno spazio. L'astuccio dell'interruttore e tutti i componenti di connessione in rame vivi sono sigillati permanentemente all'interno di una custodia in acciaio inossidabile riempita con gas SF₆, mantenendo una pressione costante indipendente dall'altitudine. Sono anche adatti per scantinati e altri ambienti relativamente umidi e freddi. Proprio per queste caratteristiche, le RMU a isolamento a gas sono ampiamente utilizzate in scatole di ramificazione cavo esterne e in sottostazioni prefabbricate.
II. Problemi comuni nelle RMU a isolamento a gas multi-comparti da 10kV
Attualmente, le RMU a isolamento a gas da 10kV costituiscono una percentuale maggiore nelle reti di distribuzione urbane rispetto ad altri tipi di RMU. A livello regionale, con l'eccezione di pochi armadi semi-isolati installati in precedenza, tutte le stazioni di commutazione esterne messe in servizio dopo il 2007 sono RMU a isolamento a gas. Il loro ruolo vitale è evidente, poiché il loro funzionamento sicuro e affidabile influenza direttamente l'affidabilità della fornitura di energia agli utenti. I problemi operativi e di manutenzione comuni nelle RMU a isolamento a gas da 10kV includono problemi con i cappucci e le connessioni dei cavi, impatti degli ambienti operativi umidi sulle RMU e guasti del serbatoio d'aria SF₆.
2.1 Problemi con i cappucci e le connessioni dei cavi
Il design delle RMU multi-comparti da 10kV ha origine negli Stati Uniti e in Europa, dove vengono principalmente utilizzati cavi monocavo. Di conseguenza, i compartimenti dei cavi delle RMU a isolamento a gas sono relativamente bassi. I cavi monocavo facilitano il fissaggio e l'installazione, e le loro terminazioni si adattano bene ai terminali dei cappucci delle RMU, assicurando che non si verifichino guasti dovuti a sovraccarichi termici e fornendo resistenza allo stress torsionale sui cappucci.
In Cina, vengono ampiamente utilizzati cavi tricavo. Rispetto ai cavi monocavo, l'installazione dei cavi tricavo è significativamente più complessa. Tipicamente, vengono utilizzati morsetti o bulloni per fissare la guaina esterna del cavo, rendendo difficile garantire il fissaggio assoluto di tutti e tre i nuclei. A causa della loro lunghezza generale più corta e del diametro più spesso, anche se il cavo tricavo stesso è saldamente collegato e fissato, i momenti torsionali generati dal proprio peso del cavo o da qualsiasi forza meccanica applicata vengono trasmessi direttamente ai cappucci del cavo. L'analisi dei recenti guasti delle RMU in alcune regioni indica che i guasti causati da connessioni inadeguate tra i cappucci delle RMU e i cavi non sono infrequenti.
2.2 Problemi in ambienti umidi
Anche se le RMU a isolamento a gas da 10kV sono progettate per funzionare in tutte le condizioni atmosferiche, l'esposizione prolungata a ambienti umidi, specialmente in aree costiere, può ancora portare alla corrosione del corpo dell'armadio e di altri componenti metallici. Se le lastre di sigillatura sul pannello di copertura delle RMU o al punto di ingresso della galleria dei cavi non sono saldamente fissate, l'umidità proveniente dalla galleria dei cavi può facilmente infiltrarsi nella copertura e nell'interno delle RMU. Ciò può portare a una significativa evaporazione dell'acqua formando condensa. Questa condensa è altamente propensa a causare guasti nei segnalatori, indicatori di tensione e meccanismi interni di operazione e controllo. Questi componenti e il pannello stesso possono facilmente diventare umidi, arrugginiti, ostruiti o corrosi. L'aria umida può entrare direttamente all'interno delle RMU, causando la corrosione chimica e l'arrugginimento del corpo dell'armadio e della piastra di base, drasticamente riducendo la durata di vita delle RMU [1].
2.3 Guasti del serbatoio d'aria
La causa principale dei guasti a cortocircuito del serbatoio d'aria dello switch SF₆ è la perdita improvvisa di gas all'interno della cavità del serbatoio SF₆ sigillato a causa di varie ragioni fisiche. Questo compromette l'integrità e la densità del sigillo del gas SF₆, portando infine a un guasto a cortocircuito tra i contatti mobili e fissi in condizioni operative normali, causando un incidente.
I punti di perdita sono principalmente trovati sui terminali dei cavi (estremi dei cavi all'interno del serbatoio). Questo è principalmente dovuto all'installazione non standardizzata dei cavi, che causa uno stress eccessivo sui terminali e porta a crepe nella giunzione tra il serbatoio d'aria e il terminale del cavo, causando la perdita di gas SF₆. Pertanto, i guasti del serbatoio d'aria riflettono anche pratiche costruttive scadenti. In secondo luogo, i problemi intrinseci nei processi di fabbricazione di alcune RMU possono causare un sigillaggio inadeguato in alcune aree, portando a perdite.
2.4 Guasti delle terminazioni dei cavi
Attualmente, una delle cause più comuni di guasto nelle RMU a isolamento a gas da 10kV è l'abbaglio esterno delle terminazioni dei cavi, causato da lavorazioni scadenti o materiali non conformi durante la loro fabbricazione. Questo porta al guasto delle RMU.
III. Contromisure e misure preventive
I problemi sopra menzionati possono essere affrontati e prevenuti attraverso i seguenti approcci:
3.1 Aumentare l'altezza del compartimento dei cavi delle RMU da 10kV
Per affrontare il problema dei compartimenti dei cavi stretti e bassi nelle RMU multi-comparti, la maggior parte dei produttori opta per aumentare l'altezza del compartimento. Quando un marchio europeo è entrato nel mercato cinese, ha adattato la disposizione dei blocchi terminali da scalinata a orizzontale, seguendo le preferenze cinesi, migliorando così l'utilizzo dello spazio del compartimento dei cavi. Durante l'installazione, l'RMU interna può essere sollevata utilizzando una base a scatola di dimensioni appropriate. Per le scatole di ramificazione cavo esterne, l'altezza della fondazione può essere aumentata.
3.2 Utilizzare la ventilazione naturale o installare dispositivi antiumidità
Attualmente, un metodo diretto, efficace e affidabile per prevenire l'ingresso di umidità dannosa è sigillare completamente il pavimento del compartimento dei cavi delle RMU utilizzando materiali strutturali ignifughi sigillati. Questo blocca efficacemente l'aria umida esterna, prevenendo l'intrusione di piccoli animali e aiutando a prevenire la crescita di vegetazione - ottenendo così molti benefici. Le RMU interne devono utilizzare attrezzature antiumidità dedicate o sistemi automatici di controllo dell'umidità. Le scatole di ramificazione cavo esterne possono avere la fondazione sollevata e un numero appropriato di aperture di ventilazione/dissipazione del calore disposte intorno alla base per facilitare la dispersione dell'umidità dalle gallerie/pozzi dei cavi. Tuttavia, le aperture non devono essere eccessive e devono essere considerate misure per prevenire i pericoli di piccoli animali. Inoltre, se una scatola di ramificazione cavo contiene un trasformatore di tensione (PT) e la ventilazione lo permette, può essere installato un piccolo deumidificatore a condizionatore d'aria.
3.3 Rafforzare la gestione delle operazioni e della manutenzione
I guasti del serbatoio SF₆ possono causare gravi incidenti. Pertanto, è cruciale selezionare dispositivi di qualità stabile e rafforzare la gestione durante la costruzione. Le specifiche tecniche pertinenti della China Southern Power Grid richiedono esplicitamente che i serbatoi d'aria siano realizzati in acciaio inossidabile >2mm di spessore, in grado di resistere alle pressioni normali e transitorie incontrate durante l'uso, e dotati di manometri di pressione SF₆ e porte di riempimento. Gli operatori devono monitorare regolarmente la pressione del serbatoio durante la manutenzione di routine. In particolare, prima delle operazioni di commutazione, è fondamentale confermare che la pressione interna sia normale per evitare incidenti dovuti a perdite. Ogni perdita rilevata deve essere affrontata prontamente.
3.4 Assicurare un rigoroso controllo della fabbricazione e della gestione quotidiana delle terminazioni dei cavi
Per prevenire i guasti delle RMU causati da terminazioni dei cavi difettose, è essenziale selezionare con cura terminazioni dei cavi qualificate che soddisfino i requisiti di qualità. Il personale di installazione deve attenersi rigorosamente agli standard nazionali durante la fabbricazione delle terminazioni. Gli ispettori devono applicare rigorosamente i controlli di accettazione della qualità per prevenire l'immissione in servizio di terminazioni non conformi. Inoltre, le unità di operazione e manutenzione devono mantenere diligentemente i registri delle terminazioni dei cavi e classificare/analizzare le terminazioni che presentano potenziali problemi riscontrati durante l'operazione di routine. Questo garantisce l'identificazione tempestiva di difetti di famiglia e aiuta a prevenire la ricorrenza di simili problemi di qualità e incidenti [2].
IV. Conclusione
A causa dei loro numerosi vantaggi, le RMU a isolamento a gas da 10kV sono progressivamente diventate un nodo critico nella fornitura di energia in anello delle reti di distribuzione urbane, svolgendo un ruolo vitale nel sistema di distribuzione dell'energia. Questo articolo illustra diversi problemi diffusi nelle RMU a isolamento a gas multi-comparti da 10kV e propone soluzioni e misure preventive corrispondenti. L'obiettivo è ridurre il tasso di guasto delle RMU a isolamento a gas da 10kV e migliorare l'affidabilità della fornitura di energia. Evolute nel corso di molti anni, le RMU a isolamento a gas da 10kV sono ora i nodi principali nelle reti di distribuzione in anello urbane. Il loro funzionamento sicuro e affidabile influenza direttamente l'affidabilità della fornitura di energia fornita dalle utility elettriche. Nell'operazione effettiva, vari tipi di guasti possono verificarsi nelle RMU a isolamento a gas da 10kV a causa di fattori ambientali o problemi di qualità, portando a un declino dell'affidabilità della fornitura di energia.
