Як розподільні пристрої високої напруги забезпечують безпечну та стабільну роботу енергосистем?

Як розподільні пристрої високої напруги забезпечують безпечну та стабільну роботу енергосистем?

I. Основне визначення та галузеве позиціонування високовольтних розподільних пристроїв

Високовольтний розподільчий пристрій - це основний комплект обладнання для розподілу електроенергії в системі передачі та розподілу електроенергії. Відповідно до загальних стандартів енергетичної промисловості, це стосується закритих розподільних пристроїв з номінальною робочою напругою понад 36 кВ, які можуть здійснити підключення, відключення, моніторинг, захист і керування силовими ланцюгами високої напруги. На відміну від звичайного низьковольтного обладнання для розподілу електроенергії, високовольтний розподільний пристрій тривалий час знаходиться в зарядженому стані очікування, залишається в закритому положенні протягом більшої частини часу і виконує лише операції відкриття та відключення під час технічного обслуговування обладнання, пошкоджень лінії та диспетчеризації електромережі, з надзвичайно низькою відмовостійкістю обладнання та надзвичайно високими вимогами до надійності.

Будучи ключовим центром електромереж, електростанцій, промислових і гірничодобувних підприємств і систем розподілу електроенергії у великих будівлях, високовольтні розподільні пристрої безпосередньо визначають стабільність, безпеку та безперервність електропостачання. Він може не тільки точно відключати струми замикання, такі як перевантаження, коротке замикання та перенапруга від блискавки, але також реалізовувати розумний розподіл електроенергії, ізоляцію лінії та захист обладнання, що робить його незамінним основним обладнанням у системі розподілу електроенергії високої та низької напруги. За останні 15 років, з модернізацією енергетичного інтелекту та екологізації, технологія високовольтних автоматичних вимикачів швидко повторювалася. Мінімальні масляні автоматичні вимикачі та автоматичні вимикачі повітряної дуги були поступово модернізовані, а автоматичні вимикачі з гексафториду сірки (SF6) стали основною конфігурацією поточних високовольтних розподільних пристроїв завдяки їхнім відмінним характеристикам ізоляції та гасіння дуги.

II. Повна категорія розподілу рівнів напруги розподільних пристроїв

За номінальною робочою напругою електроприлади поділяються на три категорії: низьковольтні, середньовольтні та високовольтні. Три типи обладнання мають значні відмінності в сценаріях застосування, структурній конфігурації та стандартах безпеки, адаптуючись до потреб різних сценаріїв розподілу електроенергії:

1. Низьковольтні розподільні пристрої (LV)

З номінальною робочою напругою ≤ 1 кВ, він в основному встановлюється на стороні низької напруги трансформаторів розподілу електроенергії та широко використовується в сценаріях розподілу електроенергії, таких як промислові майстерні, комерційні будівлі та житлові будинки. Він відповідає за розподіл електричної енергії терміналів і основний захист ланцюга, має просту структуру, зручну експлуатацію та низьку вартість обслуговування.

2. Розподільні пристрої середньої напруги (MV)

Діапазон номінальної робочої напруги становить 1 кВ ~ 75 кВ. Це звичайне обладнання в промисловому виробництві та малих і середніх підстанціях. Він в основному адаптований до генераторів, фідерних схем, великих двигунів, регіональних ліній передачі та розподілу та іншого обладнання, беручи до уваги ефективність розподілу електроенергії та можливості захисту від несправностей, а також адаптацію до сценаріїв передачі електроенергії середнього класу.

3. Високовольтні розподільні пристрої (HV)

З номінальною робочою напругою ≥ 75 кВ це спеціальне обладнання для передачі та розподілу електроенергії високої напруги. Розроблений для роботи під високою напругою, великим струмом і великим навантаженням, він оснащений повним набором розширених пристроїв захисту безпеки та компонентів точного моніторингу. Він в основному використовується в енергетичних сценаріях з високим ризиком і високим навантаженням, таких як великі підстанції, електростанції, міжпровінційні лінії електропередачі, нафтохімічна та металургійна важка промисловість, і є основною гарантією стабільної роботи високовольтних електромереж.

III. Детальне пояснення повних основних компонентів і функцій високовольтного розподільного пристрою

Високовольтний розподільний пристрій має модульну закриту конструкцію шафи, яка поділяється на форми внутрішньої та зовнішньої установки. Загалом складається з трьох модулів: обладнання первинного основного контуру, обладнання вторинного керування та моніторингу та обладнання захисту безпеки. Усі компоненти працюють разом, створюючи повну систему розподілу електроенергії, захисту та моніторингу. Функції основних компонентів такі:

1. Високовольтний автоматичний вимикач (основний виконавчий компонент)

Відомий як «серце» високовольтного розподільного пристрою, це єдиний основний компонент, який може вмикати та вимикати ланцюги з навантаженням і відсікати струми короткого замикання. Швидкість реакції обладнання може досягати мілісекунд. Коли в лінії виникають перевантаження, коротке замикання, витік та інші несправності, він може миттєво відключити ланцюг несправності, запобігти поширенню несправності та захистити базове обладнання та всю лінію електропередачі. В даний час основним типом є елегазовий автоматичний вимикач, який має такі переваги, як потужна здатність гасити дугу, хороші характеристики ізоляції, низька частота відмов і тривалий термін служби, що адаптується до умов тривалої безперебійної роботи.

2. Вимірювальні трансформатори (основа моніторингу та вимірювання)

Поділені на трансформатори струму (CT) і трансформатори напруги (VT), вони є «органами чуття» розподільних пристроїв. Основною функцією є перетворення високої напруги та великого струму в стандартні сигнали низької напруги та малого струму. З одного боку, він забезпечує точні дані для вимірювання приладів і моніторингу даних про потужність; з іншого боку, він забезпечує сигнали спрацьовування для захисних реле, реалізуючи автоматичне раннє попередження про несправності та відключення, а також забезпечуючи візуалізовану та контрольовану роботу енергосистеми.

3. Заземлювач (основний захист безпеки)

Це обов'язковий компонент безпеки, який в основному використовується в умовах обслуговування обладнання. Після розмикання та вимкнення автоматичного вимикача та роз’єднувача заземлювач може швидко встановити ланцюг заземлення, повністю звільнити індуковані заряди та залишкову напругу, що залишилася в лінії та обладнанні, усунути приховану небезпеку роботи під напругою та повністю забезпечити особисту безпеку обслуговуючого персоналу та безпеку обладнання.

4. Підвищуючий/понижуючий трансформатор

Це найбільше і найдорожче обладнання для перетворення електроенергії в розподільних пристроях. Підвищувальні трансформатори в основному використовуються на кінці передачі, щоб зменшити струм передачі шляхом збільшення напруги та зменшити втрати потужності при передачі на великі відстані; Знижуючі трансформатори використовуються на терміналі розподілу електроенергії для перетворення електричної енергії високої напруги в електричну енергію низької напруги, придатну для промислового та цивільного обладнання, реалізуючи ефективну передачу та розумну адаптацію електричної енергії.

5. Роз'єднувач (ізоляційний компонент)

Також відомий як ізолятор, це механічний ручний вимикач без функції гасіння дуги, і суворо заборонено працювати з навантаженням. Його основною функцією є реалізація фізичної ізоляції між обладнанням та електромережею, формування очевидної точки розриву живлення, забезпечення безпечних умов експлуатації для обслуговування обладнання та експлуатації та технічного обслуговування лінії, а також є основним гарантійним пристроєм безпеки для роботи під високою напругою.

6. Захисне реле (компонент інтелектуального керування)

«Розумний мозок» розподільчого пристрою може контролювати робочі параметри, такі як мережева напруга, струм і температура, у режимі реального часу 24 години на добу та точно визначати ненормальні робочі умови, такі як коротке замикання, перевантаження та замикання на землю. Після виявлення несправності він негайно надсилає інструкцію для спрацювання автоматичного вимикача та одночасно гасить дугу несправності та записує дані про несправність, реалізуючи швидку ізоляцію та відстеження несправності.

7. Шинопроводи (Канал передачі електроенергії)

Виготовлений з низькоомних провідних матеріалів, він є основним каналом для передачі електроенергії всередині розподільного пристрою. Він відповідає за підключення всіх основних компонентів, таких як автоматичні вимикачі, трансформатори та трансформатори, забезпечуючи ефективну та стабільну передачу електроенергії в шафі. Якість його матеріалів і процес монтажу безпосередньо впливають на загальну ефективність передачі розподільного пристрою.

8. Обмежувачі перенапруги та сітка заземлення (система захисту від перенапруги)

Обмежувачі перенапруг спеціально розроблені для перехідних впливів високої напруги, таких як перенапруга блискавки та перенапруга перемикання. Вони можуть швидко поглинати енергію стрибків і уникати високовольтного пробою шарів ізоляції обладнання; опорна сітка заземлення складається з підземних металевих електродів і заземлюючих шин, які можуть швидко проводити струм пошкодження та стрибок струму в землю, забезпечуючи подвійний захист обладнання від короткочасних пошкоджень високою напругою.

9. Контактор

Підходить для допоміжних ланцюгів низької напруги нижче 1 кВ, він може часто дистанційно вмикати та вимикати ланцюги керування та ланцюги живлення, головним чином керуючи такими навантаженнями, як двигуни, конденсатори та освітлювальне обладнання. Порівняно з автоматичними вимикачами, контактори мають більш високу частоту спрацьовування та довший механічний термін служби, але не мають високої напруги вимикаючої здатності, і використовуються лише як низьковольтні допоміжні компоненти керування.

IV. Два основних типи високовольтних розподільних пристроїв та порівняння їх переваг і недоліків

Відповідно до різних ізоляційних середовищ промисловість поділяє високовольтні розподільні пристрої на дві категорії: розподільні пристрої з повітряною ізоляцією (AIS) і розподільні пристрої з газовою ізоляцією (GIS). Вони мають значні відмінності в сценаріях адаптації, характеристиках продуктивності та витратах на експлуатацію та технічне обслуговування:

1. Розподільні пристрої з повітряною ізоляцією (AIS)

З природним повітрям як ізоляційним середовищем, це основний тип традиційних високовольтних розподільних пристроїв. Його основними перевагами є проста структура, низька вартість, зручна установка, інтуїтивно зрозуміла діагностика несправностей і низькі труднощі щоденного обслуговування; його недоліками є великий об’єм шафи, ізоляційні характеристики, які сильно залежать від навколишнього середовища, і легка деградація ізоляції у вологому, запиленому та забрудненому середовищі. В основному він підходить для зовнішніх звичайних підстанцій і сценаріїв розподілу електроенергії високої напруги з хорошими робочими умовами.

2. Розподільні пристрої з елегазовою ізоляцією (GIS)

Використовуючи гексафторид сірки (SF6) високої чистоти як ізоляцію та середовище для гасіння дуги, усі компоненти під напругою герметизуються в заповненій газом шафі. Його основними перевагами є компактний корпус, невелика площа підлоги, стабільні характеристики ізоляції, відсутність впливу зовнішнього пилу, вологості та суворої погоди, надзвичайно висока надійність роботи та надзвичайно низький рівень відмов; недоліками є висока вартість обладнання, складний процес обслуговування та жорсткі вимоги до ефективності герметизації. Це в основному підходить для сценаріїв високого класу, таких як міські основні підстанції, закриті машинні приміщення, важкі умови праці та висока щільність передачі електроенергії.

V. Поширені несправності та стандартизовані схеми усунення несправностей високовольтних розподільних пристроїв

Загальна кількість відмов високовольтних розподільних пристроїв низька, але довготривала експлуатація, екологічна ерозія, неправильна експлуатація та старіння компонентів можуть спричинити різні несправності. У поєднанні з першим досвідом експлуатації та технічного обслуговування, ця стаття розбирає причини високочастотних збоїв і стандартизовані рішення, які підходять для щоденної перевірки та робіт з обслуговування обладнання:

1. Ручка керування не може бути заблокована: Це здебільшого спричинено іржею, заклинюванням, старінням внутрішнього замкового механізму або невідповідними ключами. Спосіб обробки: перевірте спеціальний робочий ключ, очистіть та видаліть іржу з замкового механізму, додайте спеціальне мастило та безпосередньо замініть пошкоджені компоненти, щоб забезпечити нормальну роботу механічного блокування.

2. Ненормальний шум усередині шафи: Основними причинами є електромагнітна вібрація, викликана ослабленими кріпильними гвинтами розділової пластини та кабелями, які торкаються пластини сальника. Спосіб обробки: повністю закрутіть гвинти перегородки шафи та нанесіть герметик, щоб зафіксувати інтерфейс кабелю, щоб усунути шум контактної вібрації.

3. Перегріті з'єднання проводів: Це в основному викликано ослабленими болтами, тривалою роботою з перевантаженням і надмірним контактним опором. Спосіб обробки: Працюйте строго відповідно до номінального струму обладнання, закріпіть усі болти проводки та своєчасно замініть старі та окислені шини та з’єднання.

4. Некваліфіковане випробування ізоляції та часті замикання на землю: Основними причинами є тріщини, вологі та забруднені ізолятори, що призведе до значного погіршення ізоляції. Спосіб лікування: замініть пошкоджені ізолятори, очистіть ізоляційні компоненти шафи спеціальними засобами для чищення ізоляції та ретельно висушіть вологі ділянки, щоб відновити ефективність ізоляції.

5. Ненормальне відкриття та закриття захисних ролет: Деформація жалюзі, відсутність масла в рухомих частинах і заклинювання різних предметів призведуть до неможливості нормального відкривання та закривання. Спосіб обробки: очистіть рухомі частини, виправте деформовані віконниці, додайте мастила та відрегулюйте точність відкривання та закривання.

6. Згасання індикаторів стану: Поширені причини включають пошкодження лампи, перегорання запобіжника/резистора, поганий контакт допоміжних вимикачів і несправності кінцевих вимикачів. Спосіб лікування: замініть пошкоджені лампи та запобіжники, очистіть контакти допоміжних вимикачів і перевірте стан роботи автоматичного вимикача на клемі.

7. Несправна робота блоку управління: Основними причинами є ослаблені гвинти клемної колодки та поганий контакт штекера керування. Спосіб лікування: закріпіть усі гвинти клем, повторно підключіть і заблокуйте роз’єм керування, щоб забезпечити стабільний контакт лінії.

VI. Основні п'ять-запобіжні функції захисту високовольтних розподільних пристроїв (ядро безпеки)

Функція блокування п’яти попереджень є основною конструкцією безпеки високовольтних розподільних пристроїв, яка є обов’язковою стандартною конфігурацією в галузі. Він може механічно усунути великі аварії в електромережі, спричинені неправильною роботою людини, і є основною гарантією безпеки роботи під високою напругою:

1. Запобігати закриванню з вантажем: Після того, як візок автоматичного вимикача закрито в тестовому положенні, механічний замок блокує візок, який не можна штовхнути в робоче робоче положення, усуваючи випадкове замикання з навантаженням.

2. Запобігайте замиканню за допомогою лінії заземлення: Коли вимикач заземлення шафи знаходиться в замкнутому положенні, автоматичний вимикач не можна замкнути та ввімкнути, щоб уникнути короткого замикання та вибуху, викликаного примусовою передачею електроенергії, без видалення лінії заземлення.

3. Запобігайте випадковому переходу в інтервал прямого ефіру: Коли автоматичний вимикач знаходиться в замкнутому стані під напругою, задні дверцята шафи заблоковані механічним замком і не можуть бути відкриті, запобігаючи входу персоналу в зону живлення та ураженню електричним струмом.

4. Запобігайте провисанню лінії заземлення з електрикою: Коли автоматичний вимикач знаходиться в розімкнутому стані під напругою, робочий механізм заземлювача заблокований і не може бути замкнутим і заземленим, усуваючи несправність короткого замикання, спричинену зависанням лінії заземлення з електрикою.

5. Уникайте витягування ножа з вантажем: Коли автоматичний вимикач знаходиться у замкнутому стані з навантаженням, візок не можна виводити з робочого положення, а також забороняється розмикати ізолятор з навантаженням.

VII. Короткий виклад повного тексту

Високовольтні розподільні пристрої є основним комплектом розподільчого обладнання для високовольтних енергосистем понад 75 кВ. Спираючись на скоординовану роботу модульних компонентів, таких як автоматичні вимикачі, вимірювальні трансформатори, реле та системи заземлення, він об’єднує п’ять основних функцій: розподіл електроенергії, керування ланцюгом, захист від несправностей, захист безпеки та моніторинг у реальному часі. З точки зору категорій, він в основному поділяється на два типи: розподільні пристрої з повітряною ізоляцією AIS із простою структурою та зручною експлуатацією та обслуговуванням та розподільні пристрої з газоізоляцією GIS зі стабільною продуктивністю та придатні для сценаріїв високого класу.

Обладнання в цілому має характеристики низької частоти відмов, тривалого терміну служби та високої надійності, і знаходиться в режимі очікування протягом тривалого часу. Його основна гарантія безпеки походить від стандартизованої конструкції блокування з п’ятьма способами запобігання та ідеальних механізмів захисту від перенапруги, перевантаження та короткого замикання. Щоденні несправності в роботі здебільшого викликані старінням компонентів, нещільною установкою, ерозією навколишнього середовища та неправильною експлуатацією, і ймовірність несправності можна значно зменшити за допомогою регулярної перевірки та стандартизованої експлуатації та технічного обслуговування. У таких сферах, як передача електроенергії, промисловий розподіл електроенергії та нова енергетика, стабільна робота високовольтних розподільних пристроїв є ключовою основою для безпечної, ефективної та безперервної роботи всієї енергетичної системи.

VIII. Високочастотні поширені запитання (промисловість)

Q1: Яка основна різниця між розподільними пристроями високої напруги та розподільними пристроями низької напруги?

A1: Основні відмінності полягають у номінальній напрузі, рівні ізоляції та функціональному розташуванні. Високовольтний розподільчий пристрій (≥75 кВ) має гасіння дуги високої напруги, відключаючу здатність при короткому замиканні та п'ятизапобіжний захист, який використовується для магістральної передачі; розподільні пристрої низької напруги (≤1 кВ) використовуються лише для розподілу електроенергії на терміналі, мають просту структуру та не мають захисту від високої напруги.

Q2: Як вибрати між високовольтними розподільними пристроями GIS та AIS?

A2: Виберіть AIS для звичайного зовнішнього середовища, хороших умов роботи та обмеженого бюджету; вибирайте ГІС для центральних міських районів, закритих машинних відділень, суворих умов праці та обмеженого простору.

Q3: Чи можна часто використовувати високовольтні розподільні пристрої?

A3: Ні. Високовольтні автоматичні вимикачі заборонені для частої роботи з навантаженнями; лише низьковольтні контактори можуть часто вмикати та вимикати допоміжні ланцюги, інакше це прискорить старіння обладнання та спричинить приховані небезпеки.

Q4: Чи можна вручну відключити функцію п’яти запобігань високовольтного розподільного пристрою?

A4: Суворо заборонено видавати його без дозволу. Тільки професійний персонал з експлуатації та технічного обслуговування може тимчасово розблокувати його відповідно до специфікацій під час технічного обслуговування та після вжиття заходів безпеки, і його необхідно відновити відразу після операції.

Q5: Які основні небезпеки та принципи лікування перегрітих з'єднань розподільних пристроїв?

A5: Небезпека включає прискорення старіння компонентів, спричинення коротких замикань і навіть пожеж; принципи лікування: перевірити навантаження, закріпити з'єднання, замінити старіючі компоненти та усунути перевантаження.

Q6: Чи необхідно вимикати для технічного обслуговування, якщо всередині високовольтного розподільного пристрою є ненормальний шум?

A6: Так. Аномальний шум є раннім попередженням про несправність обладнання. Якщо не перевіряти протягом тривалого часу, це спричинить несправності. Перед відновленням роботи необхідно негайно вимкнути, щоб перевірити та усунути приховані небезпеки.

Q7: Які показники необхідно щодня виявляти для розподільних пристроїв із елегазовою ізоляцією?

A7: Регулярно виявляйте газ SF6 (тиск, чистота, мікровода) і герметичність корпусу, а також перевіряйте ефективність ізоляції та гнучкість механічних операцій.