Cách chọn RMU phù hợp cho các ứng dụng phân phối điện áp trung thế

Giới thiệu

A ngắt mạchlà một trong những phần được triển khai rộng rãi nhất củathiết bị đóng cắt trung thếtrên thế giới. Nó nằm bên trong các trạm biến áp nhỏ gọn ở các khu đô thị đông đúc, dưới chân các tuabin gió, dưới tầng hầm của các tòa tháp thương mại và ở chu vi của các nhà máy công nghiệp. Công việc của nó tuy đơn giản nhưng rất quan trọng: kết nối các nguồn cấp điện phân phối theo vòng, bảo vệ máy biến áp và cách ly các sự cố mà không làm toàn bộ mạng ngừng hoạt động.

Bởi vìRMUđược sản xuất với số lượng lớn và được triển khai theo số lượng lớn, người ta dễ coi chúng như một loại hàng hóa - chọn điện áp, chọn dòng điện, so sánh giá cả. Cách tiếp cận này hoạt động cho đến khi nó không hoạt động. Một RMU được xác định sai có thể gây ra những vấn đề đau đầu về vận hành trong hàng chục hoặc hàng trăm cơ sở cài đặt. Một cấu hình hoạt động hoàn hảo ở trung tâm thành phố ôn đới có thể bị hỏng sớm ở môi trường ven biển có phun muối. Sơ đồ bảo vệ phù hợp với mạng xuyên tâm có thể hoạt động không thể đoán trước khi tiện ích cấu hình lại vòng.

Việc lựa chọn RMU phù hợp đòi hỏi phải hiểu rõ nơi nó sẽ hoạt động, cách nó sẽ được truy cập và duy trì, những gì nó phải bảo vệ và mạng xung quanh nó có thể thay đổi như thế nào trong vòng đời sử dụng 30 năm. Bài viết này lần lượt xem xét từng yếu tố này.

Bắt đầu với Ứng dụng, Không phải Danh mục

Lỗi đặc tả RMU tốn kém nhất là chọn cấu hình tiêu chuẩn từ danh mục trước khi hiểu ngữ cảnh ứng dụng. Ba yếu tố ứng dụng sẽ định hình mọi quyết định lựa chọn của RMU.

Lắp đặt trong nhà so với ngoài trời. Một RMU trong nhà được lắp đặt trong phòng điện có điều hòa không khí phải đối mặt với môi trường lành tính. Nhiệt độ ổn định. Độ ẩm được kiểm soát. Không tiếp xúc với mưa, bụi hoặc muối. Một RMU ngoài trời được lắp đặt trong một khu vực bao bọc gắn trên tấm đệm gần bờ biển lại đối mặt với một thực tế rất khác. Sự thay đổi nhiệt độ có thể gây ra sự ngưng tụ bên trong. Xịt muối làm tăng tốc độ ăn mòn trên các bộ phận kim loại tiếp xúc. Bức xạ tia cực tím làm suy giảm lớp cách điện và lớp đệm polyme theo thời gian. Vỏ bọc phải được thiết kế cho những điều kiện này, có xếp hạng IP thích hợp, các biện pháp chống ngưng tụ và bảo vệ chống ăn mòn.

Triết lý truy cập và bảo trì. Một RMU được lắp đặt trong một trạm biến áp bị khóa ở trung tâm thành phố có thể được đội bảo trì đến thăm trong 30 phút. Chỉ có thể tiếp cận được RMU được lắp đặt ở chân tuabin gió trên sườn núi trong một số khoảng thời gian nhất định và chuyến tham quan địa điểm có thể mất vài giờ di chuyển. Việc lắp đặt càng xa thì càng có cơ sở cho các thiết kế kín suốt đời không yêu cầu giám sát khí, không cần bảo trì tiếp xúc và không cần can thiệp định kỳ. Triết lý bảo trì nên được xây dựng trong đặc điểm kỹ thuật, không được phát hiện sau khi vận hành thử.

Cấu hình mạng hiện tại. RMU được thêm vào vòng hiện có phải tương thích với nguyên tắc bảo vệ, giao thức liên lạc và giao diện vật lý của thiết bị đã được đưa vào sử dụng. Nếu mạng hiện tại sử dụng nền tảng rơle bảo vệ cụ thể thì RMU mới sẽ có khả năng tích hợp với nền tảng đó. Nếu vòng hiện có sử dụng cấu hình mô-đun cụ thể thì thiết bị mới sẽ phù hợp với cấu trúc liên kết đó mà không yêu cầu kỹ thuật tùy chỉnh.

Xác định các chức năng mà mỗi mô-đun phải thực hiện

RMU không phải là một thiết bị duy nhất. Nó là một tập hợp các module, mỗi module thực hiện một chức năng riêng biệt. Nhiệm vụ đặc tả đầu tiên là xác định những chức năng nào là cần thiết và số lượng mỗi chức năng.

Mô-đun trung chuyển vòng. Đây là các bộ chuyển mạch ngắt tải kết nối RMU vào vòng phân phối. Cần ít nhất hai cái—thường được chỉ định là đầu vào và đầu ra, mặc dù trong cấu hình vòng, nguồn điện có thể truyền theo một trong hai hướng. Mỗi mô-đun trung chuyển vòng chứa một công tắc ngắt tải có khả năng làm gián đoạn dòng tải định mức. Xếp hạng phổ biến nhất là 630A, bao gồm phần lớn các ứng dụng vòng phân phối.

Modul bảo vệ máy biến áp. Các mô-đun này cung cấp và bảo vệ các máy biến áp phân phối giúp giảm điện áp trung thế xuống điện áp thấp để tiêu dùng cục bộ. Việc bảo vệ có thể được cung cấp bằng cầu chì (cách tiếp cận đơn giản và phổ biến nhất), bộ ngắt mạch (khi cần có tính chọn lọc hoặc hoạt động thường xuyên) hoặc tổ hợp công tắc ngắt tải hợp nhất. Việc lựa chọn giữa bảo vệ cầu chì và cầu dao phụ thuộc vào kích thước máy biến áp, mức độ lỗi mạng và triết lý phối hợp bảo vệ của tiện ích.

Các mô-đun ghép nối xe buýt. Trong các cụm RMU lớn hơn, bộ ghép nối bus có thể kết nối hoặc tách hai phần thanh cái. Điều này cho phép vận hành linh hoạt: một máy biến áp có thể ngừng hoạt động trong khi máy biến áp kia cung cấp điện cho cả hai phần hoặc vòng có thể được chia thành hai phân đoạn độc lập để cách ly lỗi.

Mô-đun đo lường trực tiếp Trong trường hợp tiện ích yêu cầu đo lường doanh thu tại RMU, một mô-đun đo lường chuyên dụng sẽ chứa các máy biến dòng điện và điện áp có kích thước phù hợp để lập hoá đơn chính xác. Mô-đun này thường không có chức năng chuyển đổi—nó chỉ là điểm đo.

COTENELE cung cấp các mô-đun RMU ở tất cả các cấu hình này, bao gồm các bộ cấp nguồn vòng vào và ra có định mức 630A, các mô-đun bảo vệ máy biến áp có cầu chì hoặc bảo vệ cầu dao, bộ ghép nối thanh cái và ngăn đo sáng trực tiếp. Cấu hình tiêu chuẩn gồm ba, bốn và năm mô-đun có sẵn, với các sắp xếp tùy chỉnh được trích dẫn theo sơ đồ một đường của khách hàng.

Lựa chọn công nghệ cách nhiệt

Môi trường cách nhiệt bên trong bể RMU xác định tác động môi trường, hồ sơ bảo trì và trạng thái tuân thủ của thiết bị. Quyết định này ngày càng trở nên quan trọng khi các quy định của SF₆ được thắt chặt trên toàn cầu.

Cách nhiệt không khí khô và nitơ đã trở thành vật liệu thay thế chính cho SF₆ trong các ứng dụng RMU. Cả hai loại khí này đều không có tiềm năng làm nóng lên toàn cầu. Cả hai đều không độc hại, không bắt lửa và không cần xử lý đặc biệt khi hết tuổi thọ. Trong môi trường không khí khô hiện đại hoặc RMU cách nhiệt N₂, bình xăng được đổ đầy và bịt kín tại nhà máy. Nó không cần giám sát áp suất, không cần nạp lại và không cần bảo trì liên quan đến khí trong suốt vòng đời thiết kế 30 năm của nó. Bản thân bình chứa thường được làm bằng thép không gỉ, có khả năng chống ăn mòn phù hợp với độ bền điện của thiết bị.

RMU 24kV không chứa SF₆ của COTENELE sử dụng không khí khô làm môi trường cách nhiệt trong bể chứa bằng thép không gỉ kín suốt đời. Thiết kế này đã được thử nghiệm điển hình theo tiêu chuẩn IEC 62271-200 với khả năng chịu ngắn mạch 25kA trong 4 giây và phân loại hồ quang bên trong IAC AFLR ở 20kA trong 1 giây. Thùng rời khỏi nhà máy được niêm phong và thử nghiệm. Từ quan điểm của người vận hành, không có hệ thống khí nào để quản lý.

Vật liệu cách nhiệt rắn cung cấp một phương pháp thay thế bằng cách loại bỏ hoàn toàn khí. Các dây dẫn mang điện và các tiếp điểm chuyển mạch được bọc trong nhựa epoxy. Không có bình gas, không có bình chịu áp và không có khả năng rò rỉ gas. RMU cách điện rắn vốn có kích thước nhỏ gọn và rất phù hợp với môi trường khắc nghiệt, nơi độ ẩm, muối hoặc các chất gây ô nhiễm trong không khí sẽ thách thức các thiết kế cách nhiệt bằng khí hoặc cách nhiệt bằng không khí. Sự đánh đổi là các mô-đun cách điện rắn thường kém linh hoạt hơn khi cần cấu hình lại và có chi phí đơn vị cao hơn.

Di sản SF₆. RMU chứa SF₆ truyền thống vẫn đang được sử dụng rộng rãi nhưng chúng không còn được chỉ định để lắp đặt mới tại các thị trường áp dụng Quy định về khí F của EU hoặc các hạn chế tương đương. Các kỹ sư nên xác minh tình trạng quản lý của thị trường mục tiêu trước khi đưa thiết bị SF₆ vào thông số kỹ thuật. Ngay cả khi SF₆ chưa bị cấm, việc chỉ định thiết bị SF₆ sẽ tạo ra trách nhiệm pháp lý tuân thủ lâu dài mà nhiều chủ sở hữu tài sản hiện không muốn chấp nhận.

Xác minh các thông số được xếp hạng theo điều kiện trang web

Xếp hạng bảng tên trên biểu dữ liệu RMU dựa trên các điều kiện tham chiếu tiêu chuẩn. Điều kiện địa điểm thường khác với những tài liệu tham khảo này, đôi khi rất khác. Công việc của kỹ sư là xác minh rằng xếp hạng có giá trị đối với môi trường lắp đặt thực tế.

Điện áp định mức phải vượt quá điện áp danh định của hệ thống, có tính đến quá điện áp tạm thời khi có sự cố chạm đất hoặc quá độ chuyển mạch. Đối với hệ thống 20kV, RMU định mức 24kV là phổ biến. Đối với hệ thống 33kV, cần có mức định mức 36kV hoặc 40,5kV. Điện áp chịu được tần số công nghiệp và điện áp chịu xung sét cần được xác nhận dựa trên nghiên cứu phối hợp cách điện của dự án.

Dòng điện định mức cho các mô-đun cấp vòng thường là 630A, phù hợp với dòng điện liên tục trong hầu hết các vòng phân phối. Các mô-đun bảo vệ máy biến áp thường có dòng điện định mức 200A hoặc thấp hơn, tương ứng với định mức cầu chì hoặc cài đặt bộ ngắt mạch. Đánh giá phải hợp lệ ở độ cao địa điểm và nhiệt độ môi trường tối đa. Nếu lắp đặt ở độ cao trên 1000 mét hoặc nếu nhiệt độ môi trường xung quanh thường xuyên vượt quá 40°C, hệ số giảm công suất sẽ được áp dụng và có thể cần xếp hạng trên bảng tên cao hơn để cung cấp dòng điện liên tục cần thiết.

Dòng điện chịu ngắn mạch là thông số ảnh hưởng trực tiếp nhất đến độ bền vật lý của RMU. Định mức—thường là 20kA hoặc 25kA trong bốn giây—phải bằng hoặc vượt quá mức lỗi được tính toán tại thời điểm lắp đặt. Một nghiên cứu ngắn mạch sử dụng dữ liệu mạng hiện tại và tính đến việc bổ sung thế hệ dự kiến ​​trong tương lai là cơ sở đáng tin cậy duy nhất để xác định tham số này. Việc xác định không đúng nó sẽ tạo ra nguy cơ thất bại thảm khốc. Việc chỉ định quá mức sẽ làm tăng thêm chi phí không cần thiết.

Hiểu triết lý bảo trì của từng thiết kế

Các yêu cầu bảo trì của RMU thay đổi đáng kể tùy theo thiết kế và sự thay đổi này có tác động trực tiếp đến chi phí vận hành trong suốt vòng đời 30 năm của thiết bị.

Bình xăng kín suốt đời là tiêu chuẩn hiện đại cho RMU không chứa SF₆. Bể được nạp đầy không khí khô hoặc nitơ tại nhà máy, kiểm tra rò rỉ và bịt kín vĩnh viễn. Không có đồng hồ đo áp suất khí ở mặt trước—không có gì để đọc. Không có cổng nạp lại—không có gì để nạp lại. Sách hướng dẫn bảo trì không có các quy trình liên quan đến khí đốt vì không có quy trình nào cả. Đối với nhà điều hành quản lý đội xe gồm hàng trăm RMU, việc loại bỏ việc xử lý khí khỏi chương trình bảo trì là một cách tiết kiệm đáng kể trong hoạt động.

Thay cầu chì là hoạt động bảo trì phổ biến nhất trên RMU và là hoạt động duy nhất cần được yêu cầu trong quá trình vận hành bình thường của thiết bị kín hiện đại. Khi cầu chì bảo vệ máy biến áp hoạt động, cầu chì phải được thay thế. Thiết kế phải cho phép thực hiện việc này một cách an toàn, với các mô-đun cấp vòng vẫn tiếp tục hoạt động trong khi mô-đun bảo vệ máy biến áp được cách ly. Cần phải xem xét quy trình thay thế cầu chì, yêu cầu tiếp cận và tính sẵn có của các liên kết cầu chì thay thế trước khi thông số kỹ thuật.

Tuổi thọ của máy hút bụi. Trong các thiết kế RMU sử dụng bộ ngắt chân không cho chức năng ngắt mạch hoặc ngắt tải—là hầu hết các RMU hiện đại—các bộ ngắt được niêm phong trọn đời và không cần bảo trì. Độ bền cơ học của cơ cấu vận hành, thường được đánh giá cho hàng nghìn lần vận hành, xác định khoảng thời gian có thể cần kiểm tra hoặc đại tu cơ cấu. Đối với hầu hết các ứng dụng phân phối, nơi hoạt động chuyển mạch không thường xuyên, cơ chế này sẽ tồn tại lâu hơn tuổi thọ lắp đặt của thiết bị.

Danh sách kiểm tra cấu hình cho các kịch bản ứng dụng phổ biến

Các ứng dụng khác nhau yêu cầu cấu hình RMU khác nhau. Mặc dù mỗi dự án đều có những yêu cầu riêng, một số mẫu chung đóng vai trò là điểm khởi đầu hữu ích.

Trạm biến áp phân phối đô thị. Một cấu hình điển hình là ba mô-đun: hai mô-đun bộ cấp vòng (công tắc ngắt tải) và một mô-đun bảo vệ máy biến áp (cầu chì). Điều này cung cấp kết nối vòng và cung cấp máy biến áp phân phối cục bộ. Trong một số mạng, cấu hình bốn mô-đun với mô-đun bảo vệ máy biến áp bổ sung được sử dụng khi hai máy biến áp được lắp đặt tại cùng một địa điểm.

Mạng lưới thu gom trang trại gió. Máy biến áp tuabin gió thường được bảo vệ bằng các mô-đun hợp nhất trong RMU được lắp đặt ở chân mỗi tuabin hoặc theo nhóm nhỏ. Các máy cấp vòng RMU kết nối nhiều tuabin theo chuỗi nối vòng hoặc vòng trở lại trạm thu gom. Tần số chuyển mạch có thể cao hơn tần số phân phối ở đô thị do chu kỳ khởi động-dừng của tuabin. Bộ ngắt chân không có độ bền cơ học cao được ưu tiên sử dụng cho các bộ phận chuyển mạch.

Tòa nhà thương mại hoặc trung tâm dữ liệu. Trong trường hợp RMU cung cấp cho cơ sở nguồn cấp dữ liệu tiện ích kép hoặc nguồn phát tại chỗ, có thể cần có mô-đun bộ ghép nối bus để quản lý kết nối giữa hai nguồn. Các mô-đun bảo vệ máy biến áp có cầu dao thay vì cầu chì đôi khi được ưu tiên hơn vì khả năng đặt lại từ xa và phối hợp dễ dàng hơn với bảo vệ hạ lưu.

Cơ sở hạ tầng quan trọng. Đối với bệnh viện, sân bay và các nhà máy công nghiệp xử lý liên tục, cấu hình RMU phải hỗ trợ phối hợp có chọn lọc và cung cấp khả năng cách ly khu vực bị sự cố mà không làm gián đoạn việc cung cấp cho các khu vực khỏe mạnh. Sự dư thừa trong cấu hình bộ cấp vòng—để không có một lỗi cáp nào làm ảnh hưởng đến toàn bộ nguồn cung cấp—nên được thiết kế theo cấu trúc liên kết vòng chứ không chỉ đặc điểm kỹ thuật của RMU.

Tuân thủ tiêu chuẩn và tài liệu

Thử nghiệm điển hình theo tiêu chuẩn IEC 62271-200 là yêu cầu tối thiểu đối với RMU trên thị trường quốc tế. Chương trình thử nghiệm điển hình bao gồm các thử nghiệm điện môi, độ tăng nhiệt, khả năng chịu ngắn mạch, phân loại hồ quang bên trong và độ bền cơ học. Các kỹ sư nên yêu cầu báo cáo kiểm tra điển hình hoàn chỉnh, không phải chứng chỉ tóm tắt và phải xác minh rằng cấu hình được kiểm tra có khớp với cấu hình được trích dẫn hay không.

Ngoài việc kiểm tra loại, gói tài liệu là một phần của sản phẩm. Báo cáo kiểm tra định kỳ từ nhà máy cho mọi mô-đun. Tuyên bố về sự tuân thủ các quy định hiện hành—bao gồm Quy định về khí F của EU đối với thiết bị không chứa SF₆. Sổ tay hướng dẫn lắp đặt và vận hành mô tả chính xác hoặc thiếu các yêu cầu bảo trì đối với thiết kế cụ thể.

COTENELE cung cấp chứng chỉ kiểm tra loại IEC 62271-200, báo cáo kiểm tra định kỳ và gói tài liệu đầy đủ kèm theo mọi báo giá của RMU. Tài liệu này có sẵn ở giai đoạn đấu thầu, cho phép các kỹ sư tư vấn và người đánh giá tiện ích hoàn thành việc đánh giá kỹ thuật của họ trước khi trao hợp đồng.

Phần kết luận

Lựa chọn RMU là một bài tập suy nghĩ về toàn bộ thời gian sử dụng của thiết bị—thiết bị sẽ ở đâu, thiết bị sẽ được yêu cầu làm gì, thiết bị sẽ được bảo trì như thế nào và mạng xung quanh thiết bị có thể thay đổi như thế nào. Lựa chọn đúng đắn không nhất thiết phải là lựa chọn có giá mua thấp nhất. Đây là giải pháp giúp giảm thiểu tổng chi phí sở hữu trong ba thập kỷ đồng thời mang lại độ tin cậy, an toàn và vận hành linh hoạt theo yêu cầu của ứng dụng.

Đối với các kỹ sư chuẩn bị đặc tả RMU, trình tự quyết định rất rõ ràng. Bắt đầu với môi trường ứng dụng. Xác định các chức năng mô-đun cần thiết. Chọn công nghệ cách nhiệt đáp ứng các quy định về môi trường hiện hành và dự kiến. Xác minh xếp hạng theo điều kiện trang web. Hiểu các yêu cầu bảo trì của thiết kế đã chọn. Xác nhận rằng tài liệu và bằng chứng tuân thủ có sẵn trước khi đặt hàng.

COTENELE hỗ trợ quy trình này bằng các RMU không chứa SF₆ sẵn sàng sản xuất, đã được thử nghiệm điển hình và được định cấu hình theo sơ đồ một đường của dự án. Nhóm kỹ thuật của chúng tôi sẵn sàng xem xét các yêu cầu ứng dụng, đề xuất cấu hình mô-đun và cung cấp các gói tài liệu hoàn chỉnh để nộp hồ sơ dự thầu.

Chỉ định RMU cho dự án tiếp theo của bạn?

COTENELE cung cấp các thiết bị chính dạng vòng 24kV không chứa SF₆ với khả năng cách nhiệt không khí khô, thử nghiệm loại IEC 62271-200 và các gói tài liệu hoàn chỉnh. Cấu hình mô-đun tiêu chuẩn và tùy chỉnh có sẵn.

Giới thiệu về COTENELE

COTENELE là nhà sản xuất chuyên dụng về thiết bị đóng cắt trung thế, bao gồm thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí thân thiện với môi trường không chứa SF₆, bộ ngắt mạch chân không, bộ phận mạch vòng và tấm ốp kim loại cho các ứng dụng 12 kV đến 40,5 kV. Sản phẩm của chúng tôi phục vụ các tiện ích, nhà điều hành trung tâm dữ liệu, nhà phát triển năng lượng tái tạo và người mua công nghiệp trên khắp Châu Âu, Châu Á và Trung Đông. Mọi sản phẩm đều được thử nghiệm điển hình theo các tiêu chuẩn IEC hiện hành, kèm theo tài liệu đầy đủ được cung cấp để nộp hồ sơ dự thầu và bàn giao dự án.