Как высоковольтные распределительные устройства обеспечивают безопасную и стабильную работу энергосистем?

Как высоковольтные распределительные устройства обеспечивают безопасную и стабильную работу энергосистем?

I. Определение ядра и отраслевое позиционирование высоковольтных распределительных устройств

Высоковольтное распределительное устройство представляет собой основной комплект электрораспределительного оборудования в системе передачи и распределения электроэнергии. В соответствии с общими энергетическими стандартами это относится, в частности, к закрытым распределительным устройствам с номинальным рабочим напряжением более 36 кВ, которые могут осуществлять подключение, отключение, мониторинг, защиту и управление высоковольтными силовыми цепями. В отличие от обычного низковольтного распределительного оборудования, высоковольтное распределительное устройство длительное время находится в заряженном дежурном состоянии, большую часть времени остается в закрытом положении и выполняет операции размыкания и отключения только во время технического обслуживания оборудования, неисправностей линий и диспетчеризации электросетей, при чрезвычайно низкой отказоустойчивости оборудования и чрезвычайно высоких требованиях к надежности.

Являясь ключевым узлом электросетей, электростанций, промышленных и горнодобывающих предприятий, а также крупномасштабных систем распределения электроэнергии в зданиях, высоковольтные распределительные устройства напрямую определяют стабильность, безопасность и непрерывность электроснабжения. Он может не только точно отсекать токи повреждения, такие как перегрузка, короткое замыкание и грозовое перенапряжение, но также осуществлять разумное распределение электрической энергии, изоляцию линий и защиту оборудования, что делает его незаменимым основным оборудованием в системе распределения электроэнергии высокого и низкого напряжения. За последние 15 лет, благодаря совершенствованию энергетического интеллекта и экологизации, технология высоковольтных выключателей быстро развивалась. Автоматические выключатели с минимальным использованием масла и воздушные выключатели постепенно модернизировались, а автоматические выключатели с гексафторидом серы (SF6) стали основной конфигурацией ядра современных высоковольтных распределительных устройств благодаря их превосходным изоляционным и дугогасительным характеристикам.

II. Раздел полной категории уровней напряжения распределительных устройств

По номинальному рабочему напряжению в электроэнергетике распределительные устройства делят на три категории: низковольтные, средневольтные и высоковольтные. Три типа оборудования имеют существенные различия в сценариях применения, структурной конфигурации и стандартах безопасности, адаптируясь к потребностям различных сценариев распределения электроэнергии:

1. Низковольтное распределительное устройство (НН).

При номинальном рабочем напряжении ≤ 1 кВ он в основном устанавливается на стороне низкого напряжения силовых распределительных трансформаторов и широко используется в сценариях распределения электроэнергии на терминалах, таких как промышленные мастерские, коммерческие здания и жилые районы. Он отвечает за распределение электрической энергии терминала и защиту основных цепей, имеет простую структуру, удобное управление и низкие затраты на техническое обслуживание.

2. Распределительные устройства среднего напряжения (СН).

Диапазон номинального рабочего напряжения составляет 1 кВ ~ 75 кВ. Это обычное оборудование в промышленном производстве, а также на подстанциях малого и среднего размера. Он в основном адаптирован для генераторов, фидерных цепей, больших двигателей, региональных линий электропередачи и распределения и другого оборудования, принимая во внимание эффективность распределения электроэнергии и возможности защиты от неисправностей, а также адаптируясь к сценариям передачи электроэнергии среднего уровня.

3. Распределительные устройства высокого напряжения (ВН).

Имея номинальное рабочее напряжение ≥ 75 кВ, это специальное оборудование для передачи и распределения электроэнергии высокого напряжения. Разработанный для условий работы при высоком напряжении, больших токах и высоких нагрузках, он оснащен полным набором усиленных защитных устройств и компонентов прецизионного мониторинга. Он в основном используется в сценариях с высоким риском и высокой нагрузкой, таких как крупные подстанции, электростанции, межпровинциальные линии электропередачи, нефтехимическая промышленность и тяжелая металлургическая промышленность, и является основной гарантией стабильной работы высоковольтных электросетей.

III. Подробное объяснение основных компонентов и функций высоковольтного распределительного устройства

Высоковольтное распределительное устройство имеет модульную закрытую конструкцию шкафа, которая разделена на внутреннюю и наружную формы установки. Комплекс состоит из трех модулей: оборудования первичной главной цепи, вторичного оборудования управления и контроля и оборудования защиты. Все компоненты работают вместе, создавая полную систему распределения электроэнергии, защиты и мониторинга. Функции основных компонентов заключаются в следующем:

1. Высоковольтный автоматический выключатель (основной исполнительный компонент)

Известный как «сердце» высоковольтного распределительного устройства, это единственный основной компонент, который может включать и отключать цепи под нагрузкой и отсекать токи короткого замыкания. Скорость реакции оборудования может достигать миллисекунд. Когда в линии возникают перегрузка, короткое замыкание, утечка и другие неисправности, она может мгновенно отключить цепь повреждения, предотвратить распространение неисправности и защитить серверное оборудование и всю линию передачи. В настоящее время основным типом является элегазовый выключатель, который обладает такими преимуществами, как способность гашения сильной дуги, хорошие изоляционные характеристики, низкий уровень отказов и длительный срок службы, адаптируясь к долгосрочным условиям бесперебойной работы.

2. Измерительные трансформаторы (ядро мониторинга и измерений)

Разделенные на трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН), они являются «органами чувств» распределительного устройства. Основная функция заключается в преобразовании высокого напряжения и большого тока в стандартные сигналы низкого напряжения и малого тока. С одной стороны, он предоставляет точные данные для измерения приборов и мониторинга данных мощности; с другой стороны, он обеспечивает сигналы запуска для защитных реле, реализуя автоматическое раннее предупреждение и отключение неисправностей, а также обеспечивая визуализированную и контролируемую работу энергосистемы.

3. Заземлитель (ядро защитной защиты)

Это обязательный компонент безопасности, в основном используемый в условиях обслуживания оборудования. После того, как автоматический выключатель и разъединитель разомкнуты и отключены от питания, заземлитель может быстро установить цепь заземления, полностью снять наведенные заряды и остаточное напряжение, остающееся в линии и оборудовании, устранить скрытую опасность работы под напряжением и полностью обеспечить личную безопасность обслуживающего персонала и безопасность оборудования.

4. Повышающий/понижающий трансформатор.

Это самое крупное и дорогое оборудование для преобразования энергии в распределительном устройстве. Повышающие трансформаторы в основном используются на стороне передачи для уменьшения тока передачи за счет увеличения напряжения и уменьшения потерь мощности при передаче на большие расстояния; Понижающие трансформаторы используются на распределительном терминале для преобразования электрической энергии высокого напряжения в электрическую энергию низкого напряжения, подходящую для промышленного и гражданского оборудования, обеспечивая эффективную передачу и разумную адаптацию электрической энергии.

5. Разъединитель (изолирующий компонент)

Также известный как изолятор, это механический ручной выключатель без функции гашения дуги, эксплуатация которого строго запрещена под нагрузкой. Его основная функция - реализовать физическую изоляцию между оборудованием и электросетью, сформировать очевидную точку отключения питания, обеспечить безопасные условия эксплуатации для обслуживания оборудования, эксплуатации и обслуживания линий, а также является основным устройством, гарантирующим безопасность при работе под высоким напряжением.

6. Защитное реле (компонент интеллектуального управления)

«Интеллектуальный мозг» распределительного устройства может контролировать рабочие параметры, такие как линейное напряжение, ток и температура, в режиме реального времени 24 часа в сутки, а также точно определять ненормальные условия работы, такие как короткое замыкание, перегрузка и замыкание на землю. При обнаружении неисправности он немедленно отправляет команду на срабатывание автоматического выключателя и в то же время гасит дугу повреждения и записывает данные о неисправности, обеспечивая быструю локализацию и отслеживание неисправности.

7. Шинопроводы (канал передачи электроэнергии).

Изготовленный из проводящих материалов с низким сопротивлением, он является основным каналом передачи электроэнергии внутри распределительного устройства. Он отвечает за соединение всех основных компонентов, таких как автоматические выключатели, трансформаторы и трансформаторы, обеспечивая эффективную и стабильную передачу электрической энергии в шкафу. Качество материала и процесс установки напрямую влияют на общую эффективность передачи распределительного устройства.

8. Ограничители перенапряжения и заземляющая сетка (система защиты от перенапряжения)

Ограничители перенапряжения специально разработаны для кратковременных воздействий высокого напряжения, таких как грозовые перенапряжения и коммутационные перенапряжения. Они позволяют быстро поглощать энергию скачков напряжения и избегать высоковольтного пробоя слоев изоляции оборудования; Опорная заземляющая сетка состоит из подземных металлических электродов и заземляющих стержней, которые могут быстро проводить ток повреждения и импульсный ток в землю, обеспечивая двойную защиту оборудования от кратковременных повреждений под высоким напряжением.

9. Контактор

Подходит для низковольтных вспомогательных цепей ниже 1 кВ, он может часто включать и выключать цепи управления и силовые цепи удаленно, в основном управляя нагрузками, такими как двигатели, конденсаторы и осветительное оборудование. По сравнению с автоматическими выключателями контакторы имеют более высокую рабочую частоту и более длительный механический срок службы, но не обладают отключающей способностью при высоковольтных повреждениях и используются только в качестве вспомогательных низковольтных компонентов управления.

IV. Два основных типа высоковольтных распределительных устройств и сравнение их преимуществ и недостатков

В зависимости от различных изоляционных материалов в отрасли распределительные устройства высокого напряжения делятся на две категории: распределительные устройства с воздушной изоляцией (AIS) и распределительные устройства с газовой изоляцией (GIS). Они имеют существенные различия в сценариях адаптации, характеристиках производительности и затратах на эксплуатацию и техническое обслуживание:

1. Распределительное устройство с воздушной изоляцией (КРУ).

Поскольку в качестве изоляционной среды используется природный воздух, это основной тип традиционных распределительных устройств высокого напряжения. Его основными преимуществами являются простая конструкция, низкая стоимость, удобная установка, интуитивно понятная диагностика неисправностей и низкая сложность ежедневного обслуживания; его недостатками являются большой объем шкафа, эффективность изоляции, сильно зависящая от окружающей среды, а также легкая деградация изоляции во влажной, пыльной и загрязненной среде. Он в основном подходит для наружных обычных подстанций и сценариев распределения высоковольтной электроэнергии с хорошими условиями работы.

2. Распределительное устройство с элегазовой изоляцией (КРУЭ).

Используя высокочистый газ гексафторид серы (SF6) в качестве изоляционной и дугогасительной среды, все компоненты, находящиеся под напряжением, герметизированы в газонаполненном шкафу. Его основными преимуществами являются компактный шкаф, небольшая площадь пола, стабильные изоляционные характеристики, невосприимчивость к внешней пыли, влажности и суровым погодным условиям, чрезвычайно высокая эксплуатационная надежность и чрезвычайно низкий уровень отказов; Недостатками являются высокая стоимость оборудования, сложный процесс обслуживания и строгие требования к характеристикам уплотнения. Он в основном подходит для сценариев высокого класса, таких как основные городские подстанции, закрытые машинные помещения, суровые условия труда и передача электроэнергии с высокой плотностью.

V. Распространенные неисправности и стандартизированные схемы устранения неисправностей высоковольтных распределительных устройств

Общая частота отказов высоковольтных распределительных устройств невелика, но длительная эксплуатация, экологическая эрозия, неправильная эксплуатация и старение компонентов могут вызвать различные неисправности. В сочетании с опытом эксплуатации и технического обслуживания в этой статье рассматриваются причины высокочастотных неисправностей и предлагаются стандартизированные решения, которые подходят для ежедневного осмотра и технического обслуживания оборудования:

1. Ручка управления не может быть заблокирована.: Чаще всего это вызвано ржавчиной, заклиниванием, старением внутреннего запирающего механизма или несоответствием ключей. Метод лечения: проверьте специальный рабочий ключ, очистите и удалите ржавчину с механизма блокировки, добавьте специальную смазку и сразу замените поврежденные компоненты, чтобы обеспечить нормальную работу механического замка.

2. Необычный шум внутри шкафа.: Основными причинами являются электромагнитные вибрации, вызванные ослаблением крепежных винтов разделительной пластины и касанием кабелей фланш-панели. Метод лечения: Полностью затяните винты перегородки шкафа и нанесите герметик для фиксации кабельного интерфейса, чтобы устранить контактный вибрационный шум.

3. Перегрев соединений проводки.: В основном это вызвано ослаблением болтов, длительной перегрузкой и чрезмерным контактным сопротивлением. Метод лечения: работать строго в соответствии с номинальным током оборудования, затягивать все болты проводки и своевременно заменять стареющие и окисленные шины и соединения.

4. Неквалифицированная проверка изоляции и частые замыкания на землю.: Основными причинами являются трещины, сырость и загрязнение изоляторов, что приведет к значительному ухудшению характеристик изоляции. Метод лечения: заменить поврежденные изоляторы, очистить изоляционные компоненты шкафа специальными средствами для очистки изоляции и тщательно высушить влажные участки для восстановления характеристик изоляции.

5. Ненормальное открытие и закрытие защитных жалюзи.: Деформация жалюзи, отсутствие масла в движущихся частях и заклинивание различных деталей приведут к невозможности нормального открытия и закрытия. Метод лечения: Очистите детали движущихся частей, исправьте деформированные жалюзи, добавьте смазочное масло и отрегулируйте точность открытия и закрытия.

6. Гашение индикаторов состояния.: К частым причинам относятся повреждение лампы, перегорание предохранителя/резистора, плохой контакт вспомогательных выключателей и неисправности концевых выключателей. Метод лечения: заменить поврежденные лампочки и предохранители, очистить контакты вспомогательных выключателей и проверить состояние срабатывания автоматического выключателя на клемме.

7. Беспорядочная работа блока управления.: Основные причины – ослабленные винты клеммной колодки и плохой контакт контрольного штекера. Метод лечения: затяните все винты клемм, повторно подключите и зафиксируйте разъем управления, чтобы обеспечить стабильный контакт с линией.

VI. Основные пять защитных функций высоковольтного распределительного устройства (ядро безопасности)

Функция блокировки с пятью блокировками — это основная конструкция безопасности высоковольтного распределительного устройства, которая является обязательной стандартной конфигурацией в отрасли. Он может механически устранить крупные аварии на электроснабжении, вызванные неправильными действиями человека, и является основной гарантией безопасности работы при высоком напряжении:

1. Предотвратить закрытие под нагрузкой: После замыкания тележки выключателя в тестовом положении механический замок блокирует тележку, которую невозможно переместить в рабочее положение, что исключает вероятность замыкания под нагрузкой.

2. Предотвратить замыкание с помощью линии заземления: Когда заземлитель шкафа находится во включенном положении, автоматический выключатель не может быть включен и включен во избежание короткого замыкания и взрыва, вызванных принудительной передачей энергии без снятия заземляющей линии.

3. Предотвращение случайного входа в интервал реального времени: Когда автоматический выключатель находится во включенном и рабочем состоянии, задняя дверь шкафа блокируется механическим замком и не может быть открыта, что предотвращает попадание персонала в зону под напряжением и поражение электрическим током.

4. Предотвратить зависание линии заземления с электричеством: Когда автоматический выключатель находится во включенном и рабочем состоянии, рабочий механизм заземлителя заблокирован и не может быть замкнут и заземлен, что исключает короткое замыкание, вызванное зависанием заземляющего провода под напряжением.

5. Предотвратить вытягивание ножа с грузом: Когда автоматический выключатель находится во включенном состоянии под нагрузкой, тележку нельзя вывести из рабочего положения, и запрещается размыкать разъединитель под нагрузкой.

VII. Основное резюме полного текста

Высоковольтное распределительное устройство представляет собой основной комплект электрораспределительного оборудования для высоковольтных энергосистем выше 75 кВ. Опираясь на скоординированную работу модульных компонентов, таких как автоматические выключатели, измерительные трансформаторы, реле и системы заземления, он объединяет пять основных функций: распределение электроэнергии, управление цепями, защита от неисправностей, защита безопасности и мониторинг в реальном времени. С точки зрения категорий, оно в основном делится на два типа: распределительное устройство с воздушной изоляцией AIS с простой конструкцией, удобной эксплуатацией и обслуживанием, а также распределительное устройство с элегазовой изоляцией GIS со стабильной производительностью, подходящее для высококлассных сценариев.

Оборудование в целом имеет характеристики низкой интенсивности отказов, длительного срока службы и высокой надежности и длительное время находится в режиме ожидания. Основная гарантия безопасности обеспечивается стандартизированной конструкцией блокировки с пятью блокировками и совершенными механизмами защиты от перенапряжения, перегрузки и короткого замыкания. Неисправности в повседневной работе в основном вызваны старением компонентов, неплотной установкой, воздействием окружающей среды и неправильной эксплуатацией. Вероятность неисправности можно значительно снизить за счет регулярных проверок и стандартизированной эксплуатации и технического обслуживания. В таких областях, как передача электроэнергии в сети, промышленное распределение электроэнергии и новая энергетика, стабильная работа высоковольтных распределительных устройств является ключевой основой безопасной, эффективной и непрерывной работы всей энергосистемы.

VIII. Часто задаваемые вопросы (часто задаваемые вопросы) (общая отрасль)

В1: В чем основная разница между распределительным устройством высокого напряжения и распределительным устройством низкого напряжения?

A1: Основные различия заключаются в номинальном напряжении, уровне изоляции и функциональном расположении. Высоковольтное распределительное устройство (≥75 кВ) имеет высоковольтное гашение дуги, отключающую способность при коротком замыкании и пятиступенчатую защиту, которая используется при передаче по магистральной линии; низковольтное распределительное устройство (≤1 кВ) используется только для распределения мощности на терминалах, имеет простую конструкцию и не имеет защиты от высокого напряжения.

Вопрос 2: Как выбрать между распределительным устройством высокого напряжения КРУЭ и АИС?

A2: Выбирайте AIS для обычных наружных работ, хороших условий работы и ограниченного бюджета; Выбирайте ГИС для городских зон, закрытых машинных помещений, тяжелых условий труда и ограниченного пространства.

В3: Можно ли часто эксплуатировать высоковольтное распределительное устройство?

A3: Нет. Высоковольтным выключателям запрещено часто включать нагрузку; только низковольтные контакторы могут часто включать и выключать вспомогательные цепи, в противном случае это ускорит старение оборудования и вызовет скрытые опасности.

В4: Можно ли вручную отключить функцию пяти предупреждений высоковольтного распределительного устройства?

A4: Выпускать без разрешения строго запрещено. Только профессиональный персонал по эксплуатации и техническому обслуживанию может временно разблокировать его в соответствии со спецификациями во время технического обслуживания и после принятия мер безопасности, и он должен быть восстановлен сразу после эксплуатации.

Вопрос 5: Каковы основные опасности и принципы лечения перегретых соединений распределительных устройств?

A5. К опасностям относятся ускоренное старение компонентов, вызывающее короткие замыкания и даже возгорания; принципы лечения: проверить нагрузку, закрепить соединения, заменить стареющие детали, устранить перегрузку.

В6: Необходимо ли отключать оборудование для технического обслуживания, если внутри высоковольтного распределительного устройства слышен ненормальный шум?

А6: Да. Аномальный шум является ранним предупреждением о неисправности оборудования. Если его не проверять в течение длительного времени, это приведет к неисправностям. Перед возобновлением работы необходимо немедленно остановить работу, чтобы проверить и устранить скрытые опасности.

Вопрос 7: Какие индикаторы необходимо обнаруживать ежедневно для распределительного устройства с элегазовой изоляцией?

A7: Регулярно проверяйте элегаз (давление, чистоту, микроводу) и герметичность шкафа, а также проверяйте характеристики изоляции и гибкость механических операций.