Intelligente Schaltanlagen für Mittelspannungssysteme

Der Fortschritt der Mittelspannungs-Smart-Grid-Ausrüstung. Als wichtiger Bestandteil des Smart Grids gibt es bei der Mittelspannungsverteilung eine enorme Anzahl von Substationen und Verteilungsanlagen. Nach fast 20 Jahren Entwicklung ist die Mittelspannungsausrüstung technologisch reif geworden. Intelligente Geräte sind ein Produkt der Entwicklung der modernen Steuerungstechnologie, Sensortechnologie und Kommunikationstechnologie. Sie sind die Fusion von Primär- und Sekundärgeräten und repräsentieren eine revolutionäre Veränderung. Beim Aufbau eines Smart Grids gibt es keine klare Grenze zwischen "Primärausrüstung" und "Sekundärausrüstung", und integrierte und integrative intelligente Geräte sind der unvermeidliche Trend der Entwicklung. Durch die Installation von Sensoren und intelligenten Komponenten zur Überwachung des Betriebsmechanismus, der Schlüsselkomponenten und der Eigenschaften kann eine Echtzeitüberwachung des Zustands des Leistungsschalters erreicht werden. Allerdings führt die Erhöhung des Überwachungssystems zwangsläufig zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit des Leistungsschalters. Einige Schlüsselmerkmale wie Vakuumgrad und Teilentladung verfügen nicht über genaue und zuverlässige Überwachungstechnologien, und unreife Technologien können Probleme wie Fehlalarme verursachen. Beispielsweise hat Umgebungsgeräusch einen signifikanten Einfluss auf die Teilentladung. Beim Vergleich der Forschungs- und Entwicklungsrichtungen der Mittelspannungs-Smart-Grid-Ausrüstung zwischen den großen inländischen Unternehmen kann aus Tabelle 1 festgestellt werden, dass die meisten Unternehmen mehr auf die Überwachung von Einrichtungen und Schlüsselkomponenten achten, während es weniger Forschungen zur echten Systemintegration gibt.

Das Forschungs- und Entwicklungs-Team von GE Industrial Systems entwickelt seit 2008 Mittelspannungs-Intelligente Leistungsschalter. Basierend auf dem Konzept des integrierten Designs hofft der iVB-Vakuumleistungsschalter von GE, die Geräte-Intelligenz durch eine hohe Integration von elektronischen Sensoreinheiten und Schutzsystemen zu erreichen. Die Primäranlage, die Sekundärsignale und der Schutz sind perfekt integriert, um maximale Funktionsintegration zu erzielen und den maximalen Wert für die Kunden zu schaffen. Der iVB-Leistungsschalter verfügt über eine "geistige" Selbstabschaltfunktion. Der iVB-Intelligente Leistungsschalter ist ein vollständig integriertes Produkt, das traditionelle diskrete Komponenten der Schaltanlage wie Stromwandler, umfassende Schutzrelais, Sekundärverkabelung usw. ersetzt. Die Gesamtkosten des Leistungsschalters sind niedriger als der Gesamtpreis der traditionellen diskreten Komponenten. Ein Leistungsschalter ist wie ein Ausgangsschrank. Der iVB-Intelligente Leistungsschalter verwendet einen neuen kompakten Federbetätigungsmechanismus mit hoher Zuverlässigkeit, eine hochwertige Vakuum-Löschkammer und Kontaktelemente, ist wartungsfrei und erfordert keine Überwachung. Es kann vier Sätze konventioneller Ein- und Ausschalt-, Unterspannungs- und Überstromspulenkonfigurationen sowie Netzverriegelungsspulen realisieren, um die Verriegelung zwischen den Leistungsschaltern zu erreichen. Die Schnellauslösevorrichtung kann bei Bedarf ein schnelles Öffnen der Leistungsschalter erreichen. Das Stromsignal wird von einem Sensor basierend auf dem Prinzip der Rogowski-Spule gesammelt, mit einem Luftrahmen, um magnetische Sättigung zu vermeiden, ohne Risiko eines sekundären Offenkreises, einem breiten Messbereich und guter Linearität. Eine Spezifikation ermöglicht eine Messung über den gesamten Bereich. Da Sensoren Niederspannungskomponenten sind, die an Hochspannungskontaktarmen montiert sind, ist die elektrische Isolation ein wichtiges Thema. Der iVB hat eine ausgezeichnete elektrische Feldanalyse und Isolationsdesign, um sicherzustellen, dass er den Spannungsfestigkeitsgrad der Leistungsschalter erfüllt.

EntelliGuard™ TU-Elektronisches Schutzmodul, das in das Schaltgeräte-Mechanismusgehäuse integriert ist. Verantwortlich für die Überwachung von Strom- und Spannungssignalen in einem Primärkreis und bietet Mess-, Schutz-, Diagnose- und Kommunikationsfunktionen für Strom, Spannung, Frequenz, Leistung usw. im Primärkreis. Realisiert die Intelligenz von Schaltgeräten. Die Hauptmerkmale sind wie folgt: a. LCD-Anzeige und Dropdown-Menü, Touch-Tasten, einfache Anzeige von Parametern und Parametereinstellungen b. Fehleraufzeichnung und Wellenformaufnahme, Datenerfassung c. Modbus-Kommunikationsprotokoll, optionaler HMI-Kommunikationsmanager, kann IEC61850-Kommunikation mit übergeordneten Systemen erreichen und erfüllt die Anforderungen des Kommunikationsprotokolls für intelligente Stromnetze d. Vollständige Schutzkurve, kann Schutz von Leitungen, Kabeln, Transformatoren, Kondensatoren usw. erreichen.

Der iVB intelligente Schalter ist immer noch ein als Ganzes konzipierter Schalter, der die Installation von Sensoreinheiten und Schutzmodulen bei normalen Schaltern vermeidet, was die Struktur komplex macht, und kann den technischen Vorbereitungs- und Auftragsverarbeitungsprozess erheblich vereinfachen und eine schnelle Lieferung erzielen; Die Ingenieur-Designarbeit wird vereinfacht, und der Hauptkreis der Schaltanlage ist bereits mit Schaltern integriert, es müssen nur noch geringe Hilfs- und Signalkreise hinzugefügt werden; Die Verkabelung der Schaltanlage wird deutlich reduziert, das Risiko und die Folgen von Fehlanschlüssen werden beseitigt, und die Installationsarbeiten der Substation werden auch schnell durchgeführt; Die Systemintegration im Werk, vollständige Prüfung der Schalter, um eine hohe Qualität, Sicherheit und Betriebssicherheit zu gewährleisten. Durch die Verwendung eines Leistungskasten-Designs mit integrierten Schalter- und Erdungsschalterfunktionen, ausgestattet mit vollständiger mechanischer Verriegelung, kann es für 550 mm breite kompakte Schaltanlagen verwendet werden, was den Platzbedarf verringert. Aufgrund der Integration der Hauptfunktionen können auch die Höhe und Tiefe des Schaltschrankes verringert werden. Für kooperierende Schaltschrankfabriken müssen nur der Rückschrank und der Instrumentenraum hergestellt werden, an Kupferleitungen angeschlossen und einfach zu Schaltschränken montiert werden. Ein modularer Aufbau ist leichter zu realisieren, schnelles Austauschen, ein perfektes Design und Werkzeuge gewährleisten eine präzise Abstimmung zwischen Schaltern und Schaltschränken. Neben der Durchführung des Typentests von normalen Schaltern hat der iVB auch elektromagnetische Kompatibilitätstests bestanden, einschließlich Impulsspannungstests, elektrische schnelle transiente Impulsgruppen-Tests und Schwingungswellen-Immunitätstests; Und der Sensor sammelt Stromsignale, und der Auslösungstest des Schalters wird durch elektronische Auslösung angetrieben, sowie der 1000-malige mechanische Lebensdauertest des Schalters, der durch elektronische Auslösung angetrieben wird.

GE's Mittelspannungs-Intelligenter Schalterzähler iPV Dual zielt darauf ab, die Eigenschaften des Intelligenten Leistungsschalters iVB weiter auszunutzen; GE hat den iPV Dual, ein Mittelspannungs-Metallgekapseltes Intelligentes Doppelschaltgerät, entwickelt. Basierend auf den Eigenschaften des iVB ist der iPV Dual das nächste Generation-Schaltgerät, das die Anforderungen des Stromnetzes erfüllt, mit minimaler Verkabelung und wartungsfrei. Die Hauptmerkmale des Intelligenten Schaltgeräts iPV Dual sind wie folgt:

Die Messwerte von Spannungswandlern, Nullphasenwandlern usw. innerhalb jedes Schaltgeräts können über Flugstecker an die Schutzeinheit auf dem Leistungsschalter angeschlossen werden, und die Positionen des Leistungsschalters und Erdungsschalters sind ebenfalls an die Schutzeinheit angeschlossen. Die Intelligente Mensch-Maschine-Schnittstelle kann Twisted-Pair-Kabel oder Glasfasern verwenden, um Daten von 10 Leistungsschalter-Schutzeinheiten über Modbus zu sammeln. Ein Twisted-Pair-Kabel kann lokale Datenkommunikation und Statusabfragen ermöglichen. Die HMI kann über das Ethernet-IEC61850-Protokoll an das Hauptstationssystem angeschlossen werden. Die Systemfunktionen des iPV Dual sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die intelligente Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) dient als Kern der Schaltanlage und muss als Hauptsteuerungssubstation und Front-End-Prozessor des integrierten Automatisierungssystems verwendet werden, um die Mittelschicht des Automatisierungssystems zu bilden. Sie kann nach oben über den Computer IEC61850/MODBUS mit verschiedenen Systemen wie der Hauptstation kommunizieren und nach unten über MODBUS mit der Terminalausrüstung MTU in der Substation kommunizieren, wodurch die MTU-Sammlung und Weiterleitung von Terminalausrüstungsdaten abgeschlossen wird.

Gleichzeitig dient die HMI als lokale Datenerfassungsvorrichtung und zeigt den Schaltzustand des Echtzeitsystemdiagramms an. Über die Touchscreen-Mensch-Maschine-Schnittstelle ist es einfach, Echtzeitdaten wie Spannung, Strom, Leistung, Schaltzustand usw. der Terminalausrüstung in der Substation anzuzeigen. Es können auch Strom- und Unfallkurven usw. angezeigt werden, um potenzielle Unfälle auszuschließen.

Der PV Dual ist klein und kompakt gestaltet, nur 550 mm breit, mit zweischichtiger Schaltung und niedrigen Kosten. Eine Schaltanlage hat zwei Abgangskreise, was die Kosten um 35 % senkt. Die leistungsstarke 12-kV-Hauptbusleitung erreicht 2500 A/31,5 kA mit einem Abgang von 1250 A. Der Test entspricht den nationalen Standards, die Frontplatte ist einfach zu bedienen, ergonomisch gestaltet und hat niedrige Wartungskosten. Es ist ein Niederspannungsseitenkasten installiert, um die Integration von Signalen der Sekundärsteuerausrüstung zu erleichtern. Es wird ein vollständiges Verriegelungssystem bereitgestellt, um Fehlbedienungen zu verhindern und die Sicherheit zu verbessern. Die Innenmetallschaltanlage ist einfach herzustellen und zu warten. Das interne Fach hat ein vollmetallisches Trennwanddesign, wodurch genügend Raum für die Kabelräume verbleibt, um die Kabelwartung und -installation zu erleichtern.

Fazit: Als wichtiges Gerät im Stromnetz gibt es eine große Anzahl an Mittelspannungsschaltanlagen, die direkt mit dem Stromverbrauch der Haushalte zusammenhängen. Die Technologie von Mittelspannungsleistungsschaltern und Schaltanlagen ist reif und relativ zuverlässig. Durch eine weitere Gestaltung und Verbesserung der Prozessqualität ist es möglich, tatsächlich wartungsfreien Betrieb zu erreichen. Als ein Trend in der Stromentwicklung erfordert das intelligente Stromnetz die richtige Richtung, um tatsächlich Steuerung, Schutz, Überwachung, Kommunikation und andere Aspekte durch die primär - sekundäre Integration der Systemgeräte zu integrieren. Der iVB - Vakuumleistungsschalter und die iPV - Schaltanlage sind innovative Entwürfe von GE in der Schaltindustrie, die revolutionäre Veränderungen in der Schalttechnologie erzielen und die Nutzen der Benutzer maximieren.