Dispositivo de conmutación inteligente para sistemas de media tensión

El progreso de los equipos de la red eléctrica inteligente de media tensión. Como parte importante de la red eléctrica inteligente, la distribución de media tensión tiene una gran cantidad de subestaciones y equipos de distribución. Después de casi 20 años de desarrollo, la tecnología de los equipos de media tensión se ha madurado. Los dispositivos inteligentes son un producto del desarrollo de la tecnología de control moderna, la tecnología de sensores y la tecnología de comunicación. Son la fusión de dispositivos primarios y secundarios y representan un cambio revolucionario. Construir una red eléctrica inteligente, de modo que no haya una clara frontera entre el "equipo primario" y el "equipo secundario", y los dispositivos inteligentes integrados y unificados son la tendencia inevitable del desarrollo. Mediante la instalación de sensores y componentes inteligentes para monitorear el mecanismo de funcionamiento, los componentes clave y las características, se puede lograr el monitoreo en tiempo real del estado del interruptor de circuito. Sin embargo, aumentar el sistema de monitoreo inevitablemente llevará a una disminución de la confiabilidad del interruptor de circuito. Algunas características clave, como el grado de vacío y la descarga parcial, no tienen tecnologías de monitoreo precisas y confiables, y las tecnologías inmaduras pueden causar problemas como alarmas falsas. Por ejemplo, el ruido ambiental tiene un impacto significativo en la descarga parcial. Al comparar las direcciones de investigación y desarrollo de los equipos de la red eléctrica inteligente de media tensión entre las principales empresas domésticas, se puede encontrar en la Tabla 1 que la mayoría de las empresas prestan más atención al monitoreo de las instituciones y los componentes clave, mientras que hay menos investigación sobre la integración real del sistema.

El equipo de I+D de GE Industrial Systems ha estado desarrollando interruptores de circuito inteligentes de media tensión desde 2008. Basado en el concepto de diseño integrado, el interruptor de circuito de vacío iVB de GE espera lograr la inteligencia del equipo mediante la alta integración de unidades de sensado electrónico y sistemas de protección. El equipo primario, las señales secundarias y la protección se integran perfectamente para lograr la máxima integración funcional y crear el máximo valor para los clientes. El interruptor de circuito iVB tiene una función de desconexión automática "cerebral". El interruptor de circuito inteligente iVB es un producto completamente integrado que reemplaza a los componentes discretos de los tableros de distribución tradicionales, como transformadores de corriente, relés de protección integral, cableado secundario, etc. El costo total del interruptor de circuito es menor que el precio total de los componentes discretos tradicionales. Un interruptor de circuito es como un gabinete de salida. El interruptor de circuito inteligente iVB adopta un nuevo mecanismo de operación de resorte compacto con alta confiabilidad, cámara de extinción de arco de vacío de alta calidad y elementos de contacto, no requiere mantenimiento y no necesita monitoreo. Puede lograr cuatro conjuntos de configuraciones convencionales de apertura y cierre, bobinas de sobrecorriente y subvoltaje, así como bobinas de interbloqueo de red para lograr el interbloqueo entre interruptores de circuito. El dispositivo de liberación rápida puede lograr la apertura rápida de los interruptores de circuito cuando sea necesario. La señal de corriente se recoge de un sensor basado en el principio de la bobina de Roche, con un marco de aire para evitar la saturación magnética, sin riesgo de circuito abierto secundario, un amplio rango de medición y buena linealidad. Una especificación permite la medición de todo el rango. Debido a que los sensores son componentes de baja tensión instalados en los brazos de contacto de alta tensión, el aislamiento eléctrico es un problema importante. El iVB tiene un excelente análisis del campo eléctrico y un diseño de aislamiento para garantizar que cumpla con el nivel de tensión soportada de los interruptores de circuito.

La unidad de protección electrónica EntelliGuard ™ TU integrada en el cuadro del mecanismo del disyuntor. Se encarga de monitorear las señales de corriente y voltaje en un circuito primario, y proporciona funciones de medición, protección, diagnóstico y comunicación para la corriente, el voltaje, la frecuencia, la potencia, etc. en el circuito primario. Permite la inteligencia de los disyuntores. Las principales características son las siguientes: a. Pantalla LCD y menú desplegable, botones táctiles, fácil de mostrar parámetros y configurar parámetros b. Registro de fallas y captura de formas de onda, registro de datos c. Protocolo de comunicación Modbus, administrador de comunicación HMI opcional, puede lograr la comunicación IEC61850 con los superiores, cumpliendo con los requisitos del protocolo de comunicación de la red eléctrica inteligente d. Curva de protección completa, puede lograr la protección de líneas, cables, transformadores, capacitores, etc.

El disyuntor inteligente iVB sigue siendo un disyuntor diseñado como un todo, evitando la instalación de unidades de sensado y unidades de protección en los disyuntores ordinarios, lo que hace que la estructura sea compleja, y puede simplificar en gran medida el proceso de preparación técnica de ingeniería y el procesamiento de pedidos, logrando una entrega rápida; El trabajo de diseño de ingeniería se simplifica, y el circuito principal de la cubierta de interruptores ya está integrado con disyuntores, solo se requiere agregar una pequeña cantidad de circuitos auxiliares y de señal; El cableado de la cubierta de interruptores se reduce significativamente, eliminando el riesgo y las consecuencias de conexiones erróneas, y el trabajo de instalación de la subestación también se llevará a cabo rápidamente; Integración del sistema en fábrica, inspección completa de los disyuntores para garantizar una alta calidad, seguridad y confiabilidad operativa verificadas. Al utilizar un diseño de caja de alimentación con funciones integradas de disyuntor y interruptor de puesta a tierra, equipado con un completo interbloqueo mecánico, se puede utilizar para cubiertas de interruptores compactas de 550 mm de ancho, reduciendo el espacio ocupado. Debido a la integración de las funciones principales, también se puede reducir la altura y la profundidad del gabinete. Para las fábricas de paneles cooperativas, solo se necesita hacer el gabinete trasero y la sala de instrumentos, conectarlos a barras de cobre y montarlos fácilmente en gabinetes. El diseño modular es más fácil de lograr, reemplazo rápido, un diseño perfecto y herramientas de fabricación garantizan una coordinación precisa entre los interruptores y los gabinetes. Además de completar la prueba de tipo de los disyuntores ordinarios, el iVB también ha pasado pruebas de compatibilidad electromagnética, incluyendo pruebas de voltaje de impulso, pruebas de grupos de pulsos transitorios rápidos eléctricos y pruebas de inmunidad a ondas oscilatorias; Y el sensor recopila señales de corriente, y la prueba de disparo del disyuntor está impulsada por disparo electrónico, así como la prueba de vida mecánica de 1000 ciclos del disyuntor impulsado por disparo electrónico.

El contador de interruptores inteligente de media tensión iPV Dual de GE tiene como objetivo aprovechar aún más las características del interruptor de circuito inteligente iVB; GE ha desarrollado el iPV Dual, un tablero de distribución inteligente de doble capa cerrado metálico de media tensión. Basado en las características del iVB, el iPV Dual es el tablero de distribución de la próxima generación que cumple con los requisitos de la red eléctrica, con un mínimo de cableado y sin mantenimiento. Las principales características del tablero de distribución inteligente iPV Dual son las siguientes:

Los valores medidos de los transformadores de tensión, transformadores de secuencia cero, etc. dentro de cada tablero de distribución se pueden conectar a la unidad de protección del interruptor de circuito a través de enchufes de aviación, y las posiciones del interruptor de circuito y del interruptor de puesta a tierra también se conectan a la unidad de protección. La interfaz de interacción hombre - máquina inteligente puede utilizar cables de par trenzado o fibras ópticas para recopilar datos de 10 unidades de protección de interruptores de circuito a través de Modbus. Un cable de par trenzado puede lograr la comunicación de datos local y la consulta de estado. La HMI se puede conectar al sistema de la estación principal a través del protocolo Ethernet IEC61850. Las funciones del sistema del iPV Dual se muestran en la siguiente figura.

La inteligente interfaz de interacción hombre - máquina (HMI) sirve como el centro de la cubierta de interruptores y debe utilizarse como la subestación de control principal y el procesador de front - end del sistema de automatización integrada, formando la capa intermedia del sistema de automatización. Puede comunicarse con diversos sistemas, como la estación principal, a través de la computadora IEC61850/MODBUS hacia arriba, y comunicarse con el equipo terminal MTU en la subestación a través de MODBUS hacia abajo, completando la recopilación y reenvío de datos del equipo terminal MTU.

Al mismo tiempo, la HMI sirve como un dispositivo de adquisición de datos en el lugar, mostrando el estado de los interruptores del diagrama del sistema en tiempo real. A través de la interfaz de interacción hombre - máquina de la pantalla táctil, es fácil ver datos en tiempo real, como voltaje, corriente, potencia, estado de los interruptores, etc. del equipo terminal en la subestación, y también se pueden ver curvas de corriente, accidentes, etc., eliminando accidentes potenciales.

PV Dual está diseñado con un tamaño pequeño y compacto, solo 550 mm de ancho, circuito de doble capa y bajo costo. Una cubierta de interruptores tiene dos circuitos de salida, ahorrando un 35% en costos. El conductor principal de alta performance de 12 kV alcanza 2500 A/31.5 kA, con una línea de salida de 1250 A. La prueba cumple con las normas nacionales, el panel frontal es fácil de operar, tiene un diseño ergonómico y bajos costos de mantenimiento. Está equipado con un gabinete del lado de bajo voltaje para facilitar la integración de señales de equipos de control secundarios. Proporciona un sistema de interbloqueo completo para prevenir manipulaciones erróneas y mejorar la seguridad. La cubierta de interruptores metálica cerrada para interiores es fácil de fabricar y mantener. El compartimiento interno adopta un diseño de partición metálica completa, dejando suficiente espacio para las habitaciones de cables para facilitar el mantenimiento y la instalación de cables.

Conclusión: Como equipo importante en la red eléctrica, los tableros de distribución de media tensión son numerosos y están directamente relacionados con el consumo de electricidad de los residentes. La tecnología de los interruptores de circuito de media tensión y los tableros de distribución es madura y relativamente fiable. A través del diseño adicional y la mejora de la calidad del proceso, es posible lograr realmente un funcionamiento sin mantenimiento. Como una tendencia en el desarrollo de la energía, la red inteligente requiere la dirección correcta para integrar realmente aspectos como el control, la protección, la monitorización y la comunicación a través de la integración primaria y secundaria de los equipos del sistema. El interruptor de circuito de vacío iVB y el tablero de distribución iPV son diseños innovadores de GE en la industria de los interruptores, logrando cambios revolucionarios en la tecnología de los interruptores y maximizando los beneficios para los usuarios.