Високоволтова комутационна апаратура: Най-новите технологии за модернизация на електрическата мрежа

Високоволтова комутационна апаратура без SF6: Устойчиви алтернативи, които насърчават спазването на нормативните изисквания

Нормативни и екологични фактори, стоящи зад фазовото изваждане на SF6

Регулациите по целия свят насочват компаниите да престанат да използват шестфлуоридна сяра (SF6) в електрическите си системи, тъй като този газ е изключително вреден за планетата. Става дума за вещество, което предизвиква парникови ефекти 23 500 пъти по-силно от обикновения въглероден диоксид. Европейският съюз току-що актуализира правилата си за флуорирани газове (F-Gas) и иска всички нови високонапреженни уреди напълно да престанат да използват SF6 до 2030 г. А знаете ли какво? Освен това повече от петнадесет други страни разработват подобни закони. Този регулаторен натиск съвпада с декларациите на множество корпорации относно прехода към по-екологични практики. Около осем от десет енергийни компании вече проучват алтернативи на SF6, за да избягнат огромни глоби при нарушаване на правилата (според проучване на Института Понемон от миналата година някои от тези глоби достигат до 740 000 щ.д. за инцидент). Само помислете колко е вредно това за околната среда: една единствена тонна изпусната SF6 причинява толкова замърсяване, колкото 50 автомобила биха произвели за цяла година. Това прави намирането на екологично чисти решения за превключвателни устройства абсолютно критично за всеки, който управлява електроенергийни мрежи и действително се стреми да намали своята вреда за климата.

Технологии за изолация с твърдо вещество и диелектрик от чист въздух в съвременните високоволтови прекъсвачи

Две проверени и комерсиално внедрени технологии елиминират SF6, без да компрометират експлоатационните характеристики:

В твърдо изолираните системи проводниците са напълно обвити в полимерен материал, получен чрез вакуумно леене. Тази конструкция елиминира всякаква възможност за изтичане на газ и може да поема повредни токове над 40 килоампера. За алтернативи с чист въздух производителите смесват обикновени атмосферни газове с така наречените флуорокетони. Тези смеси осигуряват силни изолационни свойства, необходими за приложения с изключително високо напрежение, което позволява на оборудването да функционира надеждно дори при напрежения до 420 кВ. Когато компании преминават към тези системи с чист въздух вместо към традиционните системи, базирани на газа SF6, те обикновено спестяват около 200 тона еквивалентни въглеродни емисии годишно. Финансовите предимства също са значителни, тъй като и двата подхода намаляват разходите за поддръжка през целия им експлоатационен живот приблизително с 30 %. Това се дължи на отсъствието на сложни задачи, свързани с управлението на газовете — като постоянните проверки за изтичане или възстановяването на изразходения газ SF6, което спестява време и пари на дълга срока.

Реално внедряване в градските европейски електрически мрежи

В цяла Европа основните градове изпробват комутационни устройства без SF6 в реални условия, където пространството е ограничено, а изискванията — високи. Вземете за пример Лондон. Градът е внедрил технологията Blue GIS, която комбинира флуорокетон с въздух, за да захранва ключови трансформаторни подстанции по цялата 132 kV мрежа на финансовия район. Какво прави това интересно? Успели са напълно да елиминират всички емисии на SF6, без изобщо да настъпят прекъсвания в доставката на електроенергия. Междувременно в Берлин местните власти са инсталирали системи AirPlus, които отговарят на строгите немски регулации TA Luft. Тези решения не само съответстват на екологичните стандарти, но и намаляват необходимото пространство за подстанции почти наполовина. И двете проекти обслужват впечатляващи плътности на натоварване, надхвърлящи 500 MW на квадратен километър. От глобална перспектива операторите оценяват общата икономия от около 1,2 милиона щатски долара за период от 20 години само от тези обекти. Тази сума се дължи на няколко фактора, включително избягване на санкции за емисии на въглерод, по-ниски разходи за поддръжка и по-дълъг експлоатационен живот на оборудването преди необходимостта от замяна.

Дигитализирана високоволтова комутационна апаратура: осигурява предиктивно поддържане и устойчивост на електрическата мрежа

Стоимостта на повредата: как неплануваните прекъсвания ускоряват дигиталната адаптация

Според доклада на Института Понеом от миналата година средната стойност на неплануваните прекъсвания за енергийните компании възлиза на около 740 000 щ.д. за всяко такова събитие. Тази сума включва всичко — от поправката на повреденото оборудване до плащането на санкции, компенсациите на клиенти, които са останали без електрозахранване, и загубените приходи по време на прекъсванията в услугите. Старото оборудване продължава да е една от основните причини за възникването на този вид каскадни повреди в различни отрасли, което поставя както бизнес-операциите, така и безопасността на общностите в риск. Поради тази причина много компании вече не само разглеждат предиктивните технологии, а активно инвестираха в тях. Тези системи могат да намалят разходите за поддръжка с приблизително 25–30 % спрямо традиционните подходи, при които проблемите се отстраняват едва след възникването им. Освен това те помагат да се намалят неочакваните спирания почти наполовина в някои случаи. В целия сектор се наблюдава забележим преход към инсталиране на интелигентни прекъсвачи, оборудвани с датчици, които събират данни в реално време. Това допринася за осигуряване на стабилността на електрическата мрежа, като едновременно с това изпълнява все по-строгите изисквания на регулаторите относно устойчивостта на системата.

Датчици за Интернет на нещата (IoT), крайна аналитика и цифрови двойници в системи за високоволтово превключващо оборудване

Съвременните високоволтови прекъсвачи се доставят с вградени IoT сензори, които следят различни параметри, включително промени в температурата, събития на частичен разряд, места на механично износване и дори нива на плътност на газа при системи, които не използват SF6. Тези крайни аналитични решения обработват данните непосредствено на самото оборудване, което означава, че аномалиите се откриват почти моментално, а решенията за аварийно изключване се вземат в реално време, без да се чака бавната обработка в облака. Цифровите двойници също представляват революционна иновация в тази област. Те създават виртуални копия на реалното оборудване въз основа на истински физически принципи. Екипите за поддръжка могат да извършват симулации, които показват как се натрупва топлина, къде може да се разпространят повредите или как се преподпределят натоварванията в системата дълго преди оборудването да влезе в експлоатация. След това те коригират своите графици за поддръжка според прогнозите на тези модели относно износването на компонентите с течение на времето. Резултатът? В повечето случаи оборудването служи приблизително с 40 % по-дълго, повредите се отстраняват около 40 % по-бързо в сравнение с традиционните методи, а електрическите мрежи стават значително по-устойчиви както към физически повреди, така и към кибератаки.

Компактно газоизолирано разпределително устройство (GIS) за градски мрежи и технологии за подобряване на мрежите

Тенденции в прилагането на компактни газоизолирани разпределителни устройства (GIS) в градове с ограничено достъпно пространство

GIS като двигател за динамично оценяване на капацитета на линиите и адаптивни схеми за защита

Съвременните GIS платформи правят много повече от това просто да управляват пространството ефективно — те всъщност формират основата за технологиите за подобряване на мрежата, известни като GET (Grid Enhancement Technologies). Тези системи са оснастени с герметични компартименти, готови за сензори, което улеснява инсталирането на малките IoT устройства, които събират подробни експлоатационни данни, необходими за системите за динамично определяне на номиналния ток (DLR). Когато тези DLR системи комбинират реалната температура на проводниците с текущите метеорологични условия и скоростта на вятъра, те могат да увеличат пропускателната способност на предаването с 15 до дори 30 процента, без да се налага придобиване на нови земи или допълнително оборудване. Друго голямо предимство е поддръжката на GIS за интелигентни защитни механизми. Релетата се настройват автоматично при промени в конфигурацията на мрежата — например когато фидерите бъдат преорганизирани или се появят островни DER (Distributed Energy Resources) в неочаквани места. Това значително намалява времето за отстраняване на повреди в сравнение със старите статични системи — вероятно с около 40 %, в зависимост от конкретните обстоятелства. Това, което наблюдаваме тук, е трансформацията на GIS от просто контейнер за оборудване в истински работен кон, който помага за поддържане на стабилността на мрежата и в същото време отваря вратите за гладко интегриране на възобновяеми източници на енергия.

ЧЗВ

Защо SF6 се извежда постепенно от електрическите системи?

SF6 се извежда постепенно поради изключително високия си потенциал за глобално затопляне, който е 23 500 пъти по-голям от този на въглеродния диоксид. Регулаторните изисквания насочват към по-устойчиви алтернативи, за да се предотврати нанасянето на щети върху околната среда.

Какви технологии заместват SF6 в високоволтовото прекъсващо оборудване?

Две ключови технологии, които заместват SF6, са системите с твърдо изолиране и диелектричните системи с чист въздух, като и двете имат значително по-ниско въздействие върху околната среда.

Какви предимства предлагат системите за предиктивно поддръжка на енергийните компании?

Системите за предиктивно поддръжка намаляват разходите за поддръжка с 25–30 % и помагат да се избегнат неочаквани спирания, което подобрява надеждността на електрическата мрежа и оперативната ѝ ефективност.

Каква роля играе ГИС в съвременните електрически мрежи?

ГИС помага за ефективно управление на пространството, поддържа динамичното оценяване на пропускателната способност на линиите и осигурява интелигентни защитни схеми, което подобрява стабилността и адаптивността на мрежата, особено в урбани условия.