Выбор наружного вакуумного выключателя для солнечных электростанций

Введение

Поскольку проекты использования возобновляемых источников энергии в коммунальном масштабе продолжают расширяться в пустынных, прибрежных и жарких регионах, распределительные устройства среднего напряжения сталкиваются с условиями эксплуатации, сильно отличающимися от условий эксплуатации традиционных энергосистем. В данной статье основное внимание уделяется выбору вакуумных выключателей наружного применения для фотоэлектрических подстанций и новых систем сбора энергии. Сочетая стандарт IEC 62271-100 и опыт крупномасштабных новых энергетических проектов, он анализирует требования к инженерному применению автоматических выключателей 40,5 кВ в условиях высоких температур, сильного загрязнения и в условиях открытого пространства.

Поскольку подстанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, продолжают сталкиваться со все более сложными неисправностями, смещение постоянного тока и высокое соотношение X/R становятся все более важными при инженерном выборе VCB. В нашей статье « Управление соотношением X/R на подстанциях возобновляемой энергетики» дополнительно обсуждается, как асимметричный ток повреждения влияет на характеристики VCB 33 кВ в ветровых и солнечных установках.

Более общий обзор номиналов вакуумных выключателей, классификаций и применений коммутации среднего напряжения см. в Руководстве по высоковольтным вакуумным выключателям (VCB) 2026..

Почему солнечные электростанции создают новые проблемы для VCB

На первый взгляд фотоэлектрическая подстанция может показаться электрически проще, чем обычная тепловая электростанция. Однако в реальных проектах коммунального хозяйства на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной Азии и Африке одни и те же проблемы выбора VCB возникают неоднократно:

• Отключающая способность выбрана только с использованием традиционных предположений о выработке электроэнергии.

• Смещение постоянного тока при асимметричных токах повреждения не учитывается

• Корпуса наружных механизмов с недостаточной степенью защиты IP , что приводит к попаданию пыли и сбоям в работе.

• Нет проверки снижения характеристик при температуре окружающей среды выше 50°C.

• Интеграция связи SCADA отложена до сдачи объекта в эксплуатацию

Эти проблемы редко становятся заметными во время строительства. Большинство из них возникают спустя годы в результате роста затрат на техническое обслуживание, незапланированных простоев или задержек при вводе в эксплуатацию.

Электрические и экологические граничные условия фотоэлектрических электростанций фундаментально отличаются от условий традиционных электростанций. Основные проблемы можно резюмировать в таблице ниже:

Критическое инженерное предупреждение:
Ограничение тока инвертора влияет только на уровни неисправностей внутри фотоэлектрической коллекторной системы. На стороне ВН повышающего трансформатора или в точке подключения (POC) ток короткого замыкания в первую очередь определяется входной сетью электросети. Во многих случаях требуются номиналы прерывания 25 кА или 31,5 кА. Окончательный выбор выключателя должен основываться на полных расчетах короткого замыкания с учетом уровня повреждения сети, импеданса трансформатора и параметров системы — никогда не уменьшайте его только потому, что «инвертор ограничивает ток повреждения».

Пять наиболее важных факторов при выборе VCB для солнечных проектов

Выбор VCB для фотоэлектрических приложений предполагает гораздо больше, чем просто соответствие напряжения и номиналов короткого замыкания. Условия окружающей среды, поведение инвертора в случае неисправности, коммутационная способность и долгосрочная эксплуатационная надежность должны оцениваться вместе на этапе проектирования.

Прерывающая способность: всегда определяйте действительный источник неисправности

Использование традиционных предположений о синхронной генерации для всех фотоэлектрических систем является одной из наиболее распространенных ошибок в проектах возобновляемой энергетики.

• Внутри коллекторных цепей влияние неисправности инвертора ограничено.

• На стороне высокого напряжения подстанции и в точке подключения к сети ток повреждения определяется коммунальной сетью.

Для подстанций 33–35 кВ общие номиналы прерывания включают 25 кА и 31,5 кА, но выбор всегда должен основываться на системных расчетах.

Производители должны предоставить:

• Протоколы типовых испытаний МЭК 62271-100

• Проверка асимметричного прерывания T100a

• Подтверждение пригодности применения для условий конкретного проекта

Механическая выносливость: понимание классификации M2

Ожидается, что солнечные электростанции коммунального масштаба будут работать в течение 25 лет или дольше, часто с частым дистанционным переключением и автоматическим управлением системой.

МЭК 62271-100 определяет:

• M1: Стандартный механический срок службы (минимум 2000 рабочих циклов).

• M2: Повышенный механический срок службы (минимум 10 000 рабочих циклов).

Если проект требует выносливости более 10 000 операций из-за частого переключения конденсатора или реактивной мощности, правильным подходом к спецификации является требование минимальной классификации M2. Дополнительная проверка долговечности должна быть предусмотрена для применений, превышающих 10 000 рабочих циклов.

Термическое снижение номинальных характеристик и коррекция высоты

Это одна из наиболее часто упускаемых из виду областей в спецификациях закупок. Во многих документах указаны номинальные ток и напряжение, но не задается вопрос: как автоматический выключатель ведет себя при температуре окружающей среды 50°C?

Коррекция высоты не менее важна. Стандартные условия эксплуатации . IEC 62271-1 применяются на высоте до 1000 м над уровнем моря. За пределами этой высоты пониженная плотность воздуха снижает прочность внешней изоляции. Обычно используемое инженерное приближение таково: прочность внешней изоляции уменьшается примерно на 1% на каждые дополнительные 100 м на высоте более 1000 м.

Для высотных установок производители должны подтвердить:

• Скорректировано ли расстояние внешней изоляции с учетом высоты?

• Был ли соответствующим образом отрегулирован уровень изоляции (номинальное выдерживаемое напряжение грозового импульса и т. д.)?

Защита IP: корпус механизма имеет наибольшее значение

Для условий с высоким содержанием пыли или пустыни рекомендуется указать:

• Степень защиты IP65 корпуса механизма

• Внешняя изоляция с увеличенным путем утечки и изоляцией из силиконовой резины, устойчивой к ультрафиолетовому излучению.

• Дополнительная защита от коррозии соляным туманом для прибрежных проектов, например, крепеж из нержавеющей стали или горячеоцинкованного крепежа.

Хотя оборудование со степенью защиты IP 65 может потребовать более высоких первоначальных затрат, стоимость жизненного цикла обычно ниже из-за сокращения времени обслуживания и простоев.

Одно важное уточнение:
полюс вакуумного прерывателя сам по себе является герметичным компонентом, на который не распространяется степень защиты IP. Классы IP в основном применяются к корпусу привода, отсеку вторичной проводки и клеммным секциям.

Совместимость со SCADA и системами защиты

Современные фотоэлектрические электростанции в значительной степени полагаются на удаленный мониторинг, автоматическую защиту и интеллектуальную диспетчеризацию. Вакуумный автоматический выключатель больше не является просто коммутационным устройством — он также является неотъемлемым исполнительным компонентом системы автоматизации предприятия.

В реальных проектах должны быть тщательно проверены следующие аспекты:

• Поддержка протоколов связи IEC 61850 (MMS/GOOSE) или Modbus TCP.

• Совместимость с реле защиты (перегрузка по току, замыкание на землю, направленная защита и т. д.)

• Логика блокировки удаленного/локального управления

• Контроль цепи отключения (TCS)

Почему все больше проектов в области возобновляемых источников энергии выбирают вакуумные выключатели Fenarro?

Поскольку проекты возобновляемой энергетики продолжают работать во все более сложных условиях, все больше EPC-подрядчиков и владельцев проектов уделяют больше внимания долгосрочной надежности , , экологической адаптации , соответствию стандартам IEC и снижению затрат на техническое обслуживание в течение жизненного цикла..

Высоковольтные вакуумные выключатели Fenarro для внутреннего и наружного применения уже используются в многочисленных проектах возобновляемой энергетики на Ближнем Востоке, в Юго-Восточной Азии и Африке.

Fenarro предлагает не только внутренние и наружные вакуумные выключатели, но и более широкие решения для инфраструктуры возобновляемых источников энергии, включая распределительные устройства среднего напряжения, системы защиты, автоматизацию распределения и поддержку интеграции возобновляемых источников энергии для солнечных проектов коммунального масштаба.

К основным преимуществам продукта относятся:

• Соответствие стандартам IEC 62271-100.

• Разработан для работы в условиях высоких температур.

• Доступны варианты конфигурации IP65 для наружного применения

• Поддержка протоколов связи IEC 61850 и Modbus TCP.

• Подходит для фотоэлектрических, ветроэнергетических и аккумулирующих подстанций.

Для крупномасштабных солнечных проектов долгосрочная эксплуатационная надежность зачастую важнее, чем первоначальная стоимость оборудования.

Заключительные мысли

Если вы планируете проект фотоэлектрической установки напряжением 12–40,5 кВ , рекомендуется полностью оценить окружающую среду на объекте, состояние сети и эксплуатационные требования на ранней стадии проекта, а также заранее выполнить ключевые проверки, чтобы обеспечить долгосрочную эксплуатационную надежность.

Если требуется техническая поддержка , отправьте свою однолинейную схему, уровень проектного напряжения и параметры окружающей среды. Команда инженеров может предоставить соответствующие рекомендации по конфигурации VCB и техническую поддержку на основе стандартов IEC 62271-100.