Breve análise de disjuntores digitais primários e secundários integrados montados em postes e suas aplicações de engenharia

Com o contínuo desenvolvimento e atualização da tecnologia de comutação integrada de distribuição primária e secundária, os disjuntores de baixa tensão (BT) primários e secundários domésticos também inauguraram uma ampla gama de aplicações de engenharia. Este artigo discute as soluções técnicas de disjuntores digitais de poste típicos, incluindo rotas técnicas específicas do equipamento, composição estrutural, requisitos técnicos do módulo digital, etc., realiza análises de confiabilidade do equipamento e de aplicação em engenharia, e destaca as vantagens de aplicação dos disjuntores digitais de poste em comparação com os disjuntores eletromagnéticos ou eletrônicos tradicionais de poste. Este artigo desempenha um papel fundamental na aplicação em engenharia de disjuntores digitais de poste.

Introdução

No contexto da promoção do pico de carbono e da neutralidade de carbono no país, a construção de um novo sistema elétrico com novas energias como corpo principal tornou-se uma importante tendência de desenvolvimento, e a rede elétrica digital se tornará uma nova forma de transporte de novos sistemas elétricos. Atualmente, a construção de redes elétricas digitais entrou em um período de rápido desenvolvimento, e a construção de redes de distribuição digitais também se tornou uma parte importante dele. Como um importante dispositivo de comutação para linhas aéreas de redes de distribuição domésticas, as chaves de poste são equipamentos para automação de distribuição de linhas aéreas, e as chaves de poste digitais também se tornaram o equipamento principal das redes de distribuição digitais. Este artigo apresenta a solução técnica das chaves de poste digitais, discute sua rota técnica, composição estrutural e requisitos técnicos da ADMU, realiza análises de confiabilidade do equipamento e análises de aplicação de engenharia, e resume as características de aplicação de engenharia das chaves de poste digitais.

1 Solução técnica de interruptores digitais montados em postes

1.1 Rota técnica

Em comparação com as chaves eletromagnéticas ou eletrônicas tradicionais, as chaves digitais realizam principalmente a digitalização local das grandezas analógicas da chave e, em seguida, as transmitem para a unidade terminal na forma de grandezas digitais para concluir o processamento do sinal. Atualmente, existem duas rotas técnicas principais para concluir a digitalização local de grandezas analógicas. A primeira é que o sensor de corrente usa uma bobina de Rogowski para converter a corrente primária em um pequeno sinal secundário e, em seguida, convertê-lo em uma grandeza digital por meio de um integrador, enquanto o sensor de tensão converte o pequeno sinal de tensão secundário em uma grandeza digital por meio de um conversor analógico-digital (AD); a segunda é inserir o pequeno sinal analógico secundário do sensor eletrônico de tensão e corrente tradicional no corpo da chave no módulo ADMU próximo, concluir a conversão analógico-digital do sinal por meio do ADMU e, em seguida, transmitir o sinal digital para a unidade terminal por meio dos cabos de conexão primário e secundário, e a unidade terminal realiza a alimentação da ADMU por meio dos cabos de conexão primário e secundário. Atualmente, devido ao fato de a tecnologia da bobina de Rogowski na primeira solução não estar suficientemente desenvolvida para a aplicação em chaves de rede de distribuição, o equipamento ser de grande porte e a precisão de detecção ser relativamente baixa, ela não pode ser expandida em disjuntores montados em postes. Portanto, a chave digital montada em postes adota principalmente a segunda via técnica.

1.2 Composição estrutural

Atualmente, o disjuntor digital montado em poste mais utilizado na China é um disjuntor digital operado por mola, que adota um mecanismo de operação por mola, uma estrutura de poste trifásico discreto e selado e um sensor externo de tensão e corrente ou um poste selado e selado por fusão profunda para completar a detecção de pequenos sinais analógicos de tensão e corrente. O módulo digital (ADMU) é integrado à caixa de distribuição por meio de um circuito interno ou externo para completar a digitalização local dos pequenos sinais analógicos de tensão e corrente, e então a transmissão do sinal entre os dispositivos primário e secundário é concluída por meio de um cabo blindado de par trançado, utilizando o método de comunicação 485. Portanto, o disjuntor digital montado em poste é composto principalmente por um corpo de interruptor com um módulo digital integrado (ADMU), uma unidade terminal digital e um cabo de conexão primário e secundário.

1.3 Principais requisitos técnicos para digitalização

A chave montada em poste realiza a digitalização local da grandeza analógica por meio da integração da ADMU. No entanto, a ADMU é um dispositivo eletrônico ativo e sua vida útil dificilmente pode ser igualada à vida útil do corpo da chave. Portanto, a placa principal do módulo ADMU precisa ser hot-swappable e substituível on-line. Portanto, o projeto estrutural hot-swappable, o projeto de proteção da interface de entrada e saída e o projeto antiparasitário de transmissão de sinal digital do módulo ADMU tornaram-se os principais requisitos técnicos para a aplicação confiável do módulo ADMU.

(1) Projeto estrutural hot-swappable: O módulo ADMU deve incluir uma carcaça e uma placa central. A carcaça é conectada à caixa de distribuição para completar a conversão da interface entre o sinal analógico do sensor interno da chave e a placa central externa; a placa central e a carcaça possuem funções de conexão e desconexão online. A placa é travada automaticamente após ser inserida na carcaça e pode ser desbloqueada e puxada para fora com o botão da ferramenta, realizando a função de conexão online e a substituição da placa do módulo em caso de falha.

(2) Projeto de proteção da interface: Existem duas interfaces na aplicação do módulo ADMU: uma é a interface de conexão entre o invólucro e a caixa, que precisa atender aos requisitos de proteção IP65 para evitar que o vapor d'água entre na caixa de distribuição, causando ferrugem no mecanismo interno e curto-circuito elétrico na interface; a outra é a interface elétrica entre o invólucro e a placa principal, que precisa atender, no mínimo, aos requisitos de proteção IP55. Ao usar em ambientes externos, deve-se garantir que o vapor d'água não entre na interface para evitar oxidação ou curto-circuito nos pinos da interface.

(3) Projeto anti-interferência da transmissão do sinal digital: Após o módulo ADMU concluir a digitalização local da grandeza analógica, ele a transmite ao terminal por meio de um sinal digital 485. A transmissão do sinal digital é facilmente afetada pelo ambiente eletromagnético. Portanto, um cabo blindado de par trançado é necessário para a transmissão do sinal digital da placa principal para a unidade terminal. A camada de blindagem do cabo é aterrada em um único ponto para proteger de forma confiável a interferência eletromagnética externa; ao mesmo tempo, é necessário selecionar razoavelmente o chip de comunicação 485 para garantir a estabilidade da transmissão e recepção do sinal.

2 Análise de confiabilidade de interruptores de pólos digitais

Em comparação com as chaves de poste eletromagnéticas ou eletrônicas tradicionais, a principal diferença entre as chaves de poste digitais é que elas possuem um módulo ADMU externo integrado, e os dispositivos primário e secundário transmitem sinais de telessinalização e telemetria por meio de sinais digitais. As chaves de poste eletromagnéticas ou eletrônicas tradicionais são dispositivos passivos e têm sido amplamente utilizadas no mercado com alta confiabilidade de aplicação. Após a introdução de dispositivos de módulo ADMU ativo na chave digital montada em poste, isso traz riscos à confiabilidade da aplicação da chave. Os principais fatores de influência são:

(1) A caixa de distribuição adiciona orifícios de instalação do módulo ADMU e aumenta a estrutura de vedação da caixa;

(2) O circuito secundário do sensor adiciona interfaces de conexão, o que aumenta o risco de erros de fiação secundária;

(3) O módulo ADMU requer um design hot-swappable on-line, o que aumenta os requisitos de proteção da interface externa e confiabilidade da conexão;

(4) O módulo ADMU é um dispositivo ativo e sua vida útil não pode ser comparada à vida útil dos dispositivos passivos de comutação montados em postes tradicionais. É necessário melhorar a confiabilidade dos componentes do módulo e combinar a substituição on-line dos módulos para aumentar a vida útil da comutação;

(5) O módulo ADMU transmite sinais digitais por meio de 485 sinais, o que aumenta o design anti-interferência da transmissão de sinal digital.

Em resumo, para melhorar a confiabilidade da aplicação de interruptores digitais montados em postes, é necessário focar em garantir a seleção ideal dos componentes do módulo ADMU, melhorando a estabilidade da aplicação e a vida útil do módulo e, em segundo lugar, garantindo a vedação e a confiabilidade da conexão de cada interface do módulo por meio do projeto de otimização estrutural.

3 Análise de aplicação de engenharia baseada em interruptores digitais montados em postes

A aplicação de engenharia de interruptores digitais montados em postes traz algumas vantagens de aplicação, como:

(1) A precisão de detecção de telemetria de tensão e corrente é maior, o que geralmente pode atender à precisão de detecção de equipamento completo de nível 0,5, que é melhor do que a precisão de nível 1 dos interruptores tradicionais montados em postes;

(2) Com base na detecção de telemetria de alta precisão, é possível obter uma identificação e isolamento mais precisos de falhas de linha e melhorar a estabilidade do fornecimento de energia da linha;

(3) Os cabos de telemetria entre os equipamentos primário e secundário são reduzidos, e apenas um cabo de controle remoto de 10 núcleos é mantido para atender à transmissão de sinal de três remotos do equipamento completo;

(4) Sem aumentar o número de plugues de comutação, a telemetria e a expansão do sinal de telessinalização da comutação podem ser atendidas, e a tensão trifásica, a tensão de sequência zero, a medição trifásica e a corrente de proteção, a medição de sequência zero e a corrente de proteção do lado da fonte de alimentação e do lado da carga podem ser coletadas em tempo real. Ele pode atender à coleta de sinais de sinalização remota de posição aberta, posição fechada, posição de energia não armazenada, baixa pressão, etc., e até mesmo no futuro, a transmissão de sinais de sinalização remota, como monitoramento de temperatura da comutação e monitoramento de descarga parcial, pode ser expandida. Sua aplicação é flexível e pode se adaptar a mais modos de aplicação de proteção.

(5) No processo de transmissão de pequenos sinais, a transmissão analógica é facilmente interferida por fatores ambientais do circuito de transmissão, enquanto a transmissão digital evita amplamente a interferência de fatores ambientais e não é afetada pela carga do circuito de transmissão, o que tem vantagens óbvias de transmissão de sinal sem perdas.

As chaves de poste digitais são produtos inovadores que evoluíram de chaves de poste primário e secundário para chaves digitais nos últimos dois anos. Por meio da aplicação em larga escala de engenharia de chaves de poste digitais, o monitoramento de energia da linha de distribuição de energia pode ser alcançado com mais precisão, a identificação e o isolamento de falhas na linha podem ser alcançados com mais precisão, e o monitoramento do status dos equipamentos de comutação pode ser alcançado de forma mais abrangente.

4 Conclusão

Este artigo analisa brevemente as soluções técnicas atuais para interruptores de polo digitais, com foco na análise dos principais requisitos técnicos digitais, e discute os fatores que afetam a confiabilidade da aplicação de interruptores de polo digitais. Ao mesmo tempo, analisa também as vantagens das aplicações de engenharia de interruptores digitais, que desempenham um papel fundamental no projeto de produto e na aplicação de engenharia de interruptores de polo digitais.