В энергосистеме трансформаторы выполняют основную задачу преобразования напряжения, и возможность безопасной и стабильной работы трансформаторов зависит от полной «системы безопасности» -, то естьраспределительные устройства высокого и низкого напряжения.Если трансформатор — это сердце человеческого тела, то распределительное устройство — это кровеносные сосуды и нервная система, окружающие сердце, которые выполняют множество функций, таких как получение, распределение, контроль и защита электрической энергии. От городских подстанций, распределительных помещений промышленных и горнодобывающих предприятий до зон обслуживания автомагистралей, новых энергетических электростанций, распределительные устройства высокого и низкого напряжения встречаются повсюду. Внутри, казалось бы, обычного железного шкафа на самом деле находится множество электрических компонентов с разными функциями, каждый из которых выполняет свои функции и совместно обеспечивает безопасную подачу электроэнергии. Итак, из каких компонентов состоит распределительное устройство высокого и низкого напряжения? Какую незаменимую роль играет каждый компонент во всей системе?
Чтобы разобраться в распределительных устройствах высокого и низкого напряжения, необходимо сначала уточнить границу между «высоким» и «низким». Вообще говоря, уровень напряжения высоковольтных распределительных устройств составляет от 3,6 до 40,5 кВ, которые используются для входных линий трансформаторов на стороне высокого-высокого напряжения, сегментации шин и подачи питания на другое высоковольтное оборудование; Уровень напряжения распределительного устройства низкого-напряжения обычно ниже 1 кВ, наиболее распространенным из которых является напряжение 400/690 В, используемое для распределения электроэнергии на стороне низкого-напряжения трансформаторов, управления двигателем и источника питания освещения. Независимо от высокого или низкого напряжения базовая конструкция распределительного устройства состоит из двух основных частей: корпуса шкафа и внутренних электрических компонентов. Шкаф представляет собой каркасную конструкцию, состоящую из корпуса, изоляционных компонентов, различных рабочих механизмов, вторичных клемм и соединительных проводов, которые играют роль механической поддержки, электрической изоляции и защиты; Внутренняя часть шкафа дополнительно разделена на несколько отсеков в зависимости от их функций, в том числе помещение с главными шинами, помещение с выключателями (или помещение с ручной тележкой), помещение с кабелями, помещение для реле и приборов и т. д. Отсеки разделены металлическими перегородками или изоляционными плитами для обеспечения безопасной изоляции между различными функциональными блоками.
Когда мы обращаем внимание на внутренние компоненты распределительного устройства, первое, что бросается в глаза, — это разнообразный ассортимент первичных электрических компонентов. Так называемые-первичные компоненты относятся к устройствам, которые непосредственно передают ток основной цепи, образуя основной канал передачи энергии. Среди них автоматический выключатель, несомненно, является наиболее важным компонентом. Автоматические выключатели способны подключать, проводить и отключать нормальный ток цепи. Что еще более важно, когда в энергосистеме возникает нештатная ситуация, такая как перегрузка или короткое замыкание, они могут быстро отключить ток повреждения в течение десятков миллисекунд, предотвращая повреждение оборудования и эскалацию аварии. На стороне высокого-напряжения обычно используются вакуумные выключатели или выключатели на основе шестифторида серы. Первый использует вакуум в качестве средства гашения дуги и имеет такие преимущества, как небольшой размер, длительный срок службы и отсутствие загрязнения; Последний использует превосходные характеристики гашения дуги газообразного гексафторида серы и подходит для применений при более высоких уровнях напряжения. Автоматические выключатели с пластиковым кожухом и автоматические выключатели с рамкой широко используются на стороне низкого напряжения, и их выбор основан на различных номинальных токах и отключающих способностях.
Еще одним важным компонентом, тесно взаимодействующим с автоматическими выключателями, является разъединитель. Разъединитель не может работать под нагрузкой. Его основная функция — изолировать источник питания и сформировать четкую и видимую точку отключения между высоковольтным оборудованием технического обслуживания и оборудованием, находящимся под напряжением, тем самым обеспечивая безопасную рабочую среду для обслуживающего персонала. В распределительных устройствах изолирующие выключатели обычно используются последовательно с автоматическими выключателями, которые отвечают за отключение тока нагрузки, а изолирующие выключатели обеспечивают видимую защитную изоляцию после сбоя питания. Кроме того, распределительные устройства высокого-обычно оборудуются заземляющими выключателями. Когда оборудование находится на техническом обслуживании, выходная сторона должна быть закорочена и заземлена, чтобы предотвратить травмы персонала, вызванные наведенным напряжением или случайной передачей энергии. Разъединитель, заземлитель и автоматический выключатель механически взаимосвязаны для достижения функции «пяти защит», которая включает в себя предотвращение случайного размыкания и включения выключателя, предотвращение размыкания и замыкания разъединителя под нагрузкой, предотвращение включения заземлителя под напряжением, предотвращение передачи энергии при включенном заземлителе и предотвращение случайного проникновения в отсеки под напряжением. Эти пять функций блокировки являются основной гарантией безопасной эксплуатации распределительных устройств высокого-напряжения.
Трансформатор — еще один важный основной компонент распределительного устройства. Трансформаторы тока используются для пропорционального преобразования больших токов в стандартные малые токи силой 5А или 1А, которые подаются на измерительные приборы и защитные устройства для осуществления косвенного контроля сильноточных цепей; Трансформаторы напряжения преобразуют высокое напряжение в стандартное низкое напряжение 100 В или 100/√ 3 В для измерения напряжения, расчета мощности и релейной защиты. Трансформаторы нулевой последовательности специально используются для обнаружения несбалансированных составляющих трех-фазных токов и являются важным источником сигналов для однофазной защиты заземления. Эти трансформаторы изолируют высокое напряжение и большой ток от цепей измерения и защиты, обеспечивая личную безопасность и позволяя стандартизировать и миниатюризировать конструкцию приборов и защитных устройств. Кроме того, в кабельном помещении распределительного устройства высокого напряжения устанавливаются грозовые разрядники (также известные как устройства защиты от перенапряжения). Их функция заключается в быстром ограничении перенапряжения в пределах диапазона, который выдерживает изоляция оборудования при ударе молнии или возникновении перенапряжения, защищая трансформаторы и распределительные устройства от ударных повреждений.
Помимо первичных элементов, по которым проходит ток главной цепи, в распределительном устройстве имеется большое количество вторичных элементов, которые не менее важны, но не видят ток главной цепи. Так называемые-вторичные компоненты относятся к низковольтному-оборудованию, используемому для мониторинга, управления, измерения, настройки и защиты первичного оборудования, которое составляет "нервную систему" распределительного устройства. На панели аппаратной релейной аппаратуры мы видим устройства индикации и управления, такие как устройства комплексной защиты микрокомпьютера, рукоятки управления, нажимные пластины защитных розеток, амперметры, вольтметры, измерители активной/реактивной мощности, измерители коэффициента мощности, измерители частоты, сигнальные индикаторы и т. д.; Во внутреннем пространстве под панелью расположены клеммные колодки, выключатели питания постоянного тока схемы защиты микрокомпьютера, рабочие выключатели питания накопителя энергии, а также различные промежуточные реле, переключатели преобразования, кнопки, предохранители и т. д. Устройство встроенной защиты микрокомпьютера является ядром вторичной системы, которая основана на микропроцессоре и объединяет защиту, измерение, управление и связь. Он может автоматически определять тип неисправности и выдавать команду на отключение на основе заданных значений, а также загружать рабочие данные и информацию о неисправностях в систему фонового мониторинга. В современном интеллектуальном мире интеллектуальные распределительные устройства с функциями онлайн-мониторинга и удаленной связи постепенно заменяют традиционные распределительные устройства и становятся основным направлением развития отрасли.
После выяснения внутреннего состава распределительного устройства возникает общая проблема, возникающая при практическом выборе: как следует различать и выбирать GGD, GCK, GCS и MNS среди ошеломляющего разнообразия моделей распределительных устройств низкого-напряжения, представленных на рынке? Эти типы шкафов имеют существенные различия в конструкции и функциях. ГГД относится к стационарным распределительным устройствам, и все электрические компоненты стационарно установлены внутри шкафа. Его структура проста, стоимость невысока, он подходит для ситуаций с небольшим количеством цепей и низкими требованиями к гибкости обслуживания. GCK, GCS и MNS относятся к выкатным распределительным устройствам, в которых автоматические выключатели, контакторы и другие компоненты каждой цепи устанавливаются в отдельный выдвижной блок. При выходе из строя цепи просто снимите и замените ящик, чтобы восстановить электропитание без необходимости полного отключения питания шкафа, что значительно повышает надежность электропитания и удобство обслуживания. Среди четырех основных типов шкафов: GGD, GCK, GCS и MNS, GGD является единственным фиксированным типом шкафов, тогда как GCK, GCS и MNS являются выдвижными-типами шкафов. Шкаф GCK имеет компактную конструкцию и подходит для общих центров распределения электроэнергии и управления двигателями; Шкаф GCS был оптимизирован с точки зрения модуля высоты ящика, что позволяет разместить больше выходных цепей в ограниченном пространстве; Шкаф MNS создан на основе импортированной швейцарской технологии ABB, которая имеет преимущества в устройствах защитной блокировки и гибкости комбинирования, но глубина шкафа относительно велика. При выборе пользователи должны сделать комплексное суждение, основанное на реальных условиях, таких как бюджет проекта, количество исходящих цепей, требования к техническому обслуживанию и пространство для установки.
Выбор и экспорт распределительных устройств высокого и низкого напряжения невозможно отделить от глубокого понимания стандартной системы. На международном уровне основным применимым стандартом для распределительных устройств высокого-напряжения является серия IEC 62271 (высоковольтные распределительные устройства и контрольное оборудование), из которых IEC 62271-200 специально разработан для распределительных устройств переменного тока в металлическом корпусе с номинальным напряжением от 1 до 52 кВ; Основными применимыми стандартами для распределительных устройств низкого-напряжения являются серии IEC 61439 (коммутационные устройства и контрольное оборудование низкого напряжения), где IEC 61439-1 охватывает общие требования, а IEC 61439-2 относится к компонентам распределительных устройств и устройств управления. Стандарт IEC является наиболее широко используемой технической спецификацией во всем мире и основой взаимного признания систем выключателей. На китайском рынке высоковольтное распределительное устройство соответствует стандарту GB/T 3906-2020 «3,6 кВ~40,5 кВ распределительное и контрольное оборудование переменного тока в металлическом корпусе», а низковольтное распределительное устройство соответствует GB/T 7251.1 «Низковольтное распределительное устройство и контрольное оборудование». Эти национальные стандарты в значительной степени соответствуют стандартам МЭК с точки зрения технического содержания, а некоторые стандарты достигли уровня эквивалентного принятия или даже полного перевода, закладывая прочную техническую основу для выхода распределительных устройств китайского производства на мировой рынок. На рынке Северной Америки распределительные устройства должны соответствовать стандартам серии IEEE C37 и стандартам серии CSA C22.2, а также получать сертификацию UL/cUL перед установкой и использованием. При поставке распределительных устройств зарубежным клиентам специалисты по внешней торговле должны заранее подтвердить полноту стандартной версии, уровень защиты, предел повышения температуры и отчет о типовых испытаниях, требуемые целевым рынком, чтобы гарантировать, что продукт может пройти проверку допуска местных регулирующих органов с точки зрения технической документации и данных испытаний.
С точки зрения мирового рынка, индустрия распределительных устройств высокого и низкого напряжения находится на пути устойчивого роста. Ожидается, что к 2024 году мировой рынок распределительных устройств низкого напряжения достигнет примерно 36,3 млрд юаней, а к 2031 году, по прогнозам, достигнет 56,46 млрд юаней, при этом совокупный годовой темп роста составит примерно 6,6%. Ситуация с экспортом высоковольтных распределительных устройств Китая также улучшается. С 2019 по 2025 год стоимость экспорта распределительных устройств высокого-напряжения увеличилась с 7,979 млрд юаней до 24,977 млрд юаней, при этом среднегодовой совокупный темп роста составил 20,9%. Продукция экспортируется в 196 стран и регионов мира, при этом Саудовская Аравия, Индонезия, Малайзия, Австралия и Филиппины входят в число лидеров по объему экспорта. В то же время технологическое направление распределительных устройств ускоряется в сторону интеллекта, миниатюризации и защиты окружающей среды. Применение технологии цифровых двойников позволяет перейти от традиционного регулярного обслуживания к прогнозному управлению.
Когда клиенты спрашивают, насколько важно то, что находится внутри распределительного устройства, можно привести аналогию: высокопроизводительный-трансформатор подобен сильной лошади, а хорошо-спроектированное и хорошо-оборудованное распределительное устройство высокого и низкого напряжения – это поводья и седло, необходимые для управления этой лошадью. Без защиты и контроля распределительного устройства даже самый лучший трансформатор не сможет безопасно реализовать свою полную мощность. От сбора электрической энергии от главной шины до устранения неисправностей автоматических выключателей, от сбора сигналов трансформаторов до комплексной оценки защитных устройств микрокомпьютера — каждый компонент выполняет точные и важные обязанности на своем месте. Под, казалось бы, обычной оболочкой распределительного устройства высокого и низкого напряжения скрывается обширный и точный электрический мир -, этот мир является важным краеугольным камнем для безопасной, надежной и эффективной работы современных энергосистем.
