Hochspannungs-Gasgefüllte Schaltanlagen (GIS) Feldtests gemäß IEEE C37.122

Feldtests für Hochspannungs-Gas-isolierte Schaltanlagen (GIS) gemäß IEEE C37.122

Die endgültige Montage der gasisolierten Umspannanlage (GIS) erfolgt vor Ort. Hier werden alle unterschiedlichen Komponenten, die die GIS ausmachen, zum ersten Mal zusammengefügt. Selbst wenn es möglich wäre, die GIS vollständig in der Fabrik zu montieren, müsste sie dennoch für den Transport demontiert, verschifft und dann am Installationsort wieder zusammengesetzt werden.
Das Ziel der Feldtests ist es, sicherzustellen, dass alle GIS-Komponenten sowohl elektrisch als auch mechanisch zufriedenstellend funktionieren, nachdem sie am Bauplatz montiert wurden. Diese Tests bieten eine Möglichkeit, zu zeigen, dass die GIS-Anlage korrekt zusammengesetzt und verdrahtet wurde und wie erwartet funktionieren wird.

• Mechanische Tests: Gasleckage und Gasqualität (Feuchtigkeit, Reinheit und Dichte)

• Gasleckage-Test: Alle Gasräume der GIS müssen mit Schwefelhexafluoridgas (SF6) oder der erforderlichen Gasgemisch bis zum vom Hersteller spezifizierten Nennfülldruck befüllt sein. Anschließend wird ein Test durchgeführt, um etwaige Gaslecks zu erkennen. Eine erste Inspektion wird durchgeführt, um alle potenziellen Gasleckpunkte zu identifizieren und die Einhaltung des vorgeschriebenen maximalen Gasleckraten zu gewährleisten. Dieser Gaslecktest sollte alle Gehäuseflansche, Gehäuseschweißnähte sowie alle an der Baustelle montierten Gasmessgeräte, Gasschieber und verbindenden Gaspipelines abdecken.

• Feuchtigkeitsgehaltsmessung: Der Feuchtigkeitsgehalt des Gases muss gemessen werden, bevor die GIS unter Spannung gesetzt wird. Um eine zuverlässige Messung zu erhalten, sollte der Feuchtigkeitsgehalt nach einer vom Hersteller empfohlenen Wartezeit nach der Befüllung gemessen werden. Der Feuchtigkeitsgehalt darf den vom Hersteller festgelegten Grenzwert oder den zwischen Hersteller und Benutzer vereinbarten Wert, je nachdem welcher niedriger ist, nicht überschreiten.

• Verifizierung der Gasreinheit: Vor der Inbetriebnahme muss die Reinheit des Gases, ausgedrückt als Prozentsatz von SF6, überprüft werden. Die Gasreinheit sollte den vom Hersteller spezifizierten Anforderungen entsprechen.
  Messung der Gasdichte: Die Dichte des Gases sollte gemessen und bestätigt werden, dass sie den nominellen Füllanforderungen des Herstellers entspricht.

2. Elektrische Tests: Kontaktwiderstand

• Hauptstromkreise: Es sind Kontaktwiderstandsmessungen für jeden Busverbindungsgelenk, Schaltgerät, Trennschalter, Erdungsschalter, Isolierbuchse und Leitungskabelverbindung erforderlich. Diese Messungen dienen dazu, zu zeigen und zu bestätigen, dass die Widerstandsangaben innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen.
  Bonding-Verbindungen des GIS-Gehäuses

• (für isolierte Phasenbusse): Wenn ein isolierter (einziger) Phasenbus verwendet wird, müssen auch Kontaktwiderstandsmessungen an den Bonding-Verbindungen des GIS-Gehäuses durchgeführt werden. Die Widerstandsangaben sollten die maximal zulässigen Werte gemäß IEEE Std C37.100.1 nicht überschreiten.

3. Elektrische Tests: Wechselspannungsfestigkeitsprüfung bei niedriger Frequenz

Die gasförmige und feste Isolierung (Dielektrika) innerhalb der gasisolierten Umspannanlage (GIS) muss einer Konditionierungsspannung mit niedriger Frequenz unterzogen werden. Die Frequenz dieser Konditionierungsspannung liegt zwischen 30 Hz und 200 Hz und wird auf Spannungsniveaus und für Dauer, wie vom Hersteller spezifiziert, angewendet. Nach der Anwendung der Konditionierungsspannung wird eine einminütige Festigkeitsprüfung bei niedriger Frequenz (30 Hz bis 200 Hz) durchgeführt.

Diese einminütige Festigkeitsprüfung bei niedriger Frequenz wird bei 80 % der im Werk getesteten Nennfestigkeitsspannung bei niedriger Frequenz durchgeführt. Das Ziel dieser Hochspannungstests ist es, mehrere Aspekte zu bestätigen. Erstens wird überprüft, ob die Komponenten der gasisolierten Umspannanlage den Transportschaden ohne Schaden überstanden haben. Zweitens stellt es sicher, dass alle Komponenten korrekt montiert wurden. Drittens wird überprüft, ob während des Montageprozesses keine Fremd- oder Fremdkörper in den Gehäusen verblieben sind. Letztendlich beweisen diese Tests, dass die GIS in der Lage ist, die Prüfspannung zu überstehen, was ihre Integrität und Leistung bestätigt.

4. Elektrische Tests: Anforderungen und Bedingungen für die Wechselspannungsfestigkeitsprüfung

Festigkeitsprüfungen müssen zwischen jeder belasteten Phase und dem geerdeten Gehäuse durchgeführt werden. Für Gehäuse, die alle drei Phasen enthalten, soll jede Phase einzeln getestet werden, wobei das Gehäuse und die anderen beiden Phasen geerdet sind. Vor Beginn der Festigkeitsprüfungen müssen alle Starkstromtransformator, Blitzableiter, Schutzlücken, Starkstromkabel, Freileitungen und Spannungstransformator getrennt werden. Spannungstransformatoren können bis zur Sättigungsspannung des Transformators bei der Prüffrequenz getestet werden.

5. Elektrische Tests: Anforderungen und Bedingungen für die Wechselspannungsfestigkeitsprüfung bei niedriger Frequenz

Festigkeitsprüfungen sind zwischen jeder belasteten Phase und dem geerdeten Gehäuse durchzuführen. Bei Gehäusen, die alle drei Phasen enthalten, soll jede Phase nacheinander getestet werden, wobei das Gehäuse und die anderen beiden Phasen geerdet sind. Die Isolierung zwischen jedem Paar von Phasenleitern erfordert keine zusätzlichen Feld-Festigkeitsprüfungen.

Vor Beginn der Festigkeitsprüfungen müssen alle Starkstromtransformator, Blitzableiter, Schutzlücken, Starkstromkabel und Freileitungen getrennt werden. Spannungstransformatoren sollten bis zu ihrer Sättigungsspannung bei der Prüffrequenz getestet werden.

Durch die Isolierung von Abschnitten der GIS-Anlage kann ein zusätzlicher Vorteil erreicht werden, indem die offene Lücke einiger Trennschalter im Feld getestet wird, obwohl solch ein Feldtest nicht obligatorisch ist. Darüber hinaus kann es notwendig sein, Abschnitte der GIS zu isolieren, um die Lokalisierung einer störenden Entladung zu erleichtern oder die potenziell freigesetzte Energie während einer störenden Entladung zu begrenzen.

Eine Teilentladungsmessung kann durchgeführt werden, um eventuelle Eindringlinge von leitfähigen Partikeln oder Schäden an hochspannungsfesten Isolierkomponenten zu erkennen, die während der Fabrikprüfung, des Transports oder der Installation aufgetreten sein könnten. Die gasisolierte Schaltanlage sollte weitgehend frei von Teilentladungen sein. Das Verfahren für die Teilentladungsmessung und deren Interpretation sollte vom Hersteller bereitgestellt und zwischen Nutzer und Hersteller vereinbart werden.

6. Elektrische Tests: Gleichspannungsfestigkeitsprüfungen

Gleichspannungsfestigkeitsprüfungen sind für eine fertige GIS nicht empfehlenswert. Allerdings kann es notwendig sein, eine Gleichspannungsfestigkeitsprüfung an Starkstromkabeln durchzuführen, die an eine GIS angeschlossen sind. Diese Prüfspannungen würden zwangsläufig vom Ende des Kabels gegenüber der GIS angewendet, sodass ein kleiner Teil der GIS der Gleichspannung ausgesetzt wäre. Es wird empfohlen, den Teil der GIS, der dieser Gleichspannung ausgesetzt ist, so klein wie möglich zu halten. Der Hersteller sollte vor Durchführung dieser Prüfungen konsultiert werden.

7. Elektrische Tests: Prüfungen an Hilfskreisen

Isolier-, Kontinuitäts- und Widerstandsmessungen sollten an allen im Feld installierten Steuerleitungen durchgeführt werden.

8. Mechanische und elektrische Funktions- und Betriebsprüfungen

Nach der Montage der GIS am Bauplatz müssen die folgenden Aspekte überprüft werden:

• Der Drehmomentwert aller im Feld montierten Bolzen und Verbindungen muss überprüft werden, um die Einhaltung der vorgesehenen Anforderungen zu gewährleisten.

• Die Steuerleitung muss überprüft werden, um ihre Übereinstimmung mit den Schaltplänen und Verkabelungsdiagrammen zu bestätigen.

• Die korrekte Funktion jedes elektrischen, pneumatischen, hydraulischen, mechanischen, schlüsselgesteuerten oder kombinierten Verschlussystems muss sowohl in erlaubten als auch in blockierenden Bedingungen überprüft werden.

• Die korrekte Funktion von Steuerungen, Gasmess- und -alarmiersystemen, Schutzausrüstung und Regelanlagen, Betriebszählern, einschließlich Heizungen und Beleuchtung, muss bestätigt werden.

• Jeder mechanische und elektrische Positionsanzeiger für jeden Schaltapparat, Trennschalter und Erdungsschalter muss überprüft werden, um sicherzustellen, dass er die Öffnungs- und Schließpositionen des Geräts korrekt anzeigt.

• Die Gaszonen, Gaszonenidentifikation, Gasschieber, Gasschieberpositionen und verbindende Rohrleitungen müssen überprüft werden, um ihre Übereinstimmung mit den physikalischen Zeichnungen zu bestätigen.

• Die Betriebsparameter wie Kontaktausrichtung, Kontaktablauf, Geschwindigkeit, Öffnungszeit und Schließzeit jedes Schaltapparats, Trennschalters und Erdungsschalters müssen gemäß den spezifizierten Anforderungen überprüft werden.

• Die korrekte Funktion von Verdichtern, Pumpen, Hilfskontakten und Anti-Pump-Schemata muss überprüft werden, um die spezifizierten Anforderungen zu erfüllen.

• Die Schaltapparate müssen bei minimaler und maximaler Steuerspannung auf Auslösen getestet werden, um die korrekte Funktion zu bestätigen.

• Die Sekundärverkabelung muss überprüft werden, um korrekte Drahtanschlüsse, ordnungsgemäße Pressung, angezogene Terminalblockschrauben, korrekte Draht- und Kabelmarkierungen sowie Verkabelung gemäß den Zeichnungen des Herstellers zu bestätigen.

Anschluss der GIS an das elektrische System

Sobald die gasisolierte Umspannanlage vollständig installiert, verdrahtet und alle Feldtests erfolgreich abgeschlossen wurden, ist die neue Anlage bereit, an das bestehende elektrische System angeschlossen zu werden. Dieser Prozess beinhaltet eine weitere Reihe von Tests, um die Funktion der Schutzrelais, die Fähigkeit der Schaltapparate, auf Fernbefehl auszulösen, und die richtige Phasenbeziehung zu verschiedenen Freileitungen zu überprüfen. Diese zweite Reihe von Tests wird ähnlich, wenn nicht identisch, den Tests auf einer luftisolierten Umspannanlage (AIS) sein.

Referenzen:

• IEC 6227-1 (2011) Hochspannungsschaltgeräte und -anlagen – Teil 1: Gemeinsame Spezifikationen.

• IEEE C37.122 (2010) IEEE-Norm für gasisolierte Umspannanlagen.

• IEEE C37.122-1 (2013) Leitfaden für gasisolierte Umspannanlagen mit einem Nennspannungswert über 52 kV.

• Buch "Gasisolierte Umspannanlagen" herausgegeben von Hermann Koch.

• https://www.omicronenergy.com

• Artikel "Hochspannungsprüfungen und Messungen während des Lebenszyklus der GIS" Autoren: U.Schichler, E. Kynast

• Feldtests der GIS S.M. Neuhold FKH Fachkommission für Hochspannungsfragen Zürich, Schweiz.