Prüfverfahren für neu installierte 35 kV GIS-Gasisolierschaltanlagen

GIS (Gas-Isolierte Schaltanlage) bietet Vorteile wie eine kompakte Struktur, flexible Bedienung, zuverlässige Verriegelung, lange Lebensdauer, wartungsfreie Betrieb und geringe Raumforderung. Es besitzt auch viele unersetzliche Vorteile in Bezug auf die Isolierleistung, Umweltfreundlichkeit und Energieeinsparung und wird zunehmend in Industrie- und Bergbauunternehmen, Flughäfen, Eisenbahnen, U-Bahnen, Windkraftanlagen und anderen Bereichen eingesetzt.

Eine bestimmte Unternehmens-35-kV-Innensubstation war ursprünglich mit luftisolierten Schaltanlagen ausgestattet, die 10 Felder umfassten. Diese Modernisierung fügt 4 neue Felder hinzu. Allerdings kann der ursprüngliche Standortbereich die erweiterten Feldanforderungen nicht aufnehmen. Darüber hinaus, unter Berücksichtigung der Betriebsjahre und der Sicherheitsleistung der Ausrüstung, wird die 35-kV-Substation mit SF₆-Gas-isolierten, gasgefüllten Metallschaltanlagen modernisiert. Der vorhandene Schaltanlagengeraum kann den Erweiterungsanforderungen gerecht werden, und die Gesamtsicherheitsleistung der elektrischen Ausrüstung wird erheblich verbessert.

Dieser Artikel untersucht, basierend auf den Hauptkomponenten der Schaltanlage, folgende Tests: Gehäuse- und Busbar-Isolationstests, Vakuumschaltzustandtests, Spannungswandler-Tests, Stromwandler-Tests, Metalloxid-Überspannungsschutz-Tests und Starkstromkabel-Tests.

1. Klassifizierung von Testelementen und Anordnung der Reihenfolge
Der Busabschnitt III einer 35-kV-Substation besteht aus einem Doppelbus-System, das aus 14 ZX2-Typ-SF₆-Gas-isolierten Schaltanlagen besteht. Alle primären lebenden Teile innerhalb der Gehäuse sind in gasgefüllten, abgedichteten Gehäusen installiert, was direkte präventive Tests schwierig macht. Daher müssen die Tests durch die Bildung von Testkreisen mithilfe benachbarter Schaltanlagen durchgeführt werden. Viele leitfähige Teile, wie Spannungswandler und Busbars, verwenden Steckverbindungen. Um einen guten Kontakt an allen Busbar-Steckverbindungen sicherzustellen, müssen DC-Kontaktwiderstandsmessungen an allen Verbindungen durchgeführt werden. Während der Tests müssen temporäre Teststecker an Kabelbuchsen angebracht werden, um als Zugangspunkte für die Tests zu dienen, was die Testschwierigkeit und -arbeit erhöht. Daher sollte die Testreihenfolge sinnvoll organisiert werden, um die Arbeit zu minimieren. Angesichts dieser Faktoren werden die elektrischen Geräte-Tests für den 35-kV-Busabschnitt III über zwei Methoden durchgeführt: interne Gehäusetests und externe Gehäusetests.

2. Charakteristische Tests der Ausrüstung innerhalb der Schaltanlage
Interne Gehäusetests werden in zwei Runden durchgeführt. In der ersten Runde werden Niederspannungs-Strominjektions-Teststecker verwendet; diese sind einfach zu installieren – sie werden direkt in die Kabelinstallationsbuchsen innerhalb der Schaltanlage eingeführt. In der zweiten Runde werden Hochspannungs-Teststecker in die Kabelinstallationsbuchsen innerhalb der Schaltanlage eingesetzt und mit Schrauben befestigt, um die Prüfspannung in die zu testende Ausrüstung einzuführen.

2.1 Erste Rundentests
2.1.1 Vakuumschaltzustand-Tests
In dieser Runde werden zunächst mechanische Charakteristiktests und Betriebsmechanismus-Tests durchgeführt, beide mit einem Schaltzustands-Dynamiktester. Zwei benachbarte Schaltanlagen werden zusammengefasst. Dreiphasige Testleitungen werden an einem Ende angeschlossen, und das andere Ende wird geerdet. Die mechanischen Charakteristiken und Spulen-Betriebsspannungen der beiden in Serie geschalteten Schaltzustände werden getrennt gemessen – d.h., wenn die mechanischen Charakteristiken eines Schaltzustands gemessen werden, ist der andere Schaltzustand geschlossen, um als Testweg zu dienen. Die Testmethode entspricht den Standardverfahren. Für den Busschalterfeld 9AH, der den Haupt- und Hilfsbus des Doppelbussystems verbindet, kann er in Serie mit dem linken Schalter 10AH und dem rechten Schalter 8AH (insgesamt drei Schalter) verbunden werden, um die Testwege von 10AH und 8AH zu nutzen.

2.1.2 DC-Kontaktwiderstandstest der leitfähigen Schaltkreise und Bus-Steckverbindungen
Um den Kontaktwiderstand aller Vakuumschaltzustände, Haupt-/Hilfsbus-Abzweigschalter und Haupt-/Hilfsbus-Steckverbindungen zu messen, werden benachbarte Schaltanlagen immer noch paarweise gruppiert, aber nacheinander getestet – d.h., 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Für jedes Paar, wenn die Haupt- (oder Hilfs-) Bus-Abzweigschalter der beiden benachbarten Schaltanlagen geschlossen sind, wird der dreiphasige DC-Kontaktwiderstand des entsprechenden Haupt- (oder Hilfs-) Bus-Weges gemessen. Ein Schleifenwiderstandstester wird mit einem Teststrom von etwa 100 A verwendet. Zum Beispiel für den Busschalter 9AH kann er ähnlich in Serie mit dem linken 10AH und dem rechten 8AH verbunden werden, um zwei Testwege zu bilden: 10AH–Hauptbus–9AH–Hilfsbus–8AH und 10AH–Hilfsbus–9AH–Hauptbus–8AH. Die Testmethode ist dieselbe wie bei anderen Schaltanlagen, wobei die Widerstandsgrößen zwischen 200 und 300 μΩ liegen.

2.1.3 Stromwandler-Tests
Die primären leitfähigen Teile der gasisolierten speziellen Stromwandler, die innerhalb des Gehäuses installiert sind, sind in der Abdeckung abgedichtet; daher müssen ihre Tests gleichzeitig während der internen Gehäusetests durchgeführt werden. In dieser Runde werden zunächst Verhältnistests, Polaritätsprüfungen und Anregungscharakteristikkurventests durchgeführt. Diese Tests werden mit einem multifunktionalen vollautomatischen umfassenden Transformatortester durchgeführt.

Für Verhältnistests und Polaritätsprüfungen: die Testkreiskonfiguration ist identisch mit der der mechanischen Charakteristiktests der Schaltzustände – d.h., zwei benachbarte Schaltanlagen werden gruppiert, mit ihren Schaltzuständen und gleiche-Seite-Bus-Abzweigschaltern geschlossen. Hochstrom wird phase für Phase injiziert, und sekundäre induzierte Ströme werden von den entsprechenden sekundären Stromterminals gezogen, um das Verhältnis und die Polarität aller in Serie geschalteten Stromwandler im Kreislauf zu messen. Die Testmethode entspricht den Standardverfahren.

Für den Anregungscharakteristikkurventest: Dieser Test erfordert nur, dass der Primärkreis offen ist und kann jederzeit durchgeführt werden. Da er die gleiche Testausrüstung verwendet und die gleichen sekundären Stromterminals teilt wie der Verhältnistest – d.h., der Teststrom wird durch die entsprechenden sekundären Stromterminals injiziert – kann er gleichzeitig mit dem Verhältnistest durchgeführt werden, um die Arbeitswirtschaft zu verbessern.

2.2 Isolierungstests der Ausrüstung im Schaltgerät
Im zweiten Testdurchgang werden gleichzeitig Isolierungstests am Schaltgerät und den Stromleitern durchgeführt, einschließlich: Isolierungstests der lebenden Teile des Schalters zur Erde und zwischen den Kontakten, Isolierungstests der lebenden Teile des Haupt- / Hilfsstromleiter-Umschalters zur Erde und zwischen den Kontakten, Isolierungstests von Primär- zu Sekundärseite und zur Erde des Stromwandlers, sowie Isolierungstests aller internen Haupt- / Hilfsstromleiter und leitfähigen Teile zur Erde und zwischen den Phasen.

Jedes Schaltgerät wird zweimal mit Spannung belastet. Zuerst werden die Haupt- und Hilfsstromleiter im Gehäuse über eine ausgewählte Schaltgeräteeinheit geerdet – d.h., der Schalter und entweder der Haupt- (oder Hilfs-) Stromleiter-Umschalter der ausgewählten Schaltgeräteeinheit werden geschlossen. Dann werden der Buskopplungsschalter und seine Haupt- / Hilfsstromleiter-Umschalter geschlossen, und ein temporäres Erdkabel wird an dem Kabelstecker dieser Schaltgeräteeinheit angebracht, wodurch das gesamte Haupt- und Hilfsstromleitersystem im Gehäuse geerdet wird.

Die getestete Schaltgeräteeinheit verwendet einen Hochspannungs-Teststecker, der fest in den Kabelstecker eingeschraubt wird, um die Prüfspannung einzuführen.

Während der ersten Spannungsanwendung auf die Schaltgeräteeinheit ist ihr Schalter offen, und der dreipositionale Hauptstromleiter-Umschalter ist in die Erdposition versetzt (oder in die Betriebsposition versetzt, wobei die Stromleitung woanders geerdet ist), was Dauerspannungsprüfungen zwischen Primär- und Sekundärseite des Stromwandlers und zwischen Primär- und Erde, sowie zwischen den Kontakten des Schalters ermöglicht.

Während der zweiten Spannungsanwendung ist der Schalter geschlossen, und sowohl der Haupt- als auch der Hilfsstromleiter-Umschalter sind in der offenen Position, was Dauerspannungsprüfungen des gesamten Schaltersatzes zur Erde und zwischen den Kontakten des Haupt- / Hilfsstromleiter-Umschalters ermöglicht.

Für die spezielle Buskopplungsschalter-Buchse 9AH können die Tests zusammen mit den Dauerspannungsprüfungen des Haupt- und Hilfsstromleiters geplant werden, was insgesamt drei Spannungsanwendungen erfordert. Während der ersten Spannungsanwendung sind der Buskopplungsschalter und der Hauptstromleiter-Umschalter geschlossen, während der Hilfsstromleiter-Umschalter offen ist. Der Hilfsstromleiter wird über eine andere Schaltgeräteeinheit geerdet, und die Prüfspannung wird über eine bestimmte Schaltgeräteeinheit in den Hauptstromleiter eingeführt. Dauerspannungsprüfungen werden dann am Hauptstromleitungssystem, dem gesamten Buskopplungsschalter zur Erde und dem Kontaktspalt des Hilfsstromleiter-Umschalters durchgeführt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Während der zweiten Spannungsanwendung sind der Buskopplungsschalter und der Hilfsstromleiter-Umschalter geschlossen, während der Hauptstromleiter-Umschalter geöffnet ist. Der Hauptstromleiter wird über eine andere Schaltgeräteeinheit geerdet, und die Prüfspannung wird über eine bestimmte Schaltgeräteeinheit in den Hilfsstromleiter eingeführt. Eine Dauerspannungsprüfung wird dann am Hilfsstromleitungssystem, dem gesamten Buskopplungsschalter zur Erde und dem Kontaktspalt des Hauptstromleiter-Umschalters durchgeführt.

Während der dritten Spannungsanwendung wird der Kontaktspalt des Buskopplungsschalters über den Hilfsstromleiter getestet. Konkret wird der Hilfsstromleiter-Umschalter des Buskopplungsschalters geschlossen, der Buskopplungsschalter geöffnet, und der Hauptstromleiter-Umschalter des Buskopplungsschalters in die „Erd“-Position versetzt. Die Prüfspannung wird über eine bestimmte Schaltgeräteeinheit in den Hilfsstromleiter eingeführt, um die Dauerspannungsprüfung am Kontaktspalt des Buskopplungsschalters durchzuführen.

Wechselspannungs-Festigkeitstest: Da diese Spannungswandler speziell für gasgefüllte Schaltanlagen entwickelt wurden, kann ihre äußere Isolation außerhalb des Gehäuses hohe Prüfspannungen nicht aushalten. Daher wird kein Wechselspannungs-Festigkeitstest auf der Primärwicklung durchgeführt. Stattdessen wird ein induzierter Spannungstest verwendet. Dieser induzierte Test kann mit dem Anregungskennlinientest kombiniert werden – die Spannung von 120 V wird eine Minute lang an der Sekundärseite angelegt.