روش‌های آزمون برای تجهیزات برش گازی عایق شده GIS نصب شده با ولتاژ ۳۵ کیلوولت

GIS (سیستم تجهیزات با عایق گازی) مزایایی مانند ساختار فشرده، عملکرد انعطاف‌پذیر، قفل‌بندی قابل اعتماد، طول عمر طولانی، عملکرد بدون نیاز به نگهداری و مساحت کوچک دارد. این سیستم همچنین در عملکرد عایق‌بندی، دوستانه بودن با محیط زیست و صرفه‌جویی در انرژی مزایای جایگزین‌ناپذیری دارد و به تدریج در شرکت‌های صنعتی و معادن، فرودگاه‌ها، راه‌آهن‌ها، متروها، ایستگاه‌های بادی و سایر زمینه‌ها استفاده می‌شود.

یک شرکت خاص دارای زیرстанیون داخلی ۳۵ کیلوولتی با ۱۰ بیلیک از تجهیزات با عایق هوایی بود. در این به‌روزرسانی ۴ بیلیک جدید اضافه می‌شود. با این حال، مساحت محل اصلی نمی‌تواند نیازهای بیلیک‌های گسترده را برآورده کند. علاوه بر این، با توجه به سال‌های خدمت دادن تجهیزات و عملکرد ایمنی، زیرستانیون ۳۵ کیلوولتی با تجهیزات SF₆ با عایق گازی و پوشش فلزی به‌روزرسانی می‌شود. مساحت اتاق تجهیزات موجود می‌تواند نیازهای گسترش را برآورده کند و عملکرد کلی ایمنی تجهیزات الکتریکی به طور قابل توجهی بهبود خواهد یافت.

این مقاله بر اساس اجزای اصلی تجهیزات، آزمون‌های زیر را مورد مطالعه قرار می‌دهد: آزمون‌های عایق‌بندی پوشش و مادربرق، آزمون‌های شکن‌های خلاء، آزمون‌های ترانسفورماتورهای ولتاژ، آزمون‌های ترانسفورماتورهای جریان، آزمون‌های سریع‌اندازهای اکسید فلزی و آزمون‌های کابل‌های برق.

۱. طبقه‌بندی و ترتیب آزمون‌ها
بخش III مادربرق ۳۵ کیلوولتی شامل یک سیستم دومادری از ۱۴ واحد تجهیزات SF₆ نوع ZX2 است. تمام بخش‌های زنده اصلی درون کابین‌ها در پوشش‌های گازی مختومه نصب شده‌اند که آزمون‌های پیشگیرانه مستقیم را دشوار می‌کند. بنابراین آزمون‌ها باید با تشکیل مدارهای آزمون با استفاده از واحدهای تجهیزات مجاور انجام شود. بسیاری از قسمت‌های رسانا مانند ترانسفورماتورهای ولتاژ و مادربرق از اتصالات پلاگین استفاده می‌کنند. برای اطمینان از تماس خوب در تمام پلاگ‌های مادربرق، باید اندازه‌گیری مقاومت تماس DC روی تمام پلاگ‌ها انجام شود. در حین آزمون، باید پلاگ‌های آزمون موقتی در جیب‌های کابل نصب شود تا به عنوان نقاط دسترسی آزمون عمل کنند که این کار سختی و حجم کار را افزایش می‌دهد. بنابراین ترتیب آزمون باید به گونه‌ای تنظیم شود که حجم کار کمینه شود. با در نظر گرفتن عوامل فوق، آزمون تجهیزات الکتریکی بخش III مادربرق ۳۵ کیلوولتی با دو روش انجام می‌شود: آزمون‌های داخل کابین و آزمون‌های خارج کابین.

۲. آزمون‌های مشخصات تجهیزات درون تجهیزات
آزمون‌های داخل کابین در دو دور انجام می‌شود. در دور اول، از پلاگ‌های آزمون با تزریق جریان کم‌ولتا استفاده می‌شود؛ این پلاگ‌ها به راحتی نصب می‌شوند—فقط به جیب‌های نصب کابل درون تجهیزات وارد می‌شوند. در دور دوم، پلاگ‌های آزمون بالاولتا در جیب‌های نصب کابل درون تجهیزات وارد شده و با پیچ‌ها ثابت می‌شوند تا ولتاژ آزمون به تجهیزات تحت آزمون وارد شود.

۲.۱ آزمون‌های دور اول
۲.۱.۱ آزمون‌های شکن خلاء
در این دور، ابتدا آزمون‌های مشخصات مکانیکی و مکانیزم عملیاتی انجام می‌شوند، هر دو با استفاده از یک تست‌کننده مشخصات پویای شکن. دو واحد تجهیزات مجاور در یک گروه قرار می‌گیرند. سه‌فاز آزمون‌کننده‌ها در یک سمت وصل می‌شوند و سمت دیگر به زمین متصل می‌شود. مشخصات مکانیکی و ولتاژ عملیاتی کواتسیل‌های دو شکن سری‌شده به تنهایی اندازه‌گیری می‌شوند—یعنی وقتی مشخصات مکانیکی یک شکن اندازه‌گیری می‌شود، شکن دیگر بسته شده تا به عنوان مسیر آزمون عمل کند. روش آزمون مشابه روش‌های استاندارد است. برای بیلیک شکن مادربرق ۹AH که مادربرق اصلی و کمکی سیستم دومادری را به هم متصل می‌کند، می‌توان آن را با شکن سمت چپ ۱۰AH و شکن سمت راست ۸AH (سه شکن کلی) سری‌شده استفاده کرد تا از مسیرهای آزمون ۱۰AH و ۸AH استفاده کند.

۲.۱.۲ آزمون مقاومت تماس DC مدارهای رسانا و پلاگ‌های مادربرق
برای اندازه‌گیری مقاومت تماس تمام شکن‌های خلاء، توقف‌کننده‌های مادربرق اصلی/کمکی و پلاگ‌های مادربرق اصلی/کمکی، واحد‌های تجهیزات مجاور همچنان به صورت دوتایی گروه‌بندی می‌شوند اما به ترتیب آزمون می‌شوند—یعنی ۱AH–۲AH، ۲AH–۳AH، ...، ۱۳AH–۱۴AH. برای هر دوتایی، وقتی توقف‌کننده‌های مادربرق اصلی (یا کمکی) دو واحد تجهیزات مجاور بسته شوند، مقاومت تماس DC سه‌فاز مسیر مادربرق مربوطه (اصلی یا کمکی) اندازه‌گیری می‌شود. از یک تست‌کننده مقاومت حلقه با جریان آزمون حدود ۱۰۰ آمپر استفاده می‌شود. به عنوان مثال، برای شکن مادربرق ۹AH، می‌توان آن را به طور مشابه با ۱۰AH سمت چپ و ۸AH سمت راست سری‌شده استفاده کرد تا دو مسیر آزمون تشکیل شود: ۱۰AH–مدار مادربرق اصلی–۹AH–مدار مادربرق کمکی–۸AH و ۱۰AH–مدار مادربرق کمکی–۹AH–مدار مادربرق اصلی–۸AH. روش آزمون مشابه واحد‌های تجهیزات دیگر است، با مقادیر مقاومت بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرواهم.

۲.۱.۳ آزمون‌های ترانسفورماتورهای جریان
بخش‌های رسانای اصلی ترانسفورماتورهای جریان اختصاصی با عایق گازی که درون کابین نصب شده‌اند درون پوشش مختومه هستند؛ بنابراین آزمون‌های آن‌ها باید در همان زمان آزمون‌های داخل کابین انجام شود. در این دور، ابتدا آزمون‌های نسبت، بررسی قطبیت و آزمون منحنی مشخصه تحریک انجام می‌شود. این آزمون‌ها با استفاده از یک تست‌کننده ترانسفورماتور چندمنظوره و کاملاً خودکار انجام می‌شوند.

برای آزمون‌های نسبت و بررسی قطبیت: پیکربندی مدار آزمون با آزمون‌های مشخصات مکانیکی شکن‌ها یکسان است—یعنی دو واحد تجهیزات مجاور در یک گروه قرار می‌گیرند، با شکن‌ها و توقف‌کننده‌های مادربرق هم‌سوی آن‌ها بسته شده. جریان بالا به ترتیب فازی تزریق می‌شود و جریان‌های القایی ثانویه از ترمینال‌های جریان ثانویه مربوطه کشیده می‌شوند تا نسبت و قطبیت تمام ترانسفورماتورهای جریان سری‌شده در مدار اندازه‌گیری شود. روش آزمون مشابه روش‌های استاندارد است.

برای آزمون منحنی مشخصه تحریک: این آزمون فقط نیاز به باز بودن مدار اصلی دارد و می‌تواند در هر زمانی انجام شود. با توجه به اینکه از همان تجهیزات آزمون و ترمینال‌های جریان ثانویه مشترک با آزمون نسبت استفاده می‌کند—یعنی جریان آزمون از طریق ترمینال‌های جریان ثانویه مربوطه تزریق می‌شود—می‌تواند همزمان با آزمون نسبت انجام شود تا کارایی کاری بهبود یابد.

٢.٢ ازموونهای عایق‌بندی تجهیزات داخل تابلوی سوئیچگیر
در دور دوم آزمایش‌ها، آزمایش‌های عایق‌بندی تابلوی سوئیچگیر و باسبارها به طور همزمان انجام می‌شوند که شامل موارد زیر می‌باشد: آزمایش‌های عایق‌بندی قسمت‌های زنده کلید قطع‌کننده نسبت به زمین و بین تماس‌ها، آزمایش‌های عایق‌بندی قسمت‌های زنده سوئیچ قطع‌کننده باسبار اصلی/کمکی نسبت به زمین و بین تماس‌ها، آزمایش‌های عایق‌بندی ترانسفورماتور جریان اولیه به ثانویه و به زمین، و آزمایش‌های عایق‌بندی تمام باسبارها و قسمت‌های رسانای داخلی اصلی/کمکی نسبت به زمین و بین فازها.

هر واحد تابلوی سوئیچگیر دو بار تحت ولتاژ قرار می‌گیرد. ابتدا، باسبارهای اصلی و کمکی داخل کابینت از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر انتخابی به زمین متصل می‌شوند — یعنی کلید قطع‌کننده و یا سوئیچ قطع‌کننده باسبار اصلی (یا کمکی) واحد تابلوی سوئیچگیر انتخابی بسته می‌شوند. سپس کلید قطع‌کننده اتصال باسبار و سوئیچ‌های قطع‌کننده باسبار اصلی/کمکی آن بسته شده و یک سیم اتصال موقت به زمین در پریز کابل آن واحد تابلوی سوئیچگیر نصب می‌شود، بدین ترتیب کل سیستم باسبار اصلی و کمکی داخل کابینت به زمین متصل می‌شود.

برای واحد تابلوی سوئیچگیر تحت آزمایش از یک پلاگ آزمایش فشار قوی استفاده می‌شود که به طور محکم در پریز کابل پیچیده شده و ولتاژ آزمایش را وارد می‌کند.

در حین اعمال ولتاژ اولیه به واحد تابلوی سوئیچگیر، کلید قطع‌کننده آن باز است و سوئیچ قطع‌کننده سه‌موقعیتی باسبار اصلی در موقعیت اتصال به زمین قرار دارد (یا در موقعیت کار قرار دارد در حالی که باسبار در جای دیگری به زمین متصل است)، که امکان انجام آزمایش تحمل ولتاژ بین اولیه به ثانویه و اولیه به زمین ترانسفورماتور جریان و همچنین بین تماس‌های کلید قطع‌کننده را فراهم می‌کند.

در حین اعمال ولتاژ دوم، کلید قطع‌کننده بسته است و هر دو سوئیچ قطع‌کننده سه‌موقعیتی باسبار اصلی و کمکی در موقعیت باز قرار دارند، که امکان انجام آزمایش تحمل ولتاژ کل مجموعه کلید قطع‌کننده نسبت به زمین و بین تماس‌های سوئیچ قطع‌کننده باسبار اصلی/کمکی را فراهم می‌کند.

برای بخش خاص کلید قطع‌کننده اتصال باسبار ۹AH، آزمایش‌ها می‌توانند همراه با آزمایش‌های تحمل ولتاژ باسبار اصلی و کمکی برنامه‌ریزی شوند که نیازمند مجموعاً سه بار اعمال ولتاژ است. در حین اعمال ولتاژ اولیه، کلید قطع‌کننده اتصال باسبار و سوئیچ قطع‌کننده باسبار اصلی بسته هستند، در حالی که سوئیچ قطع‌کننده باسبار کمکی باز است. باسبار کمکی از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر دیگر به زمین متصل می‌شود و ولتاژ آزمایش از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر معین به باسبار اصلی وارد می‌شود. سپس آزمایش‌های تحمل ولتاژ روی سیستم باسبار اصلی، کل کلید قطع‌کننده اتصال باسبار نسبت به زمین و شکاف تماس سوئیچ قطع‌کننده باسبار کمکی انجام می‌شود، همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است.

در حین اعمال ولتاژ دوم، کلید قطع‌کننده اتصال باسبار و قطع‌کننده باسبار کمکی بسته هستند، در حالی که قطع‌کننده باسبار اصلی باز است. باسبار اصلی از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر دیگر به زمین متصل می‌شود و ولتاژ آزمایش از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر معین به باسبار کمکی وارد می‌شود. سپس یک آزمایش تحمل ولتاژ روی سیستم باسبار کمکی، کل کلید قطع‌کننده اتصال باسبار نسبت به زمین و شکاف تماس قطع‌کننده باسبار اصلی انجام می‌شود.

در حین اعمال ولتاژ سوم، شکاف تماس کلید قطع‌کننده اتصال باسبار از طریق باسبار کمکی آزمایش می‌شود. به طور خاص، قطع‌کننده باسبار کمکی اتصال باسبار بسته است، کلید قطع‌کننده اتصال باسبار باز است و قطع‌کننده باسبار اصلی اتصال باسبار در موقعیت "زمین" قرار دارد. ولتاژ آزمایش از طریق یک واحد تابلوی سوئیچگیر معین به باسبار کمکی وارد می‌شود تا آزمایش تحمل ولتاژ روی شکاف تماس کلید قطع‌کننده اتصال باسبار انجام شود.

۳. آزمایش‌های انجام‌شده خارج از تابلوی سوئیچگیر
برای تجهیزاتی مانند سورج آرسترها، ترانسفورماتورهای ولتاژ و کابل‌ها، تمام آزمایش‌ها قبل از نصب کامل می‌شوند.

۳.۱ آزمایش‌های سورج آرستر اکسید فلزی
تمام بخش‌های کلید قطع‌کننده در بخش باسبار ۳۵ کیلوولت III (به جز بخش اتصال باسبار) مجهز به سورج آرسترهای اکسید فلزی بدون شکاف، محافظت‌شده و قابل اتصال هستند. آزمایش‌ها قبل از نصب آرستر انجام می‌شوند. مقاومت عایقی قبل و بعد از آزمایش اندازه‌گیری می‌شود. از یک مولد فشار قوی مستقیم استفاده می‌شود و آزمایش‌ها بر اساس مشخصات سازنده انجام می‌شوند:

• ولتاژ مرجع مستقیم در ۱ میلی‌آمپر ≥ ۷۳ کیلوولت

• جریان نشتی در ۷۵٪ U₁ₘₐ ≤ ۵۰ میکروآمپر

در حین آزمایش، یک غلاف عایق اختصاصی باید روی ترمینال فشار قوی آرستر نصب شود؛ در غیر این صورت، در هوای اطراف به دلیل ولتاژ بالا و فاصله کم، شکست سطحی رخ می‌دهد که باعث آسیب به عایق سطحی آرستر شده و انجام آزمایش غیرممکن بوده و خطر آسیب به تجهیزات وجود دارد.

۳.۲ آزمایش‌های ترانسفورماتور ولتاژ (VT)
مجموعاً ۱۴ عدد ترانسفورماتور ولتاژ تک‌فاز، قابل اتصال و مخصوص کابینت عایق‌شده با گاز روی بخش باسبار ۳۵ کیلوولت III نصب شده‌اند. ترانسفورماتورهای ولتاژ باسبار با ترانسفورماتورهای ولتاژ خط تفاوت دارند به این صورت که یک سیم‌پیچ باقیمانده اضافی برای اندازه‌گیری ولتاژ توالی صفر دارند.

• آزمایش‌های نسبت و قطبیت: از یک دستگاه آزمایش چندمنظوره CT/VT استفاده می‌شود تا نسبت ولتاژ بین سیم‌پیچ اولیه و هر یک از سیم‌پیچ‌های ثانویه (شامل سیم‌پیچ باقیمانده) اندازه‌گیری شده و روابط قطبیت تأیید گردد.

• منحنی مشخصه القایی: با استفاده از همان دستگاه آزمایش، ولتاژ القایی به سیم‌پیچ ثانویه اعمال شده و منحنی القایی در ۲۰٪، ۵۰٪، ۸۰٪، ۱۰۰٪ و ۱۲۰٪ ولتاژ نامی ثانویه ثبت می‌شود (یعنی ۲۰ ولت، ۵۰ ولت، ۸۰ ولت، ۱۰۰ ولت و ۱۲۰ ولت).

در حین آزمایش، یک کلاه عایق موقت (عایق مخروط داخلی) باید روی ترمینال فشار قوی اولیه نصب شود؛ در غیر این صورت، شکست سطحی رخ داده، عایق آسیب دیده و رسیدن به ولتاژ آزمایش غیرممکن می‌شود.

• مقاومت مستقیم سیم‌پیچ‌ها: مقاومت مستقیم سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه هر ترانسفورماتور ولتاژ اندازه‌گیری می‌شود.

• آزمون ولتاژ تحمل AC: از آنجا که این VTها به طور خاص برای تجهیزات قطع و بست با عایق گازی طراحی شده‌اند، عایق خارجی آنها نمی‌تواند ولتاژ آزمون بالا را در خارج از جعبه تحمل کند. بنابراین، هیچ آزمون ولتاژ تحمل AC فرکانس تغذیه روی سیم‌پیچ اصلی انجام نمی‌شود. به جای آن، از آزمون ولتاژ القایی استفاده می‌شود. این آزمون القایی می‌تواند با آزمون مشخصه برانگیزش ترکیب شود - اعمال ولتاژ ۱۲۰ V در سمت ثانویه برای ۱ دقیقه.

  • اعمال ۳ kV AC (فرکانس تغذیه) برای ۱ دقیقه بین پایانه N سیم‌پیچ اصلی و تمام سیم‌پیچ‌ها/زمین دیگر.

  • اعمال ۲ kV AC (فرکانس تغذیه) برای ۱ دقیقه بین هر سیم‌پیچ ثانویه (یا باقی‌مانده) و تمام سیم‌پیچ‌ها/زمین دیگر.

• آزمون‌های روی اجزای کمکی: اندازه‌گیری مقاومت DC فیوز سمت اولیه هر VT و بررسی مقاومت عایق محافظ فلش زنترال.

۴. احتیاط‌ها در حین آزمون

۴.۱ شرایط اساسی قبل از آزمون

• نماگر فشار گاز SF₆ باید در محدوده سبز نرمال نشان دهد.

• پوشش تجهیزات باید به طور قابل اعتماد زمین شود، با مقاومت زمین‌گیری مناسب.

• تایید کنید که موقعیت‌ها و نشان‌دهنده‌های وضعیت جداکننده‌های سه‌موقعیتی و قطع‌کننده‌ها صحیح است.

• تمام پرت‌های غیرفعال روی تجهیزات تحت آزمون باید با پلاگ‌های عایق‌دار بسته شوند.

• در طول آزمون‌های تحمل AC، سوراخ‌های پایانه کابل، سوراخ‌های نصب لرزه‌گیر و سوراخ‌های نصب VT در بخش‌های دریافت ولتاژ باید با پلاگ‌های عایق‌دار اختصاصی بسته شوند؛ مناطق بدون انرژی نیازی به بسته شدن ندارند.

• تایید کنید که انتهای‌های میله‌های اصلی با پلاگ‌های عایق‌دار بسته شده‌اند و هر دو کابینت در دو انتها کاملاً بسته شده‌اند.

۴.۲ ویژگی‌های خاص آزمون‌های ولتاژ بالا
به دلیل قدرت عایق خارجی ناکافی VTها خارج از جعبه، آزمون ولتاژ القایی روی سیم‌پیچ اصلی باید با آزمون برانگیزش با ولتاژ کاهش یافته ترکیب شود، که شرایط تحمل استاندارد را کاملاً تکرار نمی‌کند. علاوه بر این، اندازه‌گیری مقاومت تماس DC مجموع مقاومت مسیر سری را شامل می‌شود - از جمله قطع‌کننده‌ها، جداکننده‌ها، اتصالات میله‌های اصلی و سیم‌پیچ‌های اصلی CT - که اگر مقدار کلی خارج از محدوده باشد، تعیین کردن کدام مولفه خاص از حد مجاز فراتر رفته است دشوار می‌شود.

۴.۳ طبیعت خاص روش‌های آزمون ولتاژ بالا
به دلیل عدم امکان آزمون مستقیم تجهیزات داخل جعبه‌های پر از گاز، باید مسیرهای آزمون با استفاده از واحد‌های تجهیزات قطع و بست مجاور و میله‌های اصلی تشکیل شود. بنابراین، آزمون کامل سیستم میله‌های اصلی ۳۵ kV بخش III فقط زمانی ممکن است که سیستم میله‌های اصلی خاموش باشد. با این حال، برخی آزمون‌ها می‌توانند روی بخش‌های خاموش جداگانه انجام شوند:

• همه آزمون‌های CT (به جز آزمون نسبت)

• آزمون‌های تحمل روی فواصل تماس قطع‌کننده‌ها و بخش‌های خطی

• آزمون‌های مشخصه مکانیکی قطع‌کننده‌ها (به جز قطع‌کننده میله‌های اصلی)

• همه آزمون‌های اجزای قابل جدا کردن مانند کابل‌ها، لرزه‌گیرها و VTها

۴.۴ در نظر گرفتن موارد خاص استانداردهای آزمون
در طول آزمون‌های تحمل AC داخلی، از آنجا که قطع‌کننده‌ها، جداکننده‌ها، CTها و میله‌های اصلی همزمان آزمون می‌شوند، ولتاژ آزمون باید به کمترین میزان تحمل میان آنها - ۷۶ kV (استاندارد CT) - محدود شود، که منجر به تنش کمتر از بهینه برای اجزای دیگر می‌شود. پس از خارج کردن سیم‌پیچ‌های ثانویه برای آزمون، باید سیم‌کشی اصلی به سرعت بازگردانده شود تا از تماس ضعیف یا دور شدن مدار جلوگیری شود.

۵. نتیجه‌گیری
آزمون ولتاژ بالا روی تجهیزات قطع و بست با عایق گازی فشرده چالش‌های منحصر به فرد و نیازمندی‌های عملیاتی بسیار پیچیده‌ای دارد. بنابراین، درک کامل از مشخصات تجهیزات ضروری است. انتخاب تجهیزات آزمون و روش‌های مناسب متناسب با این ویژگی‌ها و خلاصه‌سازی رویه‌های آزمون مؤثر و استانداردها، مرجع و مبنای فنی با ارزشی برای حل مشکلات مهندسی مشابه فراهم می‌کند.