روش‌های آزمون برای دستگاه‌های کلیدزنی عایق گازی GIS نصب شده با ولتاژ ۳۵ کیلوولت

GIS (گیربکس‌های عایق‌شده با گاز) مزایایی مانند ساختار فشرده، عملکرد انعطاف‌پذیر، قفل‌بندی مطمئن، طول عمر طولانی، عملکرد بدون نگهداری و حجم کوچک ارائه می‌دهد. همچنین دارای مزایای بسیار جایگزین‌ناپذیر در عملکرد عایق، محیط‌زیست‌دوستانه بودن و صرفه‌جویی در انرژی است 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 گیربکس‌های عایق‌شده با هوا شامل ۱۰ واحد بود. این به‌روزرسانی ۴ واحد جدید اضافه می‌کند. اما مساحت محل اصلی نمی‌تواند نیازهای واحد گسترده را برآورده کند. علاوه بر این، با توجه به سال‌های خدمت دهی تجهیزات و عملکرد ایمنی، زیراستانیون ۳۵ کیلوولتی با گیربکس‌های معدنی بسته‌بندی شده با گاز SF₆ به‌روزرسانی می‌شود. مساحت اتاق گیربکس موجود می‌تواند نیازهای گسترش را برآورده کند و عملکرد ایمنی کلی تجهیزات الکتریکی به طور قابل توجهی بهبود خواهد یافت.

این مقاله بر اساس اجزای اصلی گیربکس، آزمون‌های زیر را مورد مطالعه قرار می‌دهد: آزمون‌های عایق‌بندی پوشش و مادربرق، آزمون‌های قطعک‌های خلاء، آزمون‌های ترانسفورماتور ولتاژ، آزمون‌های ترانسفورماتور جریان، آزمون‌های لاینر اکسید فلزی و آزمون‌های کابل‌های برق.

1. دسته‌بندی و ترتیب آزمون‌ها
بخش خط 35 کیلوولت شامل یک سیستم دوخطی تشکیل شده از ۱۴ واحد گیربکس ZX2 عایق‌شده با گاز SF₆ است. تمام قسمت‌های زنده اصلی درون جعبه‌ها درون پوشش‌های گازی بسته نصب شده‌اند که آزمون‌های پیشگیرانه مستقیم را دشوار می‌کند. بنابراین آزمون‌ها باید با استفاده از گیربکس‌های مجاور انجام شود. بسیاری از قسمت‌های هادی مانند ترانسفورماتورهای ولتاژ و مادربرق از اتصالات پلاگین استفاده می‌کنند. برای اطمینان از تماس خوب در تمام اتصالات پلاگین مادربرق، باید مقاومت تماس DC روی تمام اتصالات اندازه‌گیری شود. در زمان آزمون، باید پلاگ‌های آزمون موقتی در جیب‌های کابل نصب شود تا به عنوان نقاط دسترسی آزمون عمل کنند که این کار مشکلات و کارایی آزمون را افزایش می‌دهد. بنابراین، ترتیب آزمون باید به گونه‌ای تنظیم شود که کارایی را کاهش دهد. با در نظر گرفتن عوامل فوق، آزمون تجهیزات الکتریکی بخش خط 35 کیلوولت از طریق دو روش: آزمون‌های داخل جعبه و آزمون‌های خارج جعبه انجام می‌شود.

2. آزمون‌های ویژگی تجهیزات داخل گیربکس
آزمون‌های داخل جعبه در دو دور انجام می‌شود. در دور اول، از پلاگ‌های آزمون تزریق جریان کم‌ولتا استفاده می‌شود؛ این پلاگ‌ها نصب آسان دارند—فقط باید مستقیماً در جیب‌های نصب کابل درون گیربکس وارد شوند. در دور دوم، پلاگ‌های آزمون ولتاژ بالا در جیب‌های نصب کابل درون گیربکس وارد شده و با پیچ‌ها ثابت می‌شوند تا ولتاژ آزمون به تجهیزات تحت آزمون وارد شود.

2.1 آزمون‌های دور اول
2.1.1 آزمون‌های قطعک خلاء
در این دور، ابتدا آزمون‌های ویژگی مکانیکی و آزمون‌های مکانیزم عملیاتی با استفاده از دستگاه تست‌کننده ویژگی‌های دینامیکی قطعک انجام می‌شود. دو گیربکس مجاور در یک گروه قرار می‌گیرند. سه‌فاز سیم‌های تست در یک سمت متصل می‌شوند و سمت دیگر به زمین متصل می‌شود. ویژگی‌های مکانیکی و ولتاژ کویل دو قطعک سری‌شده به طور جداگانه اندازه‌گیری می‌شوند—یعنی وقتی ویژگی‌های مکانیکی یک قطعک اندازه‌گیری می‌شود، قطعک دیگر بسته می‌شود تا به عنوان مسیر آزمون عمل کند. روش آزمون با روش‌های استاندارد یکسان است. برای واحد قطعک 9AH که خط اصلی و کمکی سیستم دوخطی را به هم متصل می‌کند، می‌توان آن را با قطعک چپ 10AH و قطعک راست 8AH (سه قطعک کلی) سری‌شده استفاده کرد تا از مسیرهای آزمون 10AH و 8AH استفاده کند.

2.1.2 آزمون مقاومت تماس DC مدارهای هادی و اتصالات پلاگ مادربرق
برای اندازه‌گیری مقاومت تماس تمام قطعک‌های خلاء، قطعک‌های جداکننده خط اصلی/کمکی و اتصالات پلاگ مادربرق، گیربکس‌های مجاور همچنان دوتایی گروه‌بندی می‌شوند اما به ترتیب آزمون می‌شوند—یعنی 1AH–2AH، 2AH–3AH، ...، 13AH–14AH. برای هر دوتایی، وقتی قطعک‌های جداکننده خط اصلی/کمکی دو گیربکس مجاور بسته می‌شوند، مقاومت تماس DC سه‌فاز مسیر مربوط به خط اصلی/کمکی اندازه‌گیری می‌شود. از یک دستگاه تست‌کننده مقاومت حلقه با جریان آزمون حدود 100 آمپر استفاده می‌شود. به عنوان مثال، برای قطعک 9AH، می‌توان آن را به طور مشابه با چپ 10AH و راست 8AH سری‌شده استفاده کرد تا دو مسیر آزمون تشکیل شود: 10AH–خط اصلی–9AH–خط کمکی–8AH و 10AH–خط کمکی–9AH–خط اصلی–8AH. روش آزمون با سایر گیربکس‌ها یکسان است، با مقادیر مقاومت بین 200 تا 300 میکروهم.

2.1.3 آزمون‌های ترانسفورماتور جریان
اجزای هادی اصلی ترانسفورماتورهای جریان اختصاصی عایق‌شده با گاز که درون جعبه نصب شده‌اند درون پوشش بسته شده‌اند؛ بنابراین آزمون‌های آن‌ها باید همزمان با آزمون‌های داخل جعبه انجام شود. در این دور، ابتدا آزمون‌های نسبت، بررسی قطبی و آزمون منحنی مشخصه تحریک انجام می‌شود. این آزمون‌ها با استفاده از یک دستگاه تست‌کننده ترانسفورماتور چندکاره کاملاً خودکار انجام می‌شوند.

برای آزمون‌های نسبت و بررسی قطبی: پیکربندی مدار آزمون با آزمون‌های ویژگی‌های مکانیکی قطعک یکسان است—یعنی دو گیربکس مجاور گروه‌بندی می‌شوند و قطعک‌ها و قطعک‌های جداکننده خط همان سمت بسته می‌شوند. جریان بالا به ترتیب فازی تزریق می‌شود و جریان‌های القایی ثانویه از ترمینال‌های جریان ثانویه مربوطه برداشت می‌شود تا نسبت و قطبی تمام ترانسفورماتورهای جریان سری‌شده در حلقه اندازه‌گیری شود. روش آزمون با روش‌های استاندارد یکسان است.

برای آزمون منحنی مشخصه تحریک: این آزمون فقط نیاز به باز بودن مدار اصلی دارد و می‌تواند 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.

2.2 آزمون‌های عایق‌بندی تجهیزات داخل کلیدبردار
در دور دوم آزمون‌ها، آزمون‌های عایق‌بندی کلیدبردار و میله‌های اصلی همزمان انجام می‌شود، شامل: آزمون‌های عایق‌بندی قطعات زنده قطعک به زمین و بین تماس‌ها، آزمون‌های عایق‌بندی قطعات زنده کلید جداکننده میله اصلی/فرعی به زمین و بین تماس‌ها، آزمون‌های عایق‌بندی ترانسفورماتور جریان از طرف اول به طرف دوم و به زمین، و آزمون‌های عایق‌بندی تمام میله‌های اصلی/فرعی داخلی و قطعات رسانا به زمین و بین فازها.

هر واحد کلیدبردار دو بار تحت تأثیر ولتاژ قرار می‌گیرد. ابتدا، میله‌های اصلی و فرعی داخل کابین از طریق یک واحد کلیدبردار منتخب به زمین متصل می‌شوند—یعنی قطعک و یا کلید جداکننده میله اصلی (یا فرعی) واحد کلیدبردار منتخب بسته می‌شوند. سپس، کلید پل میله و کلید جداکننده میله اصلی/فرعی آن بسته می‌شوند و یک سیم زمین‌بندی موقت در پیچک کابل واحد کلیدبردار نصب می‌شود، بنابراین کل سیستم میله اصلی و فرعی داخل کابین به زمین متصل می‌شود.

واحد کلیدبردار تحت آزمون از یک پلاگ آزمون ولتاژ بالا استفاده می‌کند که به محکم در پیچک کابل نصب می‌شود تا ولتاژ آزمون را معرفی کند.

در زمان اعمال ولتاژ اولیه به واحد کلیدبردار، قطعک باز است و کلید جداکننده سه وضعیتی میله اصلی به وضعیت زمین‌بندی تنظیم می‌شود (یا به وضعیت خدمت با زمین‌بندی میله در جای دیگری تنظیم می‌شود)، که اجازه می‌دهد آزمون‌های تحمل ولتاژ بین طرف اول به دوم و طرف اول به زمین ترانسفورماتور جریان و بین تماس‌های قطعک انجام شود.

در زمان اعمال ولتاژ دوم، قطعک بسته می‌شود و هر دو کلید جداکننده میله اصلی و فرعی در وضعیت باز هستند، که اجازه می‌دهد آزمون‌های تحمل ولتاژ کل مجموعه قطعک به زمین و بین تماس‌های کلید جداکننده میله اصلی/فرعی انجام شود.

برای بای کلید پل مخصوص 9AH، آزمون‌ها می‌توانند همزمان با آزمون‌های تحمل ولتاژ میله اصلی و فرعی برنامه‌ریزی شوند که نیاز به سه بار اعمال ولتاژ دارد. در زمان اعمال ولتاژ اول، کلید پل میله و کلید جداکننده میله اصلی بسته می‌شوند، در حالی که کلید جداکننده میله فرعی باز است. میله فرعی از طریق یک واحد کلیدبردار دیگر به زمین متصل می‌شود و ولتاژ آزمون از طریق یک واحد کلیدبردار خاص به میله اصلی معرفی می‌شود. آزمون‌های تحمل ولتاژ بر روی سیستم میله اصلی، کل کلید پل میله به زمین و فاصله تماس کلید جداکننده میله فرعی انجام می‌شود، مانند شکل 1.

در زمان اعمال ولتاژ دوم، کلید پل میله و کلید جداکننده میله فرعی بسته می‌شوند، در حالی که کلید جداکننده میله اصلی باز است. میله اصلی از طریق یک واحد کلیدبردار دیگر به زمین متصل می‌شود و ولتاژ آزمون از طریق یک واحد کلیدبردار خاص به میله فرعی معرفی می‌شود. آزمون تحمل ولتاژ بر روی سیستم میله فرعی، کل کلید پل میله به زمین و فاصله تماس کلید جداکننده میله اصلی انجام می‌شود.

در زمان اعمال ولتاژ سوم، فاصله تماس کلید پل میله از طریق میله فرعی آزمون می‌شود. به طور خاص، کلید جداکننده میله فرعی کلید پل بسته می‌شود، کلید پل میله باز می‌شود و کلید جداکننده میله اصلی کلید پل به وضعیت "زمین" تنظیم می‌شود. ولتاژ آزمون از طریق یک واحد کلیدبردار خاص به میله فرعی معرفی می‌شود تا آزمون تحمل ولتاژ فاصله تماس کلید پل میله انجام شود.

3. آزمون‌های انجام شده خارج از کلیدبردار
برای تجهیزاتی مانند محافظ‌های ضد ضربه، ترانسفورماتورهای ولتاژ و کابل‌ها، تمام آزمون‌ها قبل از نصب انجام می‌شوند.

3.1 آزمون‌های محافظ ضد ضربه اکسید فلزی
تمام بای‌های قطعک در بخش III میله 35 kV (به جز بای پل میله) با محافظ‌های ضد ضربه اکسید فلزی بدون فاصله و محافظ شده مجهز شده‌اند. آزمون‌ها قبل از نصب محافظ انجام می‌شوند. مقاومت عایق‌بندی هم قبل و هم بعد از آزمون اندازه‌گیری می‌شود. یک مولد ولتاژ DC با ولتاژ بالا استفاده می‌شود و آزمون‌ها بر اساس مشخصات سازنده انجام می‌شوند:

• ولتاژ مرجع DC در 1 mA ≥ 73 kV

• جریان نشت در 75٪ U₁ₘₐ ≤ 50 μA

در حین آزمون، یک مانخل عایق‌بندی اختصاصی باید روی انتهای ولتاژ بالای محافظ نصب شود؛ در غیر این صورت، در هوا محیطی، به دلیل ولتاژ بالا و فاصله کم، افتادن سطحی رخ خواهد داد که باعث خسارت به عایق‌بندی سطح محافظ می‌شود—که آزمون را غیرممکن می‌کند و خطر خسارت تجهیزات را می‌افزاید.

3.2 آزمون‌های ترانسفورماتور ولتاژ (VT)
در کل 14 ترانسفورماتور ولتاژ یک‌فازی، قابل نصب و خاص کابین عایق‌بندی گازی در بخش III میله 35 kV نصب شده‌اند. ترانسفورماتورهای ولتاژ میله با ترانسفورماتورهای ولتاژ خط متفاوت هستند زیرا شامل یک پیچک باقی‌مانده برای اندازه‌گیری ولتاژ مرتبه صفر می‌شوند.

• آزمون‌های نسبت و قطبیت: یک تست‌کننده چند منظوره CT/VT برای اندازه‌گیری نسبت ولتاژ بین پیچک اولیه و هر پیچک ثانویه (شامل پیچک باقی‌مانده) و تأیید روابط قطبی استفاده می‌شود.

• منحنی ویژگی تحریک: با استفاده از همان تست‌کننده، ولتاژ تحریک به پیچک ثانویه اعمال می‌شود و منحنی تحریک در 20٪، 50٪، 80٪، 100٪ و 120٪ ولتاژ اسمی ثانویه (یعنی 20 V، 50 V، 80 V، 100 V و 120 V) ثبت می‌شود.

در حین آزمون، یک مانخل عایق‌بندی موقت (مانخل عایق‌بندی داخلی) باید روی انتهای ولتاژ بالای اولیه نصب شود؛ در غیر این صورت، افتادن سطحی رخ خواهد داد که باعث خسارت به عایق‌بندی و عدم رسیدن به ولتاژ آزمون می‌شود.

• مقاومت DC پیچک‌ها: مقاومت DC هر دو پیچک اولیه و ثانویه هر VT اندازه‌گیری می‌شود.

• آزمون تحمل ولتاژ متناوب: چون این ترانسفورماتورهای ولتاژ (VT) به طور خاص برای تجهیزات قطع کننده عایق گازی طراحی شده‌اند، عایق بندی خارجی آنها نمی‌تواند ولتاژهای آزمون بالا را در خارج از جعبه تحمل کند. بنابراین، هیچ آزمون تحمل متناوب با فرکانس خط روی سیم‌پیچ اصلی انجام نمی‌شود. به جای آن، از آزمون ولتاژ القایی استفاده می‌شود. این آزمون القایی می‌تواند با آزمون مشخصه تحریک ترکیب شود—ولتاژ ۱۲۰ وات را برای یک دقیقه در سمت ثانویه اعمال می‌کند.

  • برای یک دقیقه ولتاژ متناوب ۳ کیلووات (فرکانس خط) بین دسته سیم‌پیچ اصلی N و تمام سیم‌پیچ‌های/زمین دیگر اعمال کنید.

  • برای یک دقیقه ولتاژ متناوب ۲ کیلووات (فرکانس خط) بین هر سیم‌پیچ ثانویه (یا باقیمانده) و تمام سیم‌پیچ‌های/زمین دیگر اعمال کنید.

• آزمون‌های روی مولفه‌های کمکی: مقاومت مستقیم فیوز سمت اصلی هر VT را اندازه‌گیری کنید و مقاومت عایق محافظ فشار زنترال را بررسی کنید.

۴. احتیاط‌های لازم در طول آزمون

۴.۱ شرایط پایه قبل از آزمون

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

• پوشش تجهیزات قطع کننده باید به طور قابل اعتماد زمین شده باشد، با مقاومت زمین مناسب.

• تایید کنید که موقعیت‌ها و نشانگرهای وضعیت جداکننده‌های سه حالت و قطع کننده‌ها صحیح هستند.

• تمام دستگاه‌های بدون استفاده در تجهیزات تحت آزمون باید با پلاگ‌های عایق بندی بسته شوند.

• در طول آزمون‌های تحمل متناوب، سوراخ‌های پایانه کابل، سوراخ‌های نصب فلش‌آروسرها و سوراخ‌های نصب VT در بخش‌های دریافت کننده ولتاژ باید با پلاگ‌های عایق بندی اختصاصی بسته شوند؛ مناطق بدون انرژی نیازی به بسته شدن ندارند.

• تایید کنید که پایانه‌های باربر با پلاگ‌های عایق بندی بسته شده‌اند و کابین‌های دو طرف کاملاً بسته هستند.

۴.۲ ویژگی‌های خاص آزمون‌های ولتاژ بالا
به دلیل نقص قدرت عایق بندی خارجی VT‌ها خارج از جعبه، آزمون ولتاژ القایی روی سیم‌پیچ اصلی باید با آزمون تحریک در ولتاژ کاهش یافته ترکیب شود، که شرایط تحمل استاندارد را به طور کامل تکرار نمی‌کند. علاوه بر این، اندازه‌گیری مقاومت تماس مستقیم نشان‌دهنده مقاومت کل مسیر سری شامل قطع کننده‌ها، جداکننده‌ها، اتصالات باربر و سیم‌پیچ‌های اصلی CT است، که اگر مقدار کل خارج از محدوده باشد، تعیین کردن کدام مولفه خاص محدوده مجاز را تجاوز کرده است دشوار می‌شود.

۴.۳ ویژگی‌های خاص روش‌های آزمون ولتاژ بالا
به دلیل عدم امکان آزمون مستقیم تجهیزات داخل پوشش‌های گازی، مدارهای آزمون باید با استفاده از واحدهای تجهیزات قطع کننده مجاور و باربرها تشکیل شوند. بنابراین، آزمون کامل سیستم باربر ۳۵ کیلووات بخش III فقط زمانی امکان‌پذیر است که سیستم باربر خاموش باشد. با این حال، برخی آزمون‌ها می‌توانند در بخش‌های خاموش جداگانه انجام شوند:

• همه آزمون‌های CT (به جز آزمون نسبت)

• آزمون‌های تحمل روی فاصله تماس قطع کننده‌ها و بخش‌های خطی

• آزمون‌های مشخصه مکانیکی قطع کننده‌ها (به جز قطع کننده باربر متصل)

• همه آزمون‌های مولفه‌های قابل خلع مثل کابل‌ها، فلش‌آروسرها و VT‌ها

۴.۴ ملاحظات خاص برای استانداردهای آزمون
در طول آزمون‌های تحمل متناوب داخلی، چون قطع کننده‌ها، جداکننده‌ها، CT‌ها و باربرها به طور همزمان آزمون می‌شوند، ولتاژ آزمون باید به کمترین میزان تحمل میان آنها (۷۶ کیلووات - استاندارد CT) محدود شود، که منجر به تنش کمتر از بهینه برای مولفه‌های دیگر می‌شود. پس از خلع سیم‌پیچ‌های ثانویه برای آزمون، سیم‌کشی اصلی باید به سرعت بازگردانده شود تا از تماس ضعیف یا برش مدار جلوگیری شود.

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