Uusien asennettujen 35 kV GIS-kaasueristettyjen kytkentälaatikoiden testausmenetelmät

GIS (kaasullisesti eristetty kytkentälaite) tarjoaa etuja kuten kompakti rakenne, joustava toiminta, luotettava lukitus, pitkä käyttöikä, huoltoon vaatimaton toiminta ja pieni pohjapiirialue. Sillä on myös monia korvaamattomia etuja eristyskyvyn, ympäristöystävällisyyden ja energiansäästön osalta, ja sitä käytetään yhä enemmän teollisuuden ja kaivosteollisuuden yrityksissä, lentokentillä, rautateillä, metroissa, tuulivoimaloissa ja muissa alueilla.

Tietyn yrityksen 35 kV sisäinen alijakamo oli alkuperäisesti varustettu 10 bayn ilmaeristetyllä kytkentälaitteella. Tämä päivitys lisää 4 uutta baya. Kuitenkin alkuperäinen sijaintialue ei pysty mukaanottamaan laajennetuun bay-tarpeeseen. Lisäksi huomioiden laitteen käyttöajan ja turvallisuusominaisuudet, 35 kV alijakamo on osoitettu SF₆-kaasulla eristettyyn metalliseen kytkentälaitteeseen. Olemassa oleva kytkentälaiteruutu voi kuitenkin vastata laajennustarpeisiin, ja sähköisen laitteen kokonaisen turvallisuusominaisuus paranee merkittävästi.

Tässä artikkelissa tutkitaan kytkentälaitteen pääkomponenttien mukaan seuraavia testejä: kuoret ja busbarien eristyksen testaus, vakiovirtakatkaisimen testaus, jännitteiden muuntajan testaus, virtamuuntajan testaus, metallioxiidipikkuiskun testaus ja sähkökabelin testaus.

1. Testihankkeiden luokittelu ja järjestys
35 kV alijakamon Bus Section III koostuu 14 ZX2-mallista SF₆-kaasulla eristettyä kytkentälaitetta, jotka muodostavat kaksoisbussijärjestelmän. Kaikki ensimmäiset live-osat ovat asennettu suljetuihin kaasullisesti täytettyihin kuoriin, mikä tekee suorasta ehkäisytestauksesta vaikeaa. Testaus tulee siksi suorittaa muodostamalla testisäikeitä viereisten kytkentälaitteiden avulla. Monet johtavat osat, kuten jännitteiden muuntimet ja busbaarat, käyttävät liitännäisliitoksia. Varmistaaksemme hyvän yhteyden kaikkiin busbar-liitännäisiin, on suoritettava DC-yhteyden vastusmittaukset kaikkiin liitoskohtiin. Testauksen aikana on asennettava väliaikaiset testiliitännäiset kaapeliin upotettaviin paikkoihin toimiakseen testipääsykohtina, mikä lisää testaamisen vaikeutta ja työmäärää. Siksi testausrutiinin tulisi olla järkevästi suunniteltu vähentääkseen työmäärää. Näiden tekijöiden huomioon ottaen 35 kV Bus Section III:n sähköisen laitteen testaus toteutetaan kahdella tavalla: sisäisellä ja ulkoisella kytkentälaitteella.

2. Kytkentälaitteen sisäisten laitteiden ominaisuustestaus
Sisäinen kytkentälaitteessa testaus suoritetaan kahdella kierroksella. Ensimmäisellä kierroksella käytetään alavirtaliitännäisiä; ne ovat helppoja asentaa, vain suoraan upotettuna kytkentälaitteen sisäisiin kaapeliasennuspaikkoihin. Toisella kierroksella korkeavirtaliitännäiset upotetaan kytkentälaitteen sisäisiin kaapeliasennuspaikkoihin ja kiinnitetään ruuvilla tuodakseen testijännitteen testattavan laitteen.

2.1 Ensimmäisen kierroksen testit
2.1.1 Vakiovirtakatkaisimen testaus
Tässä kierroksessa suoritetaan ensin mekaniset ominaisuustestit ja toimintamekanismien testit, molemmat käyttäen katkaisimen dynaamisen ominaisuuden testausta. Kaksi vierekkäistä kytkentälaitetta ryhmitellään yhteen. Kolmifasettiset testisäikeet yhdistetään toisessa päässä, ja toinen pää maanjätetään. Mitanella kaksi sarjaan kytkettyä katkaisimen mekaniset ominaisuudet ja kiertokatupituksen toimintajännitteet erikseen – eli mitattaessa yhden katkaisimen mekanisia ominaisuuksia, toinen katkaisin suljetaan toimimaan testireitinä. Testausmenetelmä on identtinen standardien kanssa. Kaksoisbussijärjestelmän pää- ja apubussien välissä sijaitsevalle 9AH-bus-tie katkaisille se voidaan kytketä sarjaan vasemmanpuoleisen 10AH-katkaisin ja oikeanpuoleisen 8AH-katkaisin (yhteensä kolme katkaisinta) käyttäen 10AH:n ja 8AH:n testireittejä.

2.1.2 Johtavien sähköpiirien ja busbar-liitännäisten DC-yhteyden vastusmittaus
Mitannekaan kaikkien vakiovirtakatkaisinten, pää-/apubussien irrotuskytkinten ja pää-/apubussien liitännäisten yhteyden vastus, vierekkäiset kytkentälaitteet ryhmitellään edelleen parittain, mutta testataan järjestyksessä – eli 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Jokaiselle parille, kun kaksi vierekkäistä kytkentälaitteiden pää- (tai apu-) bussien irrotuskytkimet suljetaan, mitataan vastaavan pää- (tai apu-) bussireitin kolmifasettinen DC-yhteyden vastus. Käytetään silmukkaristikilpailijaa, jonka testivirta on noin 100 A. Esimerkiksi 9AH-bus-tie katkaisille se voidaan samalla tavoin kytketä sarjaan vasemmanpuoleisen 10AH:n ja oikeanpuoleisen 8AH:n muodostaen kaksi testireittiä: 10AH–pääbussi–9AH–apubussi–8AH ja 10AH–apubussi–9AH–pääbussi–8AH. Testausmenetelmä on sama kuin muissa kytkentälaitteissa, vastusarvot ovat noin 200-300 μΩ.

2.1.3 Virtamuuntimen testaus
Kytkentälaitteessa asennettujen kaasulla eristettyjen virtamuuntimien ensisijaiset johtavat osat on suljettu kuoriin; siksi niiden testaus on suoritettava yhtäaikaa sisäisen kytkentälaitteen testauksen kanssa. Tässä kierroksessa suoritetaan ensin suhteetestejä, napojen tarkistukset ja virrutusominaisuuskäyrätestit. Nämä testit suoritetaan käyttäen monitoimista täysin automaattista yleistä muuntintatestausta.

Suhteetesteille ja napojen tarkistuksille: testisäikeen konfiguraatio on sama kuin katkaisimen mekaanisten ominaisuuksien testeissä – eli kaksi vierekkäistä kytkentälaitetta ryhmitellään, heidän katkaisinsa ja saman puolen bussien irrotuskytkimet suljetaan. Korkea virta syötetään vaiheittain, ja sekundaariindusoitu virta vedetään vastaavista sekundaarivirtaterminalista mittamaan kaikkien sarjaan kytkettyjen virtamuuntimien suhde ja nappi. Testausmenetelmä on identtinen standardien kanssa.

Virrutusominaisuuskäyrätestille: tämä testi vaatii vain, että ensimmäinen piiri on auki, ja se voidaan suorittaa milloin tahansa. Ottaen huomioon, että se käyttää samaa testilaitetta ja jakaa samoja sekundaarivirtaterminaaleja suhteetesteille – eli testivirta syötetään vastaavista sekundaarivirtaterminaaleista – se voidaan suorittaa samanaikaisesti suhteetesteille parantaakseen työtehoa.

2.2 Järjestelmän sisäisten laitteiden eristysmitat
Toisessa testikierroksessa suoritetaan samanaikaisesti johdinrakennelman ja busbaarien eristysmitat, mukaan lukien: pistokeiden levottomia osia maahan ja kosketuspisteiden välillä, pää- ja apubusbairien irrotuskytkimen levottomia osia maahan ja kosketuspisteiden välillä, virtasensorin ensimmäisen ja toisen asteen välillä sekä maahan, ja kaikkien sisäisten pää- ja apubusbareiden sekä johtavien osien maahan ja vaiheiden välillä.

Jokaiseen johdinrakennelmaan sovelletaan jännitettä kahdesti. Ensiksi valitun johdinrakennelman avulla pää- ja apubusbaret suljetaan maahan—eli valitun johdinrakennelman pistoke ja sen pää- (tai apu-)busrin irrotuskytkimet suljetaan. Sitten bus-tie-pistoke ja sen pää- ja apubusrin irrotuskytkimet suljetaan, ja väliaikainen maajohde asennetaan kyseisen johdinrakennelman kaapelipistoon, mikä maasi koko pää- ja apubusbarejärjestelmän sisällä rakennelmaa.

Testattavana oleva johdinrakennelma käyttää korkeajännitetestiä pistettä, joka kiinnitetään tiiviisti kaapelipistoon tuodaksensa testijännitteen.

Ensimmäisessä jännitteen soveltamisessa johdinrakennelman pistoke on auki, ja kolmen aseman pääbusrin irrotuskytkin on asetettu maanjohdintaan (tai palveluasentoon, kun bus on maassa muualla), mikä mahdollistaa siedettävyyttä testaamisen virtasensorin ensimmäisen ja toisen asteen välillä sekä maahan, sekä pistokeiden kosketuspisteiden välillä.

Toisessa jännitteen soveltamisessa pistoke on suljettu, ja molemmat pää- ja apubusrin kolmen aseman irrotuskytkimet ovat auki, mikä mahdollistaa siedettävyyttä testaamisen koko pistokejärjestelmälle maahan ja pää- ja apubusrin irrotuskytkinten kosketuspisteiden välillä.

Erikoistapauksessa, bussiyhdistävässä pistokekaistassa 9AH, testit voidaan suorittaa yhdessä pää- ja apubusrin siedettävyyttä testaamisen kanssa, vaadittaen yhteensä kolmea jännitteen soveltamista. Ensimmäisessä jännitteen soveltamisessa bussiyhdistävä pistoke ja pääbusrin irrotuskytkin suljetaan, kun taas apubusrin irrotuskytkin on auki. Apubus siirretään maahan toisen johdinrakennelman kautta, ja testijännite tuodaan pääbusiin tietyn johdinrakennelman kautta. Sitten suoritetaan siedettävyyttä testaaminen pääbusrin järjestelmälle, koko bussiyhdistävälle pistokelle maahan, ja apubusrin irrotuskytkimen kosketuspisteiden välillä, kuten kuvassa 1 näkyy.

Toisessa jännitteen soveltamisessa bussiyhdistävä pistoke ja apubusrin irrotuskytkin suljetaan, kun taas pääbusrin irrotuskytkin avataan. Pääbus siirretään maahan toisen johdinrakennelman kautta, ja testijännite tuodaan apubusiin tietyn johdinrakennelman kautta. Sitten suoritetaan siedettävyyttä testaaminen apubusrin järjestelmälle, koko bussiyhdistävälle pistokelle maahan, ja pääbusrin irrotuskytkimen kosketuspisteiden välillä.

Kolmannessa jännitteen soveltamisessa bussiyhdistävän pistoken kosketuspisteiden välille suoritetaan testi apubusin kautta. Tarkemmin sanottuna bussiyhdistävän apubusrin irrotuskytkin suljetaan, bussiyhdistävä pistoke avataan, ja bussiyhdistävän pääbusrin irrotuskytkin asetetaan "maa"-asentoon. Testijännite tuodaan apubusiin tietyn johdinrakennelman kautta suorittaakseen siedettävyyttä testaamisen bussiyhdistävän pistoken kosketuspisteiden välillä.

3. Johdinrakennelman ulkopuolella suoritettavat testit
Suojavaimujen, jännitelähetyksenmuuntajien ja kaapelen kaltaisilla laitteilla kaikki testit suoritetaan ennen asennusta.

3.1 Metallioxidisuojavaimujen testit
Kaikki 35 kV Bussiosaston III pistokekaistat (paitsi bussiyhdistävä kaista) varustetaan metallioxidisuojavaimuilla, jotka ovat ilman kuilua, suojattuja, pistettävissä. Testit suoritetaan ennen suojavaimujen asentamista. Erityisyysmittari mitataan ennen ja jälkeen testin. DC-korkeajännitegeneraattoria käytetään, ja testit suoritetaan valmistajan ohjeiden mukaisesti:

• DC-viitejännite 1 mA ≥ 73 kV

• Valuma-virta 75% U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Testauksen aikana suojavaimun korkeajännitepisteen päälle on asennettava erityinen eristyseräs; muuten ilmakehossa pinnalliselle sivusuutnauhalle tapahtuu korkeajännitteen ja pienellä etäisyydellä, mikä vahingoittaa suojavaimun pinnallista eristystä—mikä tekee testauksen mahdotonta ja riskiä laitteen vahingoittumiselle.

3.2 Jännitelähetyksenmuuntajien (VT) testit
Yhteensä 14 yksifaseista, pistettävissä, kaasu-eristettyjä sähkökaapelin erityisjännitelähetyksenmuuntajia on asennettu 35 kV Bussiosaston III. Bussi-jännitelähetyksenmuuntajat eroavat linja-jännitelähetyksenmuuntajista siten, että ne sisältävät lisäksi jäännöswindingin nollajärjestysjännitteen mittaukseen.

• Suhteet ja nappeisuuden testit: Monitoimiseen CT/VT-testaajaan käytetään mittamaan jännitesuhdetta ensimmäisen windingin ja jokaisen toisen windingin (mukaan lukien jäännöswinding) välillä ja vahvistamaan nappeisuuden suhteita.

• Innostuksen ominaisuuskäyrä: Samalla testaajalla sovelletaan innostusjännitettä toiseen windingiin, ja innostusominaisuuskäyrä tallennetaan 20%, 50%, 80%, 100% ja 120% toisen windingin nimittäjäjännitteen (eli 20 V, 50 V, 80 V, 100 V ja 120 V).

Testauksen aikana ensimmäisen korkeajännitepisteen päälle on asennettava väliaikainen eristyseräs (sisäinen kartion eristys); muuten pinnalliselle sivusuutnauhalle tapahtuu, mikä vahingoittaa eristystä ja estää testijännitteen saavuttamisen.

• Windingien DC-vastus: Mitan jokaisen VT:n ensimmäisen ja toisen windingin DC-vastusta.

• Vaihtovirtajännitetesti: Koska nämä VT:t on suunniteltu erityisesti kaasupuolustetuille kytkentälaitteille, niiden ulkoisen eristyskyvyn ei pysty kestämään korkeita testijännitteitä kytkentälaitteen ulkopuolella. Siksi ensimmäiseen kytkentään ei tehdä vaihtovirtajännitetestiä. Sen sijaan käytetään aiheutettua jännitetestiä. Tätä aiheutettua testiä voidaan yhdistää virrannopeuden ominaisuustestiin – sovelletaan 120 V jännite toissijaiselle puolelle 1 minuutiksi.

  • Sovella 3 kV vaihtovirtaa (verkkotaajuus) 1 minuutiksi ensimmäisen kytkennän N-terminaalilla ja kaikkien muiden kytkentien/maan välillä.

  • Sovella 2 kV vaihtovirtaa (verkkotaajuus) 1 minuutiksi jokaisen toissijaisen (tai jäännösjänniten) kytkennän ja kaikkien muiden kytkentien/maan välillä.

• Testit apukomponenteille: Mitoita jokaisen VT:n ensimmäisen puolen särövarman DC-vastus ja tarkista neutraalipisteen sytytyskuilun suojan eristysvastus.

4.Varotoimet testaamisen aikana

4.1 Perusedellytykset ennen testaamista

• SF₆-kaasun painemittari on oltava normaalin vihreän alueen sisällä.

• Kytkentälaitteen kotelon on oltava luotettavasti maanjäristys, ja maanjäristyksen vastus on täytettävä vaatimukset.

• Varmista, että kolmen asennon katkaisijoiden ja sulakkeiden todelliset sijainnit ja tilaindicoinnit ovat oikein.

• Kaikki käyttämättömät päätteet testattavassa laitteessa on peitettävä eristyssulkujen avulla.

• Vaihtovirtajännitetesteissä kaapelien lopetusaukot, säteilynsuojien asennusaukot ja VT:n asennusaukot kytkentälaitteissa, jotka saavat jännitettä, on peitettävä erityisillä eristyssulkujen avulla; epäenergisoituja alueita ei tarvitse peittää.

• Varmista, että busbarien päätepäätteet on peitetty eristyssulkujen avulla ja että molemmat päätepäätteet ovat täysin suljettuja.

4.2 Korkeajännitetestien erityispiirteet
VT:n ulkoisen eristyskyvyn riittämättömyyden vuoksi kytkentälaitteen ulkopuolella ensimmäisen kytkennän aiheutettu jännitetesti on yhdistettävä vähäisemmällä jännitteellä tehtävään virrannopeudentestiin, joka ei täysin palauta standardisia kestävyysoloja. Lisäksi DC-yhteyksien kosketusvastusmittaukset heijastavat koko sarjareitin kokonaismuodostumista, mukaan lukien sulakkeet, katkaisijat, bus plug -yhdyntät, ja CT:n ensimmäiset osat, mikä tekee vaikeaksi määrittää, mikä tietty komponentti ylittää sallitut rajat, jos kokonaisarvo poikkeaa säännöistä.

4.3 Korkeajännitetestausmenetelmien erityinen luonne
Koska kaasullisesti tiivistettyjen laitteiden suoraa testaamista ei ole mahdollista, testauspiirit on muodostettava naapurustavan kytkentälaitteen ja busbareiden avulla. Siksi koko 35 kV Bus Section III:n perusteellinen testaus voidaan suorittaa vain, kun busjarjestelmiä ei ole energisoitu. Kuitenkin tietyt testit voidaan suorittaa yksittäisillä epäenergisoituilla bay-segmenteillä:

• Kaikki CT-testit (paitsi suhteet)

• Sulakkeiden kosketusvirran ja linjanpuolen osien kestävyystestit

• Sulakkeiden mekaaniset ominaisuustestit (paitsi bus-tie-sulake)

• Kaikki irrotettavien komponenttien, kuten kaapelien, säteilynsuojien ja VT:n testit

4.4 Testausstandardien erityishuomioon otettavat asiat
Sisäisten vaihtovirtajännitetestien aikana, koska sulakkeet, katkaisijat, CT:t ja busbareit testataan samanaikaisesti, testijännitteen on oltava rajoitettu niiden alimpaan kestävyyttä koskevaan arvoon – 76 kV (CT-standardi) – mikä johtaa muihin komponentteihin kohdistuvan stressin tasojen olleen alhaisempia. Toissijaiset kytkentät on nopeasti palautettava alkuperäiseen wiringuun testaamisen jälkeen, jotta vältetään huonot yhteydet tai avoimet piirit.

5.Yhteenveto
Kompaktin kaasupuolustetun kytkentälaitteen korkeajännitetestaus sisältää ainutlaatuisia haasteita ja hyvin monimutkaisia toimintovaatimuksia. Siksi on olennaista ymmärtää laitteiden ominaisuudet. Sovellettavan testauslaitteiston ja menetelmien valitseminen näiden ominaisuuksien mukaan sekä tehokkaiden testausproseduurien ja standardien yhteenveto tarjoaa arvokasta viitetietoa ja teknistä perustaa samankaltaisten insinööriongelman ratkaisemiseksi.