Metodi di prova per il nuovo impianto di apparati a isolamento a gas GIS da 35 kV
Gli apparati di interconnessione isolati a gas (GIS) offrono vantaggi come struttura compatta, flessibilità operativa, interlock affidabile, lunga durata di servizio, manutenzione ridotta e piccola impronta. Possiedono inoltre molti vantaggi insostituibili in termini di prestazioni isolate, amichevolezza ambientale ed economia energetica, e sono sempre più utilizzati in imprese industriali e minerarie, aeroporti, ferrovie, metropolitane, stazioni eoliche e altri settori.
La sottostazione interna a 35 kV di un'impresa era originariamente dotata di apparati di interconnessione isolati ad aria con 10 celle. Questo aggiornamento aggiunge 4 nuove celle. Tuttavia, l'area del sito originale non può ospitare i requisiti delle celle espandibili. Inoltre, considerando gli anni di servizio dell'attrezzatura e le sue prestazioni di sicurezza, la sottostazione a 35 kV sta venendo riconvertita con attrezzature metalliche chiuse a tenuta ermetica e isolate a gas SF₆. L'area esistente della stanza degli apparati di interconnessione può soddisfare i requisiti di espansione, e le prestazioni di sicurezza complessive dell'attrezzatura elettrica saranno significativamente migliorate.
Questo articolo studia, in base ai componenti principali degli apparecchi, i seguenti test rispettivamente: test di isolamento della carcassa e della barra di alimentazione, test dell'interruttore a vuoto, test del trasformatore di tensione, test del trasformatore di corrente, test del parafuoco a ossido metallico, e test dei cavi d'alimentazione.
1.Classificazione e sequenza dei test
La sezione III della barra a 35 kV di una sottostazione è costituita da un sistema a doppia barra formato da 14 unità di apparati di interconnessione isolati a gas SF₆ tipo ZX2. Tutte le parti viventi primarie all'interno degli armadi sono installate all'interno di involucri sigillati riempiti di gas, rendendo difficile il testing preventivo diretto. Pertanto, i test devono essere condotti formando circuiti di test utilizzando unità di apparati di interconnessione adiacenti. Molte parti conduttrici, come i trasformatori di tensione e le barre di alimentazione, utilizzano connessioni a presa. Per garantire un buon contatto in tutte le giunzioni a presa delle barre di alimentazione, devono essere effettuate misurazioni della resistenza di contatto continua su tutte le giunzioni. Durante i test, devono essere installate prese di test temporanee nelle prese dei cavi per fungere da punti di accesso al test, il che aumenta la difficoltà e il carico di lavoro del test. Pertanto, la sequenza di test dovrebbe essere ragionevolmente organizzata per minimizzare il carico di lavoro. Considerando i fattori sopra menzionati, i test dell'attrezzatura elettrica per la sezione III della barra a 35 kV vengono implementati attraverso due metodi: test interni agli armadi e test esterni agli armadi.
2.Test caratteristici dell'attrezzatura all'interno degli apparati di interconnessione
I test interni agli armadi vengono eseguiti in due turni. Nel primo turno, vengono utilizzate prese di test a bassa tensione per l'iniezione di corrente; queste prese sono facili da installare—semplicemente inserite direttamente nelle prese di installazione dei cavi all'interno degli apparati di interconnessione. Nel secondo turno, vengono inserite prese di test ad alta tensione nelle prese di installazione dei cavi all'interno degli apparati di interconnessione e fissate con viti per introdurre la tensione di prova nell'attrezzatura sottoposta a test.
2.1 Test del primo turno
2.1.1 Test dell'interruttore a vuoto
In questo turno, vengono prima eseguiti i test delle caratteristiche meccaniche e dell'organismo di manovra, entrambi utilizzando un tester dinamico delle caratteristiche dell'interruttore. Vengono raggruppate due unità di apparati di interconnessione adiacenti. I cavi di prova trifase vengono collegati a un'estremità, mentre l'altra estremità viene messa a terra. Le caratteristiche meccaniche e le tensioni di funzionamento delle bobine dei due interruttori in serie vengono misurate separatamente—cioè, quando si misurano le caratteristiche meccaniche di un interruttore, l'altro interruttore viene chiuso per servire come percorso di prova. Il metodo di test è identico alle procedure standard. Per la cella dell'interruttore di collegamento alla barra 9AH, che collega le barre principale e ausiliaria del sistema a doppia barra, può essere collegata in serie con l'interruttore sinistro 10AH e l'interruttore destro 8AH (tre interruttori totali) per utilizzare i percorsi di prova di 10AH e 8AH.
2.1.2 Test della resistenza di contatto continua dei circuiti conduttori e delle giunzioni a presa della barra
Per misurare la resistenza di contatto di tutti gli interruttori a vuoto, degli interruttori disgiuntori principale/ausiliario e delle giunzioni a presa della barra principale/ausiliaria, le unità di apparati di interconnessione adiacenti vengono ancora raggruppate a coppie, ma testate in sequenza—cioè, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Per ogni coppia, quando gli interruttori disgiuntori principale (o ausiliario) delle due unità di apparati di interconnessione adiacenti sono chiusi, viene misurata la resistenza di contatto continua trifase del percorso principale (o ausiliario) corrispondente. Viene utilizzato un tester di resistenza di anello con una corrente di prova di circa 100 A. Ad esempio, per l'interruttore di collegamento alla barra 9AH, può essere analogamente collegato in serie con il lato sinistro 10AH e il lato destro 8AH per formare due percorsi di prova: 10AH–barra principale–9AH–barra ausiliaria–8AH e 10AH–barra ausiliaria–9AH–barra principale–8AH. Il metodo di test è lo stesso per le altre unità di apparati di interconnessione, con valori di resistenza che variano da 200 a 300 μΩ.
2.1.3 Test del trasformatore di corrente
Le parti conduttrici primarie dei trasformatori di corrente dedicati isolati a gas installati all'interno dell'armadio sono sigillate all'interno dell'involucro; pertanto, i loro test devono essere completati simultaneamente durante i test interni all'armadio. In questo turno, vengono prima eseguiti i test di rapporto, controlli di polarità e curve caratteristiche di eccitazione. Questi test vengono eseguiti utilizzando un tester multifunzione completamente automatico per trasformatori.
Per i test di rapporto e controlli di polarità: la configurazione del circuito di prova è coerente con quella dei test delle caratteristiche meccaniche dell'interruttore—cioè, vengono raggruppate due unità di apparati di interconnessione adiacenti, con i loro interruttori e gli interruttori disgiuntori dello stesso lato chiusi. Viene iniettata una corrente elevata fase per fase, e le correnti indotte secondarie vengono estratte dai terminali di corrente secondaria corrispondenti per misurare il rapporto e la polarità di tutti i trasformatori di corrente collegati in serie nel circuito. Il metodo di test è identico alle procedure standard.
Per il test della curva caratteristica di eccitazione: questo test richiede solo che il circuito primario sia aperto e può essere eseguito in qualsiasi momento. Considerando che utilizza la stessa attrezzatura di prova e condivide gli stessi terminali di corrente secondaria del test di rapporto—cioè, la corrente di prova viene iniettata attraverso i terminali di corrente secondaria corrispondenti—può essere eseguito simultaneamente al test di rapporto per migliorare l'efficienza del lavoro.
2.2 Prove di isolamento degli apparecchi all'interno dell'apparecchiatura elettrica
Nella seconda serie di prove, vengono eseguite contemporaneamente le prove di isolamento dell'apparecchiatura elettrica e dei sbarre, incluse: prove di isolamento delle parti attive dell'interruttore verso terra e tra i contatti, prove di isolamento delle parti attive del sezionatore della sbarra principale/ausiliaria verso terra e tra i contatti, prove di isolamento del primario del trasformatore di corrente verso il secondario e verso terra, e prove di isolamento di tutte le sbarre principali/ausiliarie interne e delle parti conduttive verso terra e tra le fasi.
Ogni unità dell'apparecchiatura elettrica è sottoposta due volte all'applicazione della tensione. In primo luogo, le sbarre principali e ausiliarie all'interno dell'armadio vengono messe a terra attraverso un'unità selezionata dell'apparecchiatura elettrica, ovvero l'interruttore e il sezionatore della sbarra principale (o ausiliaria) dell'unità selezionata vengono chiusi. Successivamente, l'interruttore di collegamento delle sbarre e i suoi sezionatori delle sbarre principali/ausiliarie vengono chiusi, e un cavo di messa a terra temporaneo viene installato nella presa del cavo di quell'unità dell'apparecchiatura elettrica, mettendo così a terra l'intero sistema delle sbarre principali e ausiliarie all'interno dell'armadio.
L'unità dell'apparecchiatura elettrica in prova utilizza un tappo di prova ad alta tensione, che viene avvitato saldamente nella presa del cavo per introdurre la tensione di prova.
Durante la prima applicazione della tensione all'unità dell'apparecchiatura elettrica, il suo interruttore è aperto e il sezionatore trifase della sbarra principale è posizionato sulla posizione di messa a terra (oppure in posizione di servizio con la sbarra messa a terra altrove), consentendo così le prove di resistenza dielettrica tra il primario e il secondario del trasformatore di corrente, tra il primario e terra, nonché tra i contatti dell'interruttore.
Durante la seconda applicazione della tensione, l'interruttore è chiuso e entrambi i sezionatori trifase delle sbarre principali e ausiliarie sono in posizione aperta, permettendo le prove di resistenza dielettrica dell'intero insieme dell'interruttore verso terra e tra i contatti dei sezionatori delle sbarre principali/ausiliarie.
Per il vano speciale dell'interruttore di collegamento delle sbarre 9AH, le prove possono essere programmate insieme alle prove di resistenza dielettrica delle sbarre principali e ausiliarie, richiedendo complessivamente tre applicazioni di tensione. Durante la prima applicazione di tensione, l'interruttore di collegamento delle sbarre e il sezionatore della sbarra principale sono chiusi, mentre il sezionatore della sbarra ausiliaria è aperto. La sbarra ausiliaria viene messa a terra attraverso un'altra unità dell'apparecchiatura elettrica e la tensione di prova viene introdotta nella sbarra principale tramite una certa unità dell'apparecchiatura elettrica. Vengono quindi effettuate prove di resistenza dielettrica sul sistema della sbarra principale, sull'intero interruttore di collegamento delle sbarre verso terra e sullo spazio tra i contatti del sezionatore della sbarra ausiliaria, come mostrato nella Figura 1.
Durante la seconda applicazione della tensione, l'interruttore di collegamento delle sbarre e il sezionatore della sbarra ausiliaria sono chiusi, mentre il sezionatore della sbarra principale è aperto. La sbarra principale viene messa a terra attraverso un'altra unità dell'apparecchiatura elettrica e la tensione di prova viene introdotta nella sbarra ausiliaria tramite una certa unità dell'apparecchiatura elettrica. Viene quindi eseguita una prova di resistenza dielettrica sul sistema della sbarra ausiliaria, sull'intero interruttore di collegamento delle sbarre verso terra e sullo spazio tra i contatti del sezionatore della sbarra principale.
Durante la terza applicazione della tensione, lo spazio tra i contatti dell'interruttore di collegamento delle sbarre viene provato tramite la sbarra ausiliaria. In particolare, il sezionatore della sbarra ausiliaria dell'interruttore di collegamento delle sbarre è chiuso, l'interruttore di collegamento delle sbarre è aperto e il sezionatore della sbarra principale dell'interruttore di collegamento delle sbarre è posizionato sulla "terra". La tensione di prova viene introdotta nella sbarra ausiliaria attraverso una certa unità dell'apparecchiatura elettrica per effettuare la prova di resistenza dielettrica sullo spazio tra i contatti dell'interruttore di collegamento delle sbarre.
3. Prove eseguite all'esterno dell'apparecchiatura elettrica
Per apparecchiature come gli scaricatori di sovratensione, i trasformatori di tensione e i cavi, tutte le prove vengono completate prima dell'installazione.
3.1 Prove sugli scaricatori a ossido metallico
Tutti i vani degli interruttori sulla Sezione III della sbarra a 35 kV (escluso il vano del collegamento delle sbarre) sono equipaggiati con scaricatori a ossido metallico, senza interstizi, schermati, plug-in. Le prove vengono effettuate prima dell'installazione dello scaricatore. La resistenza di isolamento viene misurata sia prima che dopo la prova. Viene utilizzato un generatore di alta tensione in corrente continua e le prove vengono eseguite secondo le specifiche del produttore:
Tensione di riferimento in corrente continua a 1 mA ≥ 73 kV
Corrente di dispersione al 75% di U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Durante la prova, deve essere installato un manicotto isolante dedicato sul terminale ad alta tensione dello scaricatore; altrimenti, nell'aria ambiente, si verificherà un flashover superficiale a causa dell'elevata tensione e del piccolo spazio, danneggiando l'isolamento superficiale dello scaricatore, rendendo impossibile la prova e rischiando danni all'apparecchiatura.
3.2 Prove sui trasformatori di tensione (VT)
Sulla Sezione III della sbarra a 35 kV sono installati complessivamente 14 trasformatori di tensione monofase, plug-in, specifici per armadi isolati a gas. I VT delle sbarre differiscono dai VT delle linee perché includono un ulteriore avvolgimento residuo per la misura della tensione omopolare.
Prove di rapporto e polarità: Si utilizza un tester multifunzionale CT/VT per misurare il rapporto di tensione tra l'avvolgimento primario e ciascun avvolgimento secondario (incluso l'avvolgimento residuo) e verificare le relazioni di polarità.
Curva caratteristica di eccitazione: Utilizzando lo stesso tester, si applica una tensione di eccitazione all'avvolgimento secondario e si registra la curva di eccitazione al 20%, 50%, 80%, 100% e 120% della tensione nominale secondaria (ovvero 20 V, 50 V, 80 V, 100 V e 120 V).
Durante la prova, deve essere installato un cappuccio isolante temporaneo (isolatore a cono interno) sul terminale ad alta tensione primario; altrimenti si verificherà un flashover superficiale, danneggiando l'isolamento e impedendo il raggiungimento della tensione di prova.
Resistenza in corrente continua degli avvolgimenti: Viene misurata la resistenza in corrente continua sia degli avvolgimenti primari che secondari di ogni VT.
Prova di tenuta a tensione alternata: Poiché questi VT sono progettati specificamente per l'armadio a isolamento a gas, la loro isolazione esterna non può sopportare alte tensioni di prova quando vengono testati al di fuori dell'armadio. Pertanto, non viene eseguita alcuna prova di tenuta a tensione alternata a frequenza di rete sulla bobina primaria. Invece, viene utilizzata una prova di tensione indotta. Questa prova indotta può essere combinata con la prova delle caratteristiche di eccitazione—applicando una tensione di 120 V sul lato secondario per 1 minuto.
Applicare 3 kV CA (frequenza di rete) per 1 minuto tra il terminale N della bobina primaria e tutte le altre bobine/terra.
Applicare 2 kV CA (frequenza di rete) per 1 minuto tra ciascuna bobina secondaria (o residua) e tutte le altre bobine/terra.
Prove sui componenti ausiliari: Misurare la resistenza a corrente continua del fusibile del lato primario di ciascun VT e verificare la resistenza d'isolamento del protettore a scintilla del punto neutro.
4.Precauzioni durante le prove
4.1 Condizioni di base prima delle prove
Il manometro della pressione del gas SF₆ deve indicare all'interno della normale gamma verde.
L'involucro dell'apparato commutatore deve essere affidabilmente collegato a terra, con resistenza di terra conforme ai requisiti.
Verificare che le posizioni effettive e gli indicatori di stato dei disgiuntori trifase e degli interruttori siano corretti.
Tutte le prese non utilizzate sull'attrezzatura in prova devono essere sigillate con tappi isolanti.
Durante le prove di tenuta a tensione alternata, i fori di terminazione dei cavi, i fori di montaggio dei parafulmini e i fori di montaggio dei VT nelle celle sottoposte a tensione devono essere sigillati con tappi isolanti dedicati; le aree non alimentate non richiedono sigillatura.
Confermare che le estremità della barra di raccordo siano sigillate con tappi isolanti e che entrambi gli armadi alle estremità siano completamente chiusi.
4.2 Caratteristiche speciali delle prove ad alta tensione
A causa dell'insufficiente robustezza dell'isolamento esterno dei VT al di fuori dell'armadio, la prova di tensione indotta sulla bobina primaria deve essere combinata con la prova di eccitazione a tensione ridotta, che non riproduce pienamente le condizioni standard di tenuta. Inoltre, le misurazioni della resistenza di contatto a corrente continua riflettono la resistenza totale del percorso seriale complessivo, inclusi interruttori, disgiuntori, giunti di barra di raccordo e primari di CT, rendendo difficile identificare quale componente specifico superi i limiti ammissibili se il valore totale è fuori specifica.
4.3 Naturalezza speciale dei metodi di prova ad alta tensione
Essendo impossibile testare direttamente l'attrezzatura sigillata all'interno di involucri riempiti di gas, i circuiti di prova devono essere formati utilizzando unità di apparecchiature di commutazione adiacenti e barre di raccordo. Pertanto, un test completo dell'intera Sezione III della Barra 35 kV può essere eseguito solo quando il sistema di barra è disconnesso. Tuttavia, alcune prove possono essere eseguite su singole celle disconnesse:
Tutte le prove su CT (eccetto le prove di rapporto)
Prove di tenuta sugli intervalli di contatto degli interruttori e sulle sezioni laterali alla linea
Prove delle caratteristiche meccaniche degli interruttori (eccetto l'interruttore di collegamento della barra)
Tutte le prove su componenti rimovibili come cavi, parafulmini e VT
4.4 Considerazioni speciali per gli standard di prova
Durante le prove interne di tenuta a tensione alternata, poiché interruttori, disgiuntori, CT e barre di raccordo vengono testati simultaneamente, la tensione di prova deve essere limitata al valore di tenuta più basso tra essi—76 kV (lo standard del CT)—risultando in livelli di sollecitazione inferiori all'ottimale per altri componenti. Dopo aver rimosso le bobine secondarie per la prova, l'impianto originale deve essere prontamente ripristinato per evitare contatti poveri o circuiti aperti.
5.Conclusione
La prova ad alta tensione di attrezzature compatte a isolamento a gas presenta sfide uniche e requisiti operativi altamente complessi. Pertanto, una comprensione approfondita delle caratteristiche dell'attrezzatura è essenziale. La selezione di attrezzature e metodologie di prova appropriate a queste caratteristiche, e la sintesi di procedure e standard di prova efficaci, fornisce un riferimento e una base tecnica preziosi per risolvere simili sfide ingegneristiche.
