Testmethoden voor nieuw geïnstalleerde 35 kV GIS Gasgeïsoleerde Schakelkasten
GIS (Gas-Insulated Switchgear) biedt voordelen zoals een compacte structuur, flexibele bediening, betrouwbare interlocking, lange levensduur, onderhoudsvrije werking en een klein oppervlak. Het beschikt ook over vele onvervangbare voordelen op het gebied van isolatieprestatie, milieuvriendelijkheid en energiebesparing, en wordt steeds vaker toegepast in industriële en mijnbouwondernemingen, luchthavens, spoorwegen, metro's, windenergiecentrales en andere sectoren.
De 35 kV binnensubstation van een bepaald bedrijf was oorspronkelijk uitgerust met luchtgeïsoleerde schakelapparatuur bestaande uit 10 vakken. Deze upgrade voegt 4 nieuwe vakken toe. Het oorspronkelijke terreinoppervlak kan echter niet voldoen aan de vereisten voor uitbreiding. Bovendien wordt, gezien de jarenlange gebruiksduur en veiligheidsprestaties van de apparatuur, het 35 kV-substation gerenoveerd met SF₆ gasgeïsoleerde metalen ingesloten schakelapparatuur. Het bestaande schakelapparatuurruimteoppervlak kan voldoen aan de uitbreidingsvereisten, en de algehele veiligheidsprestaties van de elektrische apparatuur zullen aanzienlijk verbeteren.
In dit artikel worden, volgens de belangrijkste componenten van de schakelapparatuur, de volgende tests afzonderlijk bestudeerd: behuizing- en busbar isolatietests, vacuümschakelaartests, spanningsomzetters-tests, stroomtransformatorstests, tests van metaaloxide overspanningsafleiders en vermogenskabeltests.
1. Classificatie van testitems en volgorde-indeling
Busafdeling III van een 35 kV substation bestaat uit een dubbele-bus systeem gevormd door 14 ZX2-type SF₆ gasgeïsoleerde schakelapparatuureenheden. Alle primaire onder spanning staande delen binnen de kasten zijn geïnstalleerd in gesloten gasvullende behuizingen, waardoor direct preventief testen moeilijk is. De tests moeten daarom worden uitgevoerd door testkringen te vormen met behulp van aangrenzende schakelapparatuureenheden. Veel geleidende delen, zoals spanningsomzetters en busbars, gebruiken plug-in verbindingen. Om goede contacten op alle busbar-stekerverbindingen te garanderen, moeten DC-contactweerstandsmetingen op alle verbindingen worden uitgevoerd. Tijdens de tests moeten tijdelijke teststekkers worden geïnstalleerd in kabelsokkels om als toegangspunten voor testen te fungeren, wat de testmoeilijkheid en -werklast verhoogt. Daarom moet de testvolgorde redelijk worden gepland om de werklast te minimaliseren. Gezien bovenstaande factoren wordt de elektrische apparatuurtest voor de 35 kV Busafdeling III uitgevoerd via twee methoden: interne kasttests en externe kasttests.
2. Kenmerkende tests van apparatuur binnen de schakelapparatuur
Interne kasttests worden in twee rondes uitgevoerd. In de eerste ronde worden laagspanning stroominjectieteststekkers gebruikt; deze stekkers zijn eenvoudig te installeren—gewoon rechtstreeks in de kabelinstallatiesokkels binnen de schakelapparatuur invoegen. In de tweede ronde worden hoogspanningsteststekkers in de kabelinstallatiesokkels binnen de schakelapparatuur ingevoegd en vastgeschroefd om testspanning in te voeren naar de te testen apparatuur.
2.1 Eerste ronde tests
2.1.1 Vacuümschakelaartests
In deze ronde worden eerst mechanische kenmerkentests en bedieningsmechanismetests uitgevoerd, beide met behulp van een dynamische kenmerkentester voor schakelaars. Twee aangrenzende schakelapparatuureenheden worden samen gegroepeerd. Driefasige testleidingen worden aan één uiteinde aangesloten, en het andere uiteinde wordt geaard. De mechanische kenmerken en spoelbedieningsspanningen van de twee in serie geschakelde schakelaars worden afzonderlijk gemeten—dat wil zeggen, wanneer de mechanische kenmerken van één schakelaar worden gemeten, wordt de andere schakelaar gesloten om als testpad te dienen. De testmethode is identiek aan standaardprocedures. Voor de buskoppelingsonderbrekerbak 9AH, die de hoofd- en hulpbus van het dubbele-bussysteem verbindt, kan deze in serie worden geschakeld met de linkeronderbreker 10AH en de rechteronderbreker 8AH (totaal drie onderbrekers) om de testpaden van 10AH en 8AH te gebruiken.
2.1.2 DC-contactweerstandstest van geleidende kringen en bus-stekerverbindingen
Om de contactweerstand van alle vacuümschakelaars, hoofd/hulpbus-scheiderschakelaars en hoofd/hulpbus-stekerverbindingen te meten, worden aangrenzende schakelapparatuureenheden nog steeds per twee samengevoegd, maar sequentieel getest—dat wil zeggen, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Voor elk paar wordt, wanneer de hoofd (of hulp) bus-scheiderschakelaars van de twee aangrenzende schakelapparatuureenheden gesloten zijn, de driefasige DC-contactweerstand van het overeenkomstige hoofd (of hulp) buspad gemeten. Er wordt gebruikgemaakt van een lusweerstandstester met een teststroom van ongeveer 100 A. Bijvoorbeeld, voor de buskoppelingsonderbreker 9AH, kan deze op dezelfde manier in serie worden geschakeld met de linker 10AH en de rechter 8AH om twee testpaden te vormen: 10AH–hoofdbus–9AH–hulpbus–8AH en 10AH–hulpbus–9AH–hoofdbus–8AH. De testmethode is hetzelfde als voor andere schakelapparatuureenheden, met weerstandswaarden tussen 200 en 300 μΩ.
2.1.3 Stroomtransformatorstests
De primaire geleidende delen van de binnen de kast geïnstalleerde gasgeïsoleerde speciale stroomtransformatoren zijn verzegeld binnen de behuizing; daarom moeten hun tests gelijktijdig worden voltooid tijdens interne kasttests. In deze ronde worden eerst verhoudingstests, polariteitscontroles en excitatiekarakteristieke curve-tests uitgevoerd. Deze tests worden uitgevoerd met behulp van een multifunctionele volautomatische geïntegreerde transformatortester.
Voor verhoudingstests en polariteitscontroles: de testkringconfiguratie is consistent met die van de mechanische kenmerkentests van de schakelaar—dat wil zeggen, twee aangrenzende schakelapparatuureenheden worden gegroepeerd, met hun schakelaars en zelfde-kant bus-scheiderschakelaars gesloten. Hoge stroom wordt fasegewijs geïnjecteerd, en secundaire geïnduceerde stromen worden getrokken uit de overeenkomstige secundaire stroomterminals om de verhouding en polariteit van alle in serie geschakelde stroomtransformatoren in de kring te meten. De testmethode is identiek aan standaardprocedures.
Voor de excitatiekarakteristieke curve-test: deze test vereist alleen dat de primaire kring open is en kan op elk moment worden uitgevoerd. Aangezien deze dezelfde testapparatuur gebruikt en dezelfde secundaire stroomterminals deelt als de verhoudingstest—dat wil zeggen, teststroom wordt ingevoerd via de overeenkomstige secundaire stroomterminals—kan deze gelijktijdig met de verhoudingstest worden uitgevoerd om de arbeidsefficiëntie te verbeteren.
2.2 Isolatietests van apparatuur binnen de schakelkast
Tijdens de tweede ronde tests worden isolatietests van de schakelkast en busbars gelijktijdig uitgevoerd, waaronder: isolatietests van de onderdelen van het circuitbreker die onder spanning staan ten opzichte van de aarde en tussen de contacten, isolatietests van de hoofd/hulpbus-uitschakelaar onderdelen die onder spanning staan ten opzichte van de aarde en tussen de contacten, isolatietests van de primaire naar de secundaire stroomversterker en naar de aarde, en isolatietests van alle interne hoofd/hulpbusbars en geleidende delen ten opzichte van de aarde en tussen de fasen.
Elke schakelkast wordt twee keer blootgesteld aan een spanning. Eerst worden de hoofd- en hulpbusbalken binnen de kast via een geselecteerde schakelkast met de aarde verbonden—dat wil zeggen, de circuitbreker en ofwel de hoofd- (of hulp-) bus-uitschakelaar van de geselecteerde schakelkast worden gesloten. Vervolgens worden de bus-tie-circuitbreker en zijn hoofd/hulpbus-uitschakelaars gesloten, en wordt een tijdelijke aardingsdraad aangebracht aan de kabelstopcontact van die schakelkast, waardoor het hele hoofd- en hulpbusbarsysteem binnen de kast met de aarde verbonden is.
De schakelkast die getest wordt, maakt gebruik van een hoogspanningstestplug, die stevig in het kabelstopcontact wordt gedraaid om de testspanning in te voeren.
Tijdens de eerste toepassing van de spanning op de schakelkast, is de circuitbreker open, en de drie-posities-hoofdbus-uitschakelaar staat in de aardingpositie (of staat in de bedieningspositie met de bus elders aangesloten), waardoor spanningstesten kunnen worden uitgevoerd tussen de primaire naar secundaire stroomversterker en primaire naar de aarde, evenals over de contacten van de circuitbreker.
Tijdens de tweede toepassing van de spanning, is de circuitbreker gesloten, en staan zowel de hoofd- als hulpbus drie-posities-uitschakelaars in de open positie, waardoor spanningstesten van de gehele circuitbrekerassemblage ten opzichte van de aarde en over de hoofd/hulpbus-uitschakelaar contacten mogelijk zijn.
Voor de speciale bus-tie-circuitbreker cel 9AH kunnen de tests samen worden ingepland met de hoofd- en hulpbus spanningstesten, wat in totaal drie spanningstoepassingen vereist. Tijdens de eerste toepassing van de spanning, zijn de bus-tie-circuitbreker en de hoofdbus-uitschakelaar gesloten, terwijl de hulpbus-uitschakelaar open staat. De hulpbus wordt via een andere schakelkast met de aarde verbonden, en de testspanning wordt via een bepaalde schakelkast in de hoofdbus geïntroduceerd. Spanningstesten worden dan uitgevoerd op het hoofdbus systeem, de gehele bus-tie-circuitbreker ten opzichte van de aarde, en de hulpbus-uitschakelaar contactgap, zoals weergegeven in Figuur 1.
Tijdens de tweede toepassing van de spanning, zijn de bus-tie-circuitbreker en de hulpbus-uitschakelaar gesloten, terwijl de hoofdbus-uitschakelaar open staat. De hoofdbus wordt via een andere schakelkast met de aarde verbonden, en de testspanning wordt via een bepaalde schakelkast in de hulpbus geïntroduceerd. Er wordt dan een spanningstest uitgevoerd op het hulpbus systeem, de gehele bus-tie-circuitbreker ten opzichte van de aarde, en de contactgap van de hoofdbus-uitschakelaar.
Tijdens de derde toepassing van de spanning, wordt de contactgap van de bus-tie-circuitbreker getest via de hulpbus. Specifiek, de hulpbus-uitschakelaar van de bus-tie is gesloten, de bus-tie-circuitbreker is open, en de hoofdbus-uitschakelaar van de bus-tie staat in de “aarde” positie. De testspanning wordt via een bepaalde schakelkast in de hulpbus geïntroduceerd om de spanningstest op de contactgap van de bus-tie-circuitbreker uit te voeren.
3.Tests buiten de schakelkast
Voor apparatuur zoals bliksemafleiders, spanningstransformatoren en kabels, worden alle tests voltooid voordat ze geïnstalleerd worden.
3.1 Tests van metaloxide-bliksemafleiders
Alle circuitbrekercellen op Bussectie III van 35 kV (met uitzondering van de bus-tiecel) zijn uitgerust met metaloxide, gaploze, afgeschermd, plug-in bliksemafleiders. De tests worden voor de installatie van de bliksemafleider uitgevoerd. De isolatieweerstand wordt zowel voor als na de test gemeten. Een DC-hoogspanningsgenerator wordt gebruikt, en de tests worden volgens de fabrikantsspecificaties uitgevoerd:
DC-referentiespanning bij 1 mA ≥ 73 kV
Lekkastroom bij 75% van U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Tijdens de test moet er een speciale isolerende mouw op de hoogspanningsklem van de bliksemafleider worden aangebracht; anders zal in de omringende lucht, door de hoge spanning en kleine afstand, een oppervlakteflitsing optreden, wat de oppervlakteisolatie van de bliksemafleider kan beschadigen—waardoor de test onmogelijk wordt en het risico bestaat dat de apparatuur wordt beschadigd.
3.2 Spanningstransformator (VT) Tests
Er zijn in totaal 14 enkelefasige, plug-in, gasgeïsoleerde kastspecifieke spanningstransformatoren geïnstalleerd op Bussectie III van 35 kV. Busspanningstransformatoren verschillen van lijnspanningstransformatoren doordat ze een extra residuale winding hebben voor nulsequentie-spanningsmeting.
Verhouding- en polariteitstests: Een multifunctionele CT/VT-tester wordt gebruikt om de spanningverhouding tussen de primaire winding en elke secundaire winding (inclusief de residuale winding) te meten en de polariteitsrelaties te verifiëren.
Opwekkingkenmerkencurve: Met dezelfde tester wordt opwekkingsspanning toegepast op de secundaire winding, en de opwekkingcurve wordt vastgelegd bij 20%, 50%, 80%, 100% en 120% van de secundaire nominale spanning (d.w.z. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V en 120 V).
Tijdens de test moet er een tijdelijke isolerende dop (binnenkegel-isolator) op de primaire hoogspanningsklem worden aangebracht; anders zal er een oppervlakteflitsing optreden, waardoor de isolatie beschadigd wordt en de testspanning niet bereikt kan worden.
DC-weerstand van windingen: De DC-weerstand van zowel de primaire als de secundaire windingen van elke VT wordt gemeten.
AC Spanningdrukteken: Aangezien deze VT's specifiek zijn ontworpen voor gasgeïsoleerde schakelkasten, kunnen hun externe isolatie niet hoge testspanningen verdragen wanneer ze buiten de kast worden getest. Daarom wordt er geen netfrequentie AC spanningstest uitgevoerd op de primaire winding. In plaats daarvan wordt een geïnduceerde spanningsproef gebruikt. Deze geïnduceerde proef kan worden gecombineerd met de opwekkingskenlijnproef - het toepassen van een spanning van 120 V gedurende 1 minuut aan de secundaire zijde.
Pas 3 kV AC (netfrequentie) toe gedurende 1 minuut tussen de primaire windingterminal N en alle andere windingen/aarde.
Pas 2 kV AC (netfrequentie) toe gedurende 1 minuut tussen elke secundaire (of resterende) winding en alle andere windingen/aarde.
Tests op hulpcomponenten: Meet de gelijkstroomweerstand van de primaire-zijde fusens van elke VT en controleer de isolatieweerstand van de neutrale punt vonkgapbescherming.
4.Voorzorgsmaatregelen Tijdens de Test
4.1 Basisvoorwaarden Voordat de Test Wordt Uitgevoerd
De SF₆ gasdruk meter moet binnen het normale groene bereik aangeven.
De behuizing van de schakelkast moet betrouwbaar aangesloten zijn op aarde, met een aardingweerstand die voldoet aan de eisen.
Controleer of de werkelijke posities en statusindicatoren van drie-positieafbrekers en schakelaars correct zijn.
Alle ongebruikte stopcontacten op het te testen apparaat moeten worden afgedicht met isolerende doppen.
Tijdens AC spanningstests moeten kabelterminatiegaten, bliksemafleidermontagegaten en VT montagegaten in secties die spanning ontvangen, worden afgedicht met speciale isolerende doppen; niet-geënergieerde gebieden hoeven niet te worden afgedicht.
Bevestig dat de busbarenden zijn afgedicht met isolerende doppen en dat beide eindkasten volledig gesloten zijn.
4.2 Bijzondere Kenmerken van Hoogspanningstests
Vanwege onvoldoende externe isolatiesterkte van VT's buiten de kast, moet de geïnduceerde spanningsproef op de primaire winding worden gecombineerd met de opwekkingsproef bij verminderde spanning, wat niet volledig de standaard spanningstestcondities weerspiegelt. Bovendien weerspiegelen DC contactweerstandmetingen de totale weerstand van het gehele seriepad - inclusief schakelaars, afbrekers, busplugverbindingen en CT primaire windingen - waardoor het moeilijk is om te bepalen welk specifiek component de toegestane grenzen overschrijdt als de totale waarde buiten de specificaties ligt.
4.3 Bijzondere Aard van Hoogspanningstestmethoden
Omdat directe tests op apparatuur die binnen gasgevulde behuizingen is verzegeld, onmogelijk zijn, moeten testcircuits worden gevormd met behulp van aangrenzende schakelkasten en busbars. Daarom kan alleen een grondige test van de gehele 35 kV Bus Sectie III worden uitgevoerd wanneer het bus systeem is afgesloten. Echter, bepaalde tests kunnen worden uitgevoerd op individuele afgesloten secties:
Alle CT-tests (behalve ratio-tests)
Spanningstests op schakelaarkontaktgaten en lijnzijde secties
Mechanische kenlijntests van schakelaars (behalve de buskoppelschakelaar)
Alle tests op verwijderbare componenten zoals kabels, overvoltageschermen en VT's
4.4 Bijzondere Overwegingen voor Testnormen
Tijdens interne AC spanningstests, aangezien schakelaars, afbrekers, CT's en busbars gelijktijdig worden getest, moet de testspanning worden beperkt tot de laagste spanningstestwaarde onder hen - 76 kV (de CT-norm) - wat resulteert in lagere stresniveaus voor andere componenten. Na het verwijderen van secundaire windingen voor testen, moet de oorspronkelijke bedrading snel worden hersteld om slechte contacten of open circuits te voorkomen.
5.Conclusie
Hoogspanningstests van compacte gasgeïsoleerde schakelkasten brengen unieke uitdagingen en hoog complexe operationele eisen met zich mee. Daarom is een grondig begrip van de eigenschappen van het apparaat essentieel. Het selecteren van geschikte testapparatuur en methodologieën die op deze eigenschappen zijn afgestemd, en het samenvatten van effectieve testprocedures en normen, biedt waardevolle referentie en technische basis voor het oplossen van vergelijkbare ingenieursuitdagingen.
