Testeringsmetoder for nylig installert 35 kV GIS gassisoleret spenningsbryter

GIS (gassisoleret spenningsutstyr) tilbyr fordeler som kompakt struktur, fleksibel drift, pålitelig låsning, lang levetid, drift uten vedlikehold og liten arealbruk. Det har også mange uerstattelige fordeler med hensyn til isolasjonsytelse, miljøvennlighet og energibesparelse, og blir i økende grad brukt i industri- og gruvebedrifter, flyplasser, jernbaner, tunnelbane, vindkraftverk og andre felt.

En vis bedrifts 35 kV innendørs transformasjonssentral var opprinnelig utstyrt med luftisoleret spenningsutstyr bestående av 10 sektioner. Denne oppgraderingen legger til 4 nye sektioner. Imidlertid kan den opprinnelige områdestørrelsen ikke akkommodere de utvidede sektionskravene. I tillegg, med tanke på utstyrets alder og sikkerhetsytelse, blir 35 kV transformasjonssentralen retrofittet med SF₆ gassisoleret metallomsluttet spenningsutstyr. Eksisterende rom for spenningsutstyr kan møte utvidelsesbehovet, og den totale sikkerhetsytelsen til elektrisk utstyr vil bli betydelig forbedret.

Denne artikkelen studerer, ifølge de viktigste komponentene i spenningsutstyret, følgende tester: omslags- og busbarisolasjonstester, vakuumbrytertester, spenningstransformeroretester, strømtransformeroretester, metallsurkopplysningsbeskyttertest og stromkabletester.

1.Testklassifisering og sekvensplanlegging
Buss III av en 35 kV transformasjonssentral består av et dobbeltbussystem dannet av 14 ZX2-type SF₆ gassisoleret spenningsutstyr. Alle primære ledende deler inne i kabinetten er installert i hermetisk lukket gassfylt omslag, noe som gjør direkte forebyggende testing vanskelig. Testing må derfor utføres ved å danne testløkker ved hjelp av nabo spenningsutstyr. Mange leddende deler, som spenningstransformatorer og busser, bruker plug-in forbindelser. For å sikre god kontakt ved alle bus plug-koblinger, må DC kontaktmotstandsmålinger utføres på alle koblinger. Under testing må midlertidige testplugg innmonteres i kabelkontakter for å fungere som testtilgangspunkter, noe som øker testvanskeligheten og arbeidsbelastningen. Derfor bør testsekvensen fornuftig planlegges for å minimere arbeidsbelastningen. Med tanke på ovennevnte faktorer, implementeres elektriske utstyrstester for 35 kV Buss III via to metoder: interne kabinetttester og eksterne kabinetttester.

2.Karakteristiske tester av utstyr inne i spenningsutstyret
Interne kabinetttester utføres i to runder. I den første runden brukes lavspenningstrøm-injeksjonstestplugg, som er lett å montere - bare settes direkte inn i kabelfestningskontakter inne i spenningsutstyret. I den andre runden settes høyspenningstestplugg inn i kabelfestningskontakter inne i spenningsutstyret og fastes med skruer for å introdusere testspenning i det utstyr som skal testes.

2.1 Første rundes tester
2.1.1 Vakuumbrytertester
I denne runden utføres først mekaniske karakteristikktester og operasjonsmekanismetester, begge ved hjelp av en dynamisk karakteristikktester for brytere. To nabo spenningsutstyr grupperes sammen. Trefasetestledninger kobles til på den ene enden, mens den andre enden er jordet. Mekaniske karakteristikk og spoleoperasjonspenning for de to seriekoblede bryterne måles separat - altså når man måler mekaniske karakteristikk for en bryter, er den andre bryteren lukket for å fungere som testvei. Testmetoden er identisk med standardprosedyrer. For bus-tie bryterseksjon 9AH, som forbinder hoved- og hjelpebusser i dobbeltbussystemet, kan den kobles i serie med venstre bryter 10AH og høyre bryter 8AH (totalt tre brytere) for å benytte testveiene til 10AH og 8AH.

2.1.2 DC kontaktmotstandstest av leddende sirkler og busplug-koblinger
For å måle kontaktmotstanden for alle vakuum-brytere, hoved-/hjelpebus disconnectorer og hoved-/hjelpebus plug-koblinger, grupperes fortsatt nabo spenningsutstyr parvis, men testes sekvensielt - altså 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. For hvert par, når hoved- (eller hjelpe-) bus disconnectorer for de to nabo spenningsutstyrene er lukket, måles trefasen DC kontaktmotstand for den korrespondende hoved- (eller hjelpe-) bus veien. En løpemotstandstester brukes med en teststrøm på ca. 100 A. For eksempel, for bus-tie bryter 9AH, kan den på samme måte kobles i serie med venstre 10AH og høyre 8AH for å danne to testveier: 10AH–hovedbus–9AH–hjelpebus–8AH og 10AH–hjelpebus–9AH–hovedbus–8AH. Testmetoden er den samme som for andre spenningsutstyr, med motstandsverdier som ligger mellom 200 og 300 μΩ.

2.1.3 Strømtransformeroretester
De primære leddende delene av gasisolerede dedikerte strømtransformatorer installert inne i kabinetten er lukket inn i omslaget; derfor må deres tester fullføres samtidig under interne kabinetttester. I denne runden utføres først forholdstester, polaritetskontroller og oppladningskarakteristikk kurvetester. Disse testene utføres ved hjelp av en multifunksjonell fullautomatisk helhetlig transformeror tester.

For forholdstester og polaritetskontroller: testkretsoppsettet er konsistent med brytermekaniske karakteristiktetser - altså to nabo spenningsutstyr grupperes, med deres brytere og samme side bus disconnectorer lukket. Høy strøm injiseres fas for fas, og sekundært inducet strøm trekkes fra de korrespondende sekundære strømkontakter for å måle forholdet og polariteten til alle seriekoblede strømtransformatorer i løkken. Testmetoden er identisk med standardprosedyrer.

For oppladningskarakteristikk kurvetest: denne testen krever kun at primærkretsen er åpen og kan utføres når som helst. Ettersom den bruker samme testutstyr og deler de samme sekundære strømkontakter som forholdstesten - altså teststrøm injiseres gjennom de korrespondende sekundære strømkontakter - kan den utføres samtidig med forholdstesten for å forbedre arbeids effektiviteten.

2.2 Isolasjonstester av utstyr inne i skapene
I den andre runden av tester utføres isolasjonstester av skap og samlerledere samtidig, inkludert: isolasjonstester av strømbryterens spenningsførende deler til jord og over kontaktene, isolasjonstester av hoved-/hjelpesamler-ledeskilte spenningsførende deler til jord og over kontaktene, isolasjonstester av strømtransformerens primær til sekundær og til jord, samt isolasjonstester av alle interne hoved-/hjelpesamlerledere og ledende deler til jord og mellom faser.

Hvert skap blir utsatt for spenning to ganger. Først jordes hoved- og hjelpesamlerlederne inne i skapet gjennom et valgt skap – dvs. at strømbryteren og enten hoved- (eller hjelpesamler-) ledeskillebryteren i det valgte skapet er lukket. Deretter lukkes bryteren for sambryterkobling og dens hoved-/hjelpesamler-ledeskillebrytere, og en midlertidig jordingleder installeres på kabeluttaket til dette skapet, noe som jorder hele hoved- og hjelpesamlerledersystemet inne i skapet.

Skapet som testes bruker en høyspent testplugg, som skrus godt fast i kabeluttaket for å innføre testspenningen.

Ved første spenningssetting til skapet er strømbryteren åpen, og treposisjons-hovedsamler-ledeskillebryteren er satt til jordingsposisjon (eller satt til driftsposisjon med samler jordet et annet sted), noe som tillater spenningsholdetest mellom strømtransformerens primær-til-sekundær og primær-til-jord, samt over strømbryterens kontakter.

Ved andre spenningssetting er strømbryteren lukket, og både hoved- og hjelpesamler-treposisjons-ledeskillebrytere er i åpen posisjon, noe som muliggjør spenningsholdetest av hele strømbryteranlegget til jord og over hoved-/hjelpesamler-ledeskillebryterens kontakter.

For det spesielle sambryterskapet 9AH kan testene planlegges sammen med hoved- og hjelpesamler-spenningsholdetestene, og krever totalt tre spenningssett. Ved første spenningssetting er sambryteren og hovedsamler-ledeskillebryteren lukket, mens hjelpesamler-ledeskillebryteren er åpen. Hjelpesamleren jordes via et annet skap, og testspenningen føres inn på hovedsamleren via et bestemt skap. Spenningsholdetest utføres deretter på hovedsamler-systemet, hele sambryteren til jord og kontaktgapet til hjelpesamler-ledeskillebryteren, som vist i figur 1.

Ved andre spenningssetting er sambryteren og hjelpesamler-ledeskillebryteren lukket, mens hovedsamler-ledeskillebryteren er åpen. Hovedsamleren jordes via et annet skap, og testspenningen føres inn på hjelpesamleren via et bestemt skap. En spenningsholdetest utføres deretter på hjelpesamler-systemet, hele sambryteren til jord og kontaktgapet til hovedsamler-ledeskillebryteren.

Ved tredje spenningssetting testes kontaktgapet til sambryteren via hjelpesamleren. Spesifikt er hjelpesamler-ledeskillebryteren lukket, sambryteren åpen, og hovedsamler-ledeskillebryteren satt til «jord»-posisjon. Testspenningen føres inn på hjelpesamleren via et bestemt skap for å utføre spenningsholdetesten på kontaktgapet til sambryteren.

3. Tester utført utenfor skapene
For utstyr som overspenningsavledere, spenningstransformatorer og kabler utføres alle tester før installasjon.

3.1 Metalloxid-overspenningsavleder-tester
Alle strømbryterskap på 35 kV bussnitt III (unntatt sambryterskapet) er utstyrt med metall-oxid, glatte, skjermede, plug-in overspenningsavledere. Testing utføres før avlederinstallasjon. Isolasjonsmotstand måles både før og etter testen. En DC høyspentgenerator brukes, og tester utføres i henhold til produsentens spesifikasjoner:

• DC referanse-spenning ved 1 mA ≥ 73 kV

• Leakstrøm ved 75 % av U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Under testing må det monteres en dedikert isolerende hylse på høyspentterminalen til avlederen; ellers vil overflateutladning oppstå i omgivende luft på grunn av høy spenning og lite klaring, noe som skader avlederens overflateisolasjon – og gjør test umulig og risiko for utstyrsdannelse.

3.2 Spenningstransformator (VT)-tester
Totalt 14 enfasede, plug-in, gass-isolerte skapspesifikke spenningstransformatorer er installert på 35 kV bussnitt III. Buss-VT-er skiller seg fra linje-VT-er ved at de inkluderer en ekstra restvikling for nullsekvensspenningmåling.

• Forhold og polaritetstester: En multifunksjonell CT/VT-tester brukes til å måle spenningsforholdet mellom primærviklingen og hver sekundærvikling (inkludert restviklingen) og bekrefte polaritetsrelasjoner.

• Magnetiserings-karakteristikk-kurve: Med samme tester påføres magnetiseringsspenning til sekundærviklingen, og magnetiseringskurven registreres ved 20 %, 50 %, 80 %, 100 % og 120 % av sekundær nominell spenning (dvs. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V og 120 V).

Under testing må det monteres en midlertidig isolerende kappe (indre konisk isolator) på primære høyspentterminal; ellers vil overflateutladning oppstå, skade isolasjonen og hindre at testspenningen nås.

• DC motstand i viklinger: Den DC-motstanden til både primær- og sekundærviklingene til hver VT måles.

• AC Withstand Voltage Test: Siden disse VT-ene er spesielt utviklet for gassisoleret spenningskontroll, kan deres eksterne isolasjon ikke tåle høye prøvevoltage når de prøves utenfor kabinetet. Derfor utføres det ingen AC-spenningsprøve på primærspolen. I stedet brukes en induksjonsspenningstest. Denne induksjonsprøven kan kombineres med oppladningskarakteristikkprøven—ved å anvende spenning i 1 minutt på 120 V på sekundær siden.

• Anvend 3 kV AC (nettspenning) i 1 minutt mellom primærspolens terminal N og alle andre spoler/jord.

• Anvend 2 kV AC (nettspenning) i 1 minutt mellom hver sekundær (eller rest) spole og alle andre spoler/jord.

• Prøver på hjelpemidler: Mål DC-motstand på primærsidens sikring for hver VT, og sjekk isolasjonsmotstanden til jordpunktets gnistavstandsforsvar.

4.Forberedelser under prøving

4.1 Grunnleggende forhold før prøving

• SF₆-gasspressurmeteret må indikere innenfor den normale grønne skalaen.

• Kontaktkabinetet må være pålitelig jordet, med jordmotstand som oppfyller kravene.

• Verifiser at de faktiske posisjonene og statusindikatorer for tre-posisjon-skillekontakter og strømbrytere er korrekte.

• Alle ubrukte koblinger på prøveutstyret må være forseglet med isolerende stopper.

• Under AC-spenningsprøver må kabelferdigheter, lynnedslagmonteringshull og VT-monteringshull i bays som mottar spenning, forsegles med dedikerte isolerende stopper; ikke-energerte områder trenger ikke å forsegles.

• Bekreft at busbar-endene er forseglet med isolerende stopper, og at begge endekabinet er fullt lukket.

4.2 Spesielle egenskaper ved høyvoltsprøver
På grunn av utilstrekkelig ekstern isolasjonsevne hos VT-ene utenfor kabinetet, må induksjonsspenningstesten på primærspolen kombineres med oppladningsprøven ved redusert spenning, noe som ikke fullt ut repliserer standard spenningsprøveforhold. I tillegg reflekterer DC-kontaktmotstands målinger den totale motstanden i hele seriebanen, inkludert strømbrytere, skillekontakter, bus plug forbindelser og CT-primærer, noe som gjør det vanskelig å identifisere hvilken spesifikk komponent som overskrider tillatte grenser hvis totalverdien er utenfor spesifikasjonen.

4.3 Spesiell natur av høyvoltsprøvemetoder
Siden direkte testing av utstyr som er forseglet inne i gassfylte kabinetter er umulig, må prøvekretser dannes ved bruk av nabo kontaktkabinetenheter og busbarer. Derfor kan kun en helhetlig testing av hele 35 kV Bus Section III utføres når bus-systemet er frakoblet. Imidlertid kan visse tester utføres på individuelle frakoblede bays:

• Alle CT-tester (unntatt forholdstester)

• Spenningsprøver på strømbrytere kontaktfelt og linjesider

• Mekaniske karakteristikktester av strømbrytere (unntatt bus-tie strømbryter)

• Alle tester på demonteble komponenter som kabler, lynnedslag og VT-er

4.4 Spesielle overveielser for prøvestandarder
Under interne AC-spenningsprøver, da strømbrytere, skillekontakter, CT-er og busbarer testes samtidig, må prøvevoltage begrenses til den laveste spenningsprøvegrensen blant dem—76 kV (CT-standard)—som resulterer i lavere enn optimal stressnivå for andre komponenter. Etter fjerning av sekundære spoler for testing, må original ledning raskt gjenopprettes for å unngå dårlig kontakt eller åpne kretser.

5.Konklusjon
Høyvoltsprøving av kompakt gassisoleret spenningskontroll innebærer unike utfordringer og høyt komplekse driftskrav. Derfor er en grundig forståelse av utstyrs egenskaper nødvendig. Valg av passende prøveutstyr og metoder tilpasset disse egenskapene, og sammendrag av effektive prøveprosedyrer og standarder, gir verdiabel referanse og teknisk grunnlag for løsning av lignende ingeniørutfordringer.