Metody testowania nowo zainstalowanego szafy GIS o napięciu 35 kV
GIS (zasilane gazem przestawiacze) oferuje takie zalety jak kompaktowa struktura, elastyczna obsługa, niezawodne zabezpieczenia, długotrwała eksploatacja, bezobsługowa praca i mały wymiar. Posiada również wiele niezastąpionych zalet w zakresie izolacji, przyjazności dla środowiska i oszczędzania energii, co sprawia, że jest coraz częściej stosowane w przemyśle, kopalniach, portach lotniczych, kolei, metrze, stacjach wiatrowych i innych dziedzinach.
Wewnątrzhalowy podstacja 35 kV pewnego przedsiębiorstwa była pierwotnie wyposażona w przestawiacze z izolacją powietrzną składające się z 10 sekcji. Ta modernizacja dodaje 4 nowe sekcje. Jednakże oryginalna powierzchnia terenu nie może pomieścić rozszerzonych wymagań sekcji. Ponadto, biorąc pod uwagę lata użytkowania sprzętu i jego bezpieczeństwo, 35-kilowoltowa podstacja jest przebudowywana z użyciem metalowych zamkniętych przestawiaczy z izolacją SF₆. Istniejące pomieszczenie dla przestawiaczy może spełnić wymagania dotyczące rozszerzenia, a ogólna wydajność bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych zostanie znacząco poprawiona.
Ten artykuł bada, na podstawie głównych komponentów przestawiacza, następujące testy: testy izolacji obudowy i szyn, testy przerywacza próżniowego, testy transformatorów napięciowych, testy transformatorów prądowych, testy ograniczników przepięć z tlenku metali i testy kabli energetycznych.
1. Klasyfikacja i kolejność testów
Sekcja III szyn 35 kV składa się z systemu podwójnych szyn utworzonych przez 14 jednostek gazowych przestawiaczy typu ZX2 z izolacją SF₆. Wszystkie główne części pod napięciem wewnątrz szaf są zamontowane w hermetycznych obudowach wypełnionych gazem, co utrudnia bezpośrednie testy zapobiegawcze. Testowanie musi być więc prowadzone poprzez tworzenie obwodów testowych przy użyciu sąsiednich przestawiaczy. Wiele części przewodzących, takich jak transformatory napięciowe i szyny, używa połączeń wtycznych. Aby zapewnić dobry kontakt we wszystkich wtyczkowych połączeniach szyn, należy wykonać pomiary oporu styku stałoprądowego na wszystkich połączeniach. Podczas testów należy zainstalować tymczasowe wtyczki testowe w gniazdach kablowych, aby służyły jako punkty dostępu do testów, co zwiększa trudność i objętość pracy testowej. Dlatego kolejność testów powinna być odpowiednio zaplanowana, aby zmniejszyć objętość pracy. Biorąc pod uwagę powyższe czynniki, testowanie urządzeń elektrycznych w Sekcji III szyn 35 kV jest realizowane dwoma metodami: testami wewnątrz szaf i testami na zewnątrz szaf.
2. Charakterystyczne testy urządzeń wewnątrz przestawiacza
Testy wewnątrz szaf są przeprowadzane w dwóch rundach. W pierwszej rundzie używane są łatwe do zainstalowania wtyczki do wprowadzania niskiego napięcia - wystarczy je po prostu włożyć bezpośrednio do gniazd montażowych kabli wewnątrz przestawiacza. W drugiej rundzie wtyczki wysokiego napięcia są wstawiane do gniazd montażowych kabli wewnątrz przestawiacza i mocowane śrubami, aby wprowadzić napięcie testowe do badanego urządzenia.
2.1 Testy pierwszej rundy
2.1.1 Testy przerywacza próżniowego
W tej rundzie najpierw wykonuje się testy charakterystyk mechanicznych i mechanizmu działania, oba za pomocą testera dynamicznych charakterystyk przerywacza. Dwie sąsiednie jednostki przestawiacza są grupowane razem. Przewody testowe trójfazowe są podłączone z jednej strony, a druga strona jest zaziomiona. Oddzielnie mierzone są charakterystyki mechaniczne i napięcia robocze cewek dwóch szeregowo połączonych przerywaczy - to znaczy, gdy mierzone są charakterystyki mechaniczne jednego przerywacza, drugi przerywacz jest zamknięty, aby służyć jako ścieżka testowa. Metoda testowa jest identyczna z procedurami standardowymi. Dla przestawiacza łącznika szyn 9AH, który łączy główne i pomocnicze szyny systemu podwójnych szyn, można go połączyć szeregowo z lewym przerywaczem 10AH i prawym przerywaczem 8AH (razem trzy przerywacze), aby wykorzystać ścieżki testowe 10AH i 8AH.
2.1.2 Test oporu styku stałoprądowego obwodów przewodzących i połączeń wtycznych szyn
Aby zmierzyć opór styku wszystkich przerywaczy próżniowych, odłączników głównych/pomocniczych szyn i połączeń wtycznych głównych/pomocniczych szyn, sąsiednie jednostki przestawiacza są nadal grupowane parami, ale testowane sekwencyjnie - to znaczy 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Dla każdej pary, gdy odłączniki główne (lub pomocnicze) szyn sąsiednich jednostek przestawiacza są zamknięte, mierzy się trójfazowy opór styku stałoprądowy odpowiedniej ścieżki głównej (lub pomocniczej) szyny. Używany jest tester oporu pętli z prądem testowym około 100 A. Na przykład, dla przestawiacza łącznika szyn 9AH, można go podobnie połączyć szeregowo z lewym 10AH i prawym 8AH, aby utworzyć dwie ścieżki testowe: 10AH– główna szyna – 9AH – pomocnicza szyna – 8AH i 10AH – pomocnicza szyna – 9AH – główna szyna – 8AH. Metoda testowa jest taka sama jak dla innych jednostek przestawiacza, z wartościami oporu w zakresie 200 do 300 μΩ.
2.1.3 Testy transformatorów prądowych
Główne części przewodzące dedykowanych transformatorów prądowych z izolacją gazową zamontowanych wewnątrz szafy są zamknięte w obudowie; dlatego ich testy muszą być jednocześnie wykonane podczas testów wewnątrz szafy. W tej rundzie najpierw wykonuje się testy proporcji, sprawdzanie polarności i testy krzywych charakterystyk pobudzenia. Te testy są wykonane za pomocą wielofunkcyjnego automatycznego testera transformatorów.
Dla testów proporcji i sprawdzania polarności: konfiguracja obwodu testowego jest zgodna z testami charakterystyk mechanicznych przerywacza - to znaczy, dwie sąsiednie jednostki przestawiacza są grupowane, z zamkniętymi przerywaczami i odłącznikami szyn z tej samej strony. Wprowadza się duży prąd fazowo, a prądy wtórne są pobierane z odpowiednich terminali prądów wtórnych, aby zmierzyć proporcję i polarność wszystkich transformatorów prądowych połączonych szeregowo w obwodzie. Metoda testowa jest identyczna z procedurami standardowymi.
Dla testu krzywej charakterystyk pobudzenia: ten test wymaga tylko, aby obwód główny był otwarty, i może być wykonany w dowolnym momencie. Biorąc pod uwagę, że używa tego samego sprzętu testowego i dzieli te same terminale prądów wtórnych co test proporcji - to znaczy, prąd testowy jest wprowadzany przez odpowiednie terminale prądów wtórnych - może być wykonany jednocześnie z testem proporcji, aby zwiększyć efektywność pracy.
2.2 Testy izolacji sprzętu wewnątrz zasobnika rozdzielczego
W drugiej rundzie testów przeprowadza się jednoczesne testy izolacji zasobnika i szyn, w tym: testy izolacji żywej części wyłącznika do ziemi i między kontaktami, testy izolacji głównej/pomocniczej żywej części przełącznika odgałęźnikowego do ziemi i między kontaktami, testy izolacji pierwotnej transformatora prądowego do wtórnej i do ziemi, oraz testy izolacji wszystkich wewnętrznych głównych/pomocniczych szyn i części przewodzących do ziemi i między fazami.
Każdy zasobnik podlega dwukrotnej aplikacji napięcia. Najpierw, główne i pomocnicze szyny wewnątrz szafy są zazemione poprzez wybrany zasobnik — tzn., wyłącznik i główny (lub pomocniczy) przełącznik odgałęźnikowy wybranego zasobnika są zamknięte. Następnie, wyłącznik łączący szyny i jego główne/pomocnicze przełączniki odgałęźnikowe są zamknięte, a tymczasowy przewód ziemny jest zainstalowany na gniazdzie kablowym tego zasobnika, co powoduje zazemienie całego systemu głównych i pomocniczych szyn wewnątrz szafy.
Zasobnik poddawany testom używa wysokonapięciowego wtycznika testowego, który jest mocno zakręcony w gniazdko kablowe, aby wprowadzić napięcie testowe.
Podczas pierwszej aplikacji napięcia do zasobnika, jego wyłącznik jest otwarty, a trójpozycyjny główny przełącznik odgałęźnikowy ustawiony jest na pozycję ziemienia (lub ustawiony na pozycję służbową z szyną zazemioną gdzie indziej), co pozwala na przeprowadzenie testów wytrzymałościowych między pierwotną a wtórną częścią transformatora prądowego, pierwotną a ziemią, oraz między kontaktami wyłącznika.
Podczas drugiej aplikacji napięcia, wyłącznik jest zamknięty, a zarówno główne, jak i pomocnicze trójpozycyjne przełączniki odgałęźnikowe są w pozycji otwartej, co umożliwia przeprowadzenie testów wytrzymałościowych całego zestawu wyłącznika do ziemi i między kontaktami głównego/pomocniczego przełącznika odgałęźnikowego.
Dla specjalnego biegu wyłącznika łączącego szyny 9AH, testy mogą być zaplanowane razem z testami wytrzymałościowymi głównych i pomocniczych szyn, wymagając trzech aplikacji napięcia. Podczas pierwszej aplikacji napięcia, wyłącznik łączący szyny i główny przełącznik odgałęźnikowy są zamknięte, podczas gdy pomocniczy przełącznik odgałęźnikowy jest otwarty. Pomocnicza szyna jest zazemiona poprzez inny zasobnik, a napięcie testowe jest wprowadzane do głównej szyny przez określony zasobnik. Następnie przeprowadza się testy wytrzymałościowe systemu głównej szyny, całego wyłącznika łączącego szyny do ziemi, oraz luki kontaktowej pomocniczego przełącznika odgałęźnikowego, jak pokazano na Rysunku 1.
Podczas drugiej aplikacji napięcia, wyłącznik łączący szyny i pomocniczy przełącznik odgałęźnikowy są zamknięte, podczas gdy główny przełącznik odgałęźnikowy jest otwarty. Główna szyna jest zazemiona poprzez inny zasobnik, a napięcie testowe jest wprowadzane do pomocniczej szyny przez określony zasobnik. Następnie przeprowadza się test wytrzymałościowy systemu pomocniczej szyny, całego wyłącznika łączącego szyny do ziemi, oraz luki kontaktowej głównego przełącznika odgałęźnikowego.
Podczas trzeciej aplikacji napięcia, luka kontaktowa wyłącznika łączącego szyny jest testowana poprzez pomocniczą szynę. Dokładniej, pomocniczy przełącznik odgałęźnikowy wyłącznika łączącego szyny jest zamknięty, wyłącznik łączący szyny jest otwarty, a główny przełącznik odgałęźnikowy wyłącznika łączącego szyny jest ustawiony na pozycję „ziemia”. Napięcie testowe jest wprowadzane do pomocniczej szyny przez określony zasobnik, aby przeprowadzić test wytrzymałościowy luki kontaktowej wyłącznika łączącego szyny.
3.Testy przeprowadzane poza zasobnikiem
Dla urządzeń takich jak zderzaki, transformatory napięcia i kable, wszystkie testy są wykonane przed montażem.
3.1 Testy zderzaków metalowo-tlenkowych
Wszystkie biegi wyłączników na sekcji III szyny 35 kV (z wyjątkiem biegu łączącego szyny) są wyposażone w zderzaki metalowo-tlenkowe, bezprzewodowe, ekranowane, wtyczne. Testowanie jest przeprowadzane przed montażem zderzaka. Opor izolacyjny jest mierzony przed i po teście. Używa się generatora wysokiego napięcia DC, a testy są przeprowadzane zgodnie ze specyfikacjami producenta:
Napięcie DC odniesienia przy 1 mA ≥ 73 kV
Prąd przeciekowy przy 75% U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Podczas testowania, na wysokonapięciowym zakończeniu zderzaka musi być zainstalowana dedykowana izolująca rurka; w przeciwnym razie, w środowisku atmosferycznym, powstanie powierzchniowe rozbłyskiwanie spowodowane wysokim napięciem i małą odległością, uszkadzając powierzchnię izolacji zderzaka — co uniemożliwi przeprowadzenie testu i stwarza ryzyko uszkodzenia urządzenia.
3.2 Testy transformatora napięcia (TN)
Na sekcji III szyny 35 kV zainstalowanych jest łącznie 14 jednofazowych, wtycznych, gazowo-izolowanych transformatorów napięcia specyficznych dla szafy. Transformatory napięcia szyny różnią się od transformatorów napięcia linii tym, że zawierają dodatkową zwiniętą cewkę do pomiaru napięcia zerowego.
Testy proporcji i polaryzacji: Do pomiaru stosunku napięć między cewką pierwotną a każdą cewką wtórną (w tym cewką resztkową) oraz weryfikacji relacji polaryzacji używany jest wielofunkcyjny tester CT/TN.
Krzywa charakterystyki pobudzenia: Korzystając z tego samego testera, napięcie pobudzające jest podawane do cewki wtórnej, a krzywa charakterystyki pobudzenia jest rejestrowana przy 20%, 50%, 80%, 100% i 120% napięcia nominalnego wtórnego (tj. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V i 120 V).
Podczas testowania, na wysokonapięciowym zakończeniu pierwotnym musi być zainstalowana tymczasowa izolująca nakładka (izolator stożkowy wewnętrzny); w przeciwnym razie, powstanie powierzchniowe rozbłyskiwanie, uszkadzając izolację i uniemożliwiając osiągnięcie napięcia testowego.
Opor DC cewek: Mierzy się opór DC zarówno cewek pierwotnych, jak i wtórnych każdego TN.
Test wytrzymałości na napięcie przemiennego prądu: Ponieważ te VT są specjalnie zaprojektowane do gazowych przełączników izolowanych, ich zewnętrzna izolacja nie jest w stanie wytrzymać wysokich napięć testowych poza szafą. Dlatego nie wykonuje się testu wytrzymałości na napięcie przemiennego prądu na cewce pierwotnej. Zamiast tego stosuje się test napięcia indukowanego. Ten test indukowany może być połączony z testem charakterystyki pobudzenia—napięcie 120 V zastosowane na stronie wtórnej przez 1 minutę.
Zastosuj 3 kV AC (częstotliwość sieciowa) przez 1 minutę między terminalem N cewki pierwotnej a wszystkimi innymi cewkami/ziemią.
Zastosuj 2 kV AC (częstotliwość sieciowa) przez 1 minutę między każdą cewką wtórną (lub rezydualną) a wszystkimi innymi cewkami/ziemią.
Testy elementów pomocniczych: Pomiary oporu stałoprądowego bezpiecznika strony pierwotnej każdego VT i sprawdzenie oporu izolacyjnego ochrony przeciwprzepustowej punktu neutralnego.
4.Uwagi podczas testowania
4.1 Podstawowe warunki przed testowaniem
Wskaźnik ciśnienia gazu SF₆ musi wskazywać wartość w normalnym zakresie zielonym.
Obudowa przełącznika musi być solidnie zazemiona, z oporem ziemnym spełniającym wymagania.
Sprawdź, czy rzeczywiste pozycje i wskaźniki stanu trójpozycyjnych rozłączników i wyłączników są poprawne.
Wszystkie nieużywane gniazda urządzenia poddanego testowi muszą być zabezpieczone izolującymi plugami.
Podczas testów wytrzymałości na napięcie przemiennego prądu, otwory końców kabli, otwory montażowe ograniczników i otwory montażowe VT w sekcjach odbierających napięcie muszą być zabezpieczone dedykowanymi izolującymi plugami; obszary nieenergizowane nie wymagają zabezpieczenia.
Potwierdź, że końce magistrali są zabezpieczone izolującymi plugami, a obie końcowe szafy są całkowicie zamknięte.
4.2 Specjalne cechy testów wysokiego napięcia
Z powodu niewystarczającej siły izolacji zewnętrznej VT poza szafą, test napięcia indukowanego na cewce pierwotnej musi być połączony z testem pobudzenia przy obniżonym napięciu, co nie w pełni replikuje standardowe warunki wytrzymałości. Ponadto pomiary oporu kontaktowego stałe prądu odzwierciedlają całkowity opór całej szeregowo połączonej ścieżki, w tym wyłączników, rozłączników, połączeń wtyków magistrali i cewek pierwotnych CT, co utrudnia dokładne określenie, który konkretny element przekracza dopuszczalne granice, jeśli całkowita wartość jest poza normą.
4.3 Specyficzny charakter metod testów wysokiego napięcia
Ponieważ bezpośredni test urządzeń zamkniętych w gazowych obudowach jest niemożliwy, obwody testowe muszą być tworzone za pomocą sąsiednich jednostek przełączników i magistrali. Dlatego kompleksowe testowanie całej sekcji magistrali 35 kV III może być przeprowadzone tylko, gdy system magistrali jest de-energizowany. Jednak niektóre testy mogą być przeprowadzone na pojedynczych de-energizowanych sekcjach:
Wszystkie testy CT (poza testami proporcji)
Testy wytrzymałości na napięcie przeciwnika wyłączników i sekcji linii
Testy charakterystyk mechanicznych wyłączników (poza wyłącznikiem łączącym magistrali)
Wszystkie testy elementów wymiennych, takich jak kablice, ograniczniki, i VT
4.4 Specjalne uwagi dotyczące standardów testowych
Podczas wewnętrznych testów wytrzymałości na napięcie przemiennego prądu, ponieważ jednocześnie testowane są wyłączniki, rozłączniki, CT i magistrale, napięcie testowe musi być ograniczone do najniższej wartości wytrzymałości wśród nich—76 kV (standard CT)—co prowadzi do niższego niż optymalny poziomu naprężeń dla innych komponentów. Po usunięciu cewek wtórnych do testów, oryginalne połączenia muszą być szybko przywrócone, aby uniknąć słabego kontaktu lub otwartych obwodów.
5.Podsumowanie
Testy wysokiego napięcia kompaktowych gazowych przełączników izolowanych wiążą się z unikalnymi wyzwaniami i bardzo skomplikowanymi wymaganiami operacyjnymi. Dlatego kluczowe znaczenie ma dokładne zrozumienie charakterystyk sprzętu. Wybieranie odpowiedniego sprzętu testowego i metodologii dostosowanych do tych cech oraz podsumowanie efektywnych procedur i standardów testowych stanowi cenny materiał referencyjny i techniczne podstawy do rozwiązywania podobnych problemów inżynieryjnych.
