Методы испытаний для вновь установленного 35 кВ ГИС газонаполненного выключателя
ГИР (газоизолированные комплектные распределительные устройства) обладают преимуществами, такими как компактная конструкция, гибкость в эксплуатации, надежная блокировка, длительный срок службы, отсутствие необходимости в техническом обслуживании и небольшая занимаемая площадь. Кроме того, они имеют множество неоспоримых преимуществ в плане изоляционных характеристик, экологичности и энергосбережения и всё шире применяются на промышленных и горнодобывающих предприятиях, в аэропортах, на железных дорогах, в метрополитенах, ветровых электростанциях и других объектах.
Внутренняя подстанция одного предприятия на 35 кВ изначально была оснащена воздушно-изолированными комплектными распределительными устройствами, состоящими из 10 ячеек. В рамках модернизации добавляется 4 новых ячейки. Однако имеющаяся площадь помещения не может вместить расширенное количество ячеек. Кроме того, с учётом срока эксплуатации оборудования и его показателей безопасности, подстанция 35 кВ модернизируется путём установки герметичных металлических комплектных распределительных устройств с газовой изоляцией SF₆. Существующая площадь распредустройства может удовлетворить требования по расширению, при этом общие показатели безопасности электрооборудования значительно улучшатся.
В данной статье рассматриваются испытания, проводимые в соответствии с основными компонентами КРУ: испытания корпуса и шинной изоляции, испытания вакуумного выключателя, испытания трансформатора напряжения, испытания трансформатора тока, испытания оксидно-цинкового разрядника и испытания силового кабеля.
1. Классификация испытательных работ и последовательность их проведения
Шинная секция III подстанции 35 кВ состоит из двухшинной системы, образованной 14 блоками КРУ типа ZX2 с газовой изоляцией SF₆. Все первичные токоведущие части внутри шкафов установлены в герметичных газонаполненных корпусах, что затрудняет прямое проведение профилактических испытаний. Поэтому испытания должны проводиться путем формирования испытательных цепей с использованием соседних блоков КРУ. Многие токоведущие части, такие как трансформаторы напряжения и шины, используют штыревые соединения. Для обеспечения хорошего контакта во всех штыревых соединениях шин необходимо выполнить измерение постоянного сопротивления контактов на всех соединениях. Во время испытаний временные испытательные штыри должны быть установлены в кабельные разъёмы для использования в качестве точек доступа к испытаниям, что увеличивает сложность и трудоёмкость испытаний. Следовательно, последовательность испытаний должна быть рационально организована для минимизации объёма работы. Учитывая вышеуказанные факторы, электрические испытания оборудования шинной секции III 35 кВ выполняются двумя способами: внутренние испытания в шкафу и внешние испытания вне шкафа.
2. Характеристические испытания оборудования внутри КРУ
Внутренние испытания в шкафу проводятся в два этапа. На первом этапе используются низковольтные испытательные штыри для подачи тока; эти штыри легко устанавливаются — достаточно просто вставить их непосредственно в кабельные монтажные разъёмы внутри КРУ. На втором этапе высоковольтные испытательные штыри вставляются в кабельные монтажные разъёмы внутри КРУ и фиксируются винтами для подачи испытательного напряжения на испытуемое оборудование.
2.1 Первый этап испытаний
2.1.1 Испытания вакуумного выключателя
На этом этапе сначала выполняются испытания механических характеристик и испытания привода, оба вида испытаний проводятся с помощью тестера динамических характеристик выключателя. Два соседних блока КРУ объединяются в пару. Трехфазные испытательные провода подключаются с одной стороны, а другая сторона заземляется. Отдельно измеряются механические характеристики и напряжение срабатывания катушек двух последовательно соединённых выключателей, то есть при измерении механических характеристик одного выключателя второй выключатель закрывается, чтобы служить испытательным путём. Метод испытания идентичен стандартным процедурам. Для секционного выключателя ячейки 9AH, который соединяет главную и вспомогательную шины двухшинной системы, можно последовательно соединить с левым выключателем 10AH и правым выключателем 8AH (всего три выключателя), используя испытательные пути 10AH и 8AH.
2.1.2 Испытание постоянного сопротивления контактов токопроводящих цепей и штыревых соединений шин
Для измерения сопротивления контактов всех вакуумных выключателей, разъединителей главной/вспомогательной шин и штыревых соединений главной/вспомогательной шин соседние блоки КРУ по-прежнему группируются парами, но испытания проводятся последовательно: 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Для каждой пары, когда разъединители главной (или вспомогательной) шины двух соседних блоков КРУ находятся во включенном положении, измеряется трёхфазное сопротивление постоянному току соответствующего пути главной (или вспомогательной) шины. Используется тестер сопротивления контура с испытательным током около 100 А. Например, для секционного выключателя 9AH он аналогично может быть последовательно соединён с левым 10AH и правым 8AH, образуя два испытательных пути: 10AH–главная шина–9AH–вспомогательная шина–8AH и 10AH–вспомогательная шина–9AH–главная шина–8AH. Метод испытания такой же, как и для других блоков КРУ, значения сопротивления находятся в диапазоне от 200 до 300 мкОм.
2.1.3 Испытания трансформаторов тока
Первичные токоведущие части газоизолированных специализированных трансформаторов тока, установленных внутри шкафа, герметично запечатаны в корпусе; поэтому их испытания должны быть завершены одновременно с внутренними испытаниями в шкафу. На данном этапе сначала выполняются испытания коэффициента трансформации, проверка полярности и испытания кривой намагничивания. Эти испытания проводятся с помощью многофункционального полностью автоматического комплексного тестера трансформаторов.
При испытаниях коэффициента трансформации и проверке полярности: конфигурация испытательной цепи совпадает с конфигурацией при испытаниях механических характеристик выключателя, то есть два соседних блока КРУ объединяются в пару, при этом их выключатели и разъединители одной стороны шины находятся во включённом положении. Поочерёдно подаётся высокий ток, а вторичные наведённые токи снимаются с соответствующих вторичных выводов тока для измерения коэффициента трансформации и полярности всех трансформаторов тока, соединённых последовательно в цепи. Метод испытания идентичен стандартным процедурам.
При испытании кривой намагничивания: это испытание требует только разомкнутой первичной цепи и может проводиться в любое время. Учитывая, что используется то же самое испытательное оборудование и те же вторичные выводы тока, что и при испытании коэффициента трансформации, то есть испытательный ток подаётся через соответствующие вторичные выводы тока, оно может проводиться одновременно с испытанием коэффициента трансформации для повышения эффективности работы.
2.2 Испытания изоляции оборудования внутри распределительного устройства
Во втором раунде испытаний проводятся одновременные испытания изоляции распределительного устройства и шин, включая: испытания изоляции токоведущих частей выключателя к земле и между контактами, испытания изоляции токоведущих частей главного/вспомогательного разъединителя к земле и между контактами, испытания изоляции первичной обмотки трансформатора тока к вторичной и к земле, а также испытания изоляции всех внутренних главных/вспомогательных шин и токопроводящих частей к земле и между фазами.
Каждое распределительное устройство подвергается воздействию напряжения дважды. Сначала главные и вспомогательные шины внутри шкафа заземляются через выбранное распределительное устройство — то есть, выключатель и либо главный (или вспомогательный) разъединитель выбранного распределительного устройства закрываются. Затем закрываются секционный выключатель шин и его главные/вспомогательные разъединители, и устанавливается временный заземляющий провод на кабельном разъеме данного распределительного устройства, таким образом, заземляя всю систему главных и вспомогательных шин внутри шкафа.
Распределительное устройство, подвергаемое испытанию, использует пробку для высоковольтных испытаний, которая плотно ввинчивается в кабельный разъем для введения испытательного напряжения.
При первом воздействии напряжения на распределительное устройство, его выключатель открыт, а трехпозиционный главный разъединитель установлен в положение «заземление» (или установлен в рабочее положение с заземлением шин в другом месте), что позволяет провести испытания на выдерживаемое напряжение между первичной и вторичной обмотками трансформатора тока, а также между первичной обмоткой и землей, а также между контактами выключателя.
При втором воздействии напряжения, выключатель закрыт, а оба главного и вспомогательного трехпозиционных разъединителя находятся в открытом положении, что позволяет провести испытания на выдерживаемое напряжение всего сборочного блока выключателя к земле и между контактами главного/вспомогательного разъединителя.
Для специального секционного выключателя шин ячейки 9AH, испытания могут быть запланированы вместе с испытаниями на выдерживаемое напряжение главных и вспомогательных шин, требуя в общей сложности трех воздействий напряжения. При первом воздействии, секционный выключатель шин и главный разъединитель закрыты, а вспомогательный разъединитель открыт. Вспомогательная шина заземляется через другое распределительное устройство, и испытательное напряжение вводится в главную шину через определенное распределительное устройство. Затем проводятся испытания на выдерживаемое напряжение системы главных шин, всего секционного выключателя шин к земле и промежутка контактов вспомогательного разъединителя, как показано на рисунке 1.
При втором воздействии, секционный выключатель шин и вспомогательный разъединитель закрыты, а главный разъединитель открыт. Главная шина заземляется через другое распределительное устройство, и испытательное напряжение вводится во вспомогательную шину через определенное распределительное устройство. Затем проводится испытание на выдерживаемое напряжение системы вспомогательных шин, всего секционного выключателя шин к земле и промежутка контактов главного разъединителя.
При третьем воздействии, проверяется промежуток контактов секционного выключателя шин через вспомогательную шину. Конкретно, вспомогательный разъединитель секционного выключателя шин закрыт, секционный выключатель шин открыт, а главный разъединитель секционного выключателя шин установлен в положение «заземление». Испытательное напряжение вводится во вспомогательную шину через определенное распределительное устройство для проведения испытания на выдерживаемое напряжение промежутка контактов секционного выключателя шин.
3.Испытания вне распределительного устройства
Для оборудования, такого как ограничители перенапряжений, трансформаторы напряжения и кабели, все испытания завершаются до установки.
3.1 Испытания ограничителей перенапряжений на основе металлооксидных варисторов
Все ячейки выключателей на шине 35 кВ (за исключением секционной ячейки) оснащены беззазорными, экранированными, вставными ограничителями перенапряжений на основе металлооксидных варисторов. Испытания проводятся перед установкой ограничителей. Измеряется сопротивление изоляции до и после испытания. Используется генератор постоянного высокого напряжения, и испытания проводятся в соответствии с техническими условиями производителя:
Напряжение постоянного тока при 1 мА ≥ 73 кВ
Ток утечки при 75% U₁ₘₐ ≤ 50 мкА
При проведении испытаний на высоковольтном выводе ограничителя необходимо установить специальный изолирующий чехол; в противном случае, в окружающем воздухе из-за высокого напряжения и малого расстояния произойдет поверхностное пробой, повредив поверхность изоляции ограничителя — что сделает невозможным проведение испытания и может привести к повреждению оборудования.
3.2 Испытания трансформаторов напряжения (ТН)
На шине 35 кВ установлено 14 однофазных, вставных, газонаполненных ТН, предназначенных для шкафов. Шинные ТН отличаются от линейных наличием дополнительной остаточной обмотки для измерения нулевой последовательности напряжения.
Испытания коэффициента трансформации и полярности: используется многофункциональный тестер CT/VT для измерения отношения напряжения между первичной обмоткой и каждой вторичной обмоткой (включая остаточную) и проверки полярности.
Характеристическая кривая возбуждения: с использованием того же тестера, напряжение возбуждения подается на вторичную обмотку, и записывается характеристическая кривая возбуждения при 20%, 50%, 80%, 100% и 120% номинального вторичного напряжения (то есть 20 В, 50 В, 80 В, 100 В и 120 В).
При проведении испытаний на высоковольтном выводе первичной обмотки необходимо установить временную изолирующую крышку (внутренний конусный изолятор); в противном случае, произойдет поверхностный пробой, повредив изоляцию и не позволяя достичь испытательного напряжения.
Сопротивление постоянному току обмоток: измеряется сопротивление постоянному току как первичной, так и вторичной обмоток каждого ТН.
Испытание на переменное напряжение: Поскольку эти VT разработаны специально для газоизолированного коммутационного оборудования, их внешняя изоляция не может выдерживать высокие испытательные напряжения при тестировании вне шкафа. Поэтому испытания на переменное напряжение промышленной частоты на первичной обмотке не проводятся. Вместо этого используется испытание наведенным напряжением. Это испытание можно сочетать с испытанием возбуждения — приложение напряжения 120 В в течение 1 минуты на вторичной стороне.
Примените 3 кВ переменного напряжения (промышленная частота) в течение 1 минуты между выводом N первичной обмотки и всеми другими обмотками/землей.
Примените 2 кВ переменного напряжения (промышленная частота) в течение 1 минуты между каждой вторичной (или остаточной) обмоткой и всеми другими обмотками/землей.
Испытания вспомогательных компонентов: Измерьте постоянное сопротивление предохранителя на первичной стороне каждого VT и проверьте сопротивление изоляции защитника искрового зазора нейтральной точки.
4.Меры предосторожности при проведении испытаний
4.1 Основные условия перед испытаниями
Манометр давления SF₆ должен показывать значения в нормальном зеленом диапазоне.
Корпус коммутационного оборудования должен быть надежно заземлен, сопротивление заземления должно соответствовать требованиям.
Проверьте, что фактические положения и индикаторы состояния трехпозиционных разъединителей и выключателей правильны.
Все неиспользуемые розетки на испытуемом оборудовании должны быть закрыты изоляционными пробками.
При испытаниях на переменное напряжение отверстия для кабельных концов, отверстия для установки ограничителей перенапряжений и отверстия для установки VT в ячейках, подвергающихся напряжению, должны быть закрыты специальными изоляционными пробками; неэнергоснабжаемые области не требуют герметизации.
Подтвердите, что концы шин закрыты изоляционными пробками и что оба концевых шкафа полностью закрыты.
4.2 Особенности высоковольтных испытаний
Из-за недостаточной прочности внешней изоляции VT вне шкафа, испытание наведенным напряжением на первичной обмотке должно быть объединено с испытанием возбуждения при пониженном напряжении, что не полностью воспроизводит стандартные условия выдерживания. Кроме того, измерения постоянного контактного сопротивления отражают общее сопротивление всего последовательного пути, включая выключатели, разъединители, соединения шинных вставок и первичные CT, что затрудняет определение, какой конкретный компонент превышает допустимые пределы, если общее значение выходит за пределы допуска.
4.3 Специфика методов высоковольтных испытаний
Поскольку прямое тестирование оборудования, запечатанного внутри газонаполненных корпусов, невозможно, испытательные цепи должны формироваться с использованием смежных коммутационных устройств и шин. Поэтому комплексное тестирование всей секции шины 35 кВ III может быть выполнено только при отключенном состоянии системы шин. Однако некоторые тесты могут быть проведены на отдельных отключенных ячейках:
Все испытания CT (кроме испытаний коэффициента трансформации)
Испытания на выдерживание контактов выключателей и линейных участков
Испытания механических характеристик выключателей (кроме выключателя шинной связи)
Все испытания съемных компонентов, таких как кабели, ограничители перенапряжений и VT
4.4 Специальные соображения по стандартам испытаний
При внутренних испытаниях на переменное напряжение, поскольку одновременно тестируются выключатели, разъединители, CT и шины, испытательное напряжение должно быть ограничено наименьшим значением выдерживания среди них — 76 кВ (стандарт для CT), что приводит к более низким уровням напряжения для других компонентов. После удаления вторичных обмоток для испытаний оригинальную проводку необходимо быстро восстановить, чтобы избежать плохого контакта или разрывов цепи.
5.Заключение
Высоковольтное испытание компактного газоизолированного коммутационного оборудования связано с уникальными вызовами и очень сложными операционными требованиями. Поэтому глубокое понимание характеристик оборудования является необходимым. Выбор подходящего испытательного оборудования и методологий, адаптированных к этим особенностям, а также обобщение эффективных процедур и стандартов испытаний, предоставляет ценное руководство и техническую основу для решения аналогичных инженерных задач.
