Metode testiranja za novo nameščeno GIS plinsko izolirano preklopnico na 35 kV

GIS (plinsko izolirana preklopnika) ponuja prednosti, kot so kompaktna struktura, prožna uporaba, zanesljiva zaklepna mehanizma, dolg življenjski čas, brezodključna delovna metoda in majhen prostorninski odtis. Imajo tudi mnogo nezamenljivih prednosti v zmožnosti izolacije, prijaznosti do okolja in energijski učinkovitosti ter se vse bolj uporabljajo v industriji in rudarskih podjetjih, letališčih, železnicah, podzemnih železnicih, vetrnih elektrarnah in drugih področjih.

Določeno podjetje je imelo 35 kV notranjo pretvornico, ki je bila prvotno opremljena s plinsko izoliranimi preklopniki, sestavljenimi iz 10 odsekov. Ta nadgradnja doda še 4 nove odseke. Vendar originalni prostorski obseg ni mogel pomestiti razširjenih potreb po odseku. Poleg tega, glede na starost oprem in varnostne zmogljivosti, se 35 kV pretvornica nadgrajuje s SF₆ plinsko izolirano metalno zaprto preklopno opremo. Obstojajoča prostorija za preklopne naprave lahko zadosti zahtevam za razširitev, in celotna varnostna zmogljivost električne opreme bo znatno izboljšana.

Ta članek proučuje, glede na glavne komponente preklopnikov, naslednje teste: testiranje izolacije okvirja in matičnih vodnikov, testiranje vakuumskih preklopnikov, testiranje napetostnih transformatorjev, testiranje tokovnih transformatorjev, testiranje metaloksidnih zaščitnih naprav in testiranje močnih kabelov.

1. Klasifikacija testnih postopkov in vrstni red
Bus III 35 kV pretvornice sestavlja dvojni bus sistem, sestavljen iz 14 ZX2 tipa SF₆ plinsko izoliranih preklopnikov. Vsi primarni živele dele znotraj omare so nameščeni znotraj zagnanega plinskega omara, kar neposredno preventivno testiranje težko omogoča. Testiranje mora biti izvedeno tako, da se formirajo testni obroki s sosednjimi preklopniki. Mnogi vodilni deli, kot so napetostni transformatorji in matični vodniki, uporabljajo pripadajoče povezave. Za zagotovitev dobre stikovanosti vseh pripadajočih spojev morajo biti izvedene meritve DC stikovega upora na vseh spojih. Med testiranjem morajo biti nameščeni začasni testni pripadaji na kabelske utrdbe, ki služijo kot točke dostopa za testiranje, kar poveča težavo in obseg dela. Zato bi bil treba razumno razporediti vrstni red testiranja, da se zmanjša obseg dela. Glede na zgornje dejavnike je električno opremo Busa III 35 kV testirano z dvema metodama: testiranje znotraj omare in testiranje zunaj omare.

2. Karakteristični testi opreme znotraj preklopnikov
Testiranje znotraj omare je izvedeno v dveh krogih. V prvem krogu se uporabljajo testni pripadaji za nizkonapetostno strmostrminsko injiciranje, ki so enostavno namestiti - samo jih vstavimo neposredno v utrdbe za namestitev kablov znotraj preklopnikov. V drugem krogu se vstavijo visokonapetostni testni pripadaji v utrdbe za namestitev kablov znotraj preklopnikov in se z vijaki zategnemo, da se vneseta testna napetost v opremo, ki jo testiramo.

2.1 Prvi krog testiranja
2.1.1 Testiranje vakuumskih preklopnikov
V tem krogu se najprej izvedejo testi mehanskih lastnosti in delovanja mehanizmov, oba z uporabo dinamičnega testera mehanskih lastnosti preklopnikov. Dva sosednja preklopnika sta združena. Tri-fazni testni vodi se priklopijo na eni strani, druga stran pa je zazemljena. Merimo ločeno mehanske lastnosti in napetosti navoji dveh serijno povezanih preklopnikov - torej, ko merimo mehanske lastnosti enega preklopnika, je drugi preklopnik zaprt, da služi kot testni pot. Testna metoda je identična standardnim postopkom. Za odsek 9AH, ki povezuje glavni in pomočni bus dvojnega bus sistema, ga lahko serijsko povežemo s levim preklopnikom 10AH in desnim preklopnikom 8AH (skupaj tri preklopniki), da uporabi testne poti 10AH in 8AH.

2.1.2 Test DC stikovega upora vodilnih obrokov in pripadajočih spojev
Za meritve stikovega upora vseh vakuumskih preklopnikov, glavnih/pomočnih disjunktorjev busa in glavnih/pomočnih pripadajočih spojev, se sosednji preklopniki še vedno združujejo v par, toda testirajo se zaporedoma - 1AH-2AH, 2AH-3AH, ..., 13AH-14AH. Za vsak par, ko so glavni (ali pomočni) disjunktorji busa dveh sosednjih preklopnikov zaprti, se meri tri-fazni DC stikov upor odgovarjajoče glavne (ali pomočne) bus poti. Uporablja se tester za meritve cikličnega upora z testnim tokom približno 100 A. Na primer, za preklopnik 9AH, ga lahko podobno serijsko povežemo z levim 10AH in desnim 8AH, da se formirata dva testna obroka: 10AH-glavni bus-9AH-pomočni bus-8AH in 10AH-pomočni bus-9AH-glavni bus-8AH. Testna metoda je enaka kot za druge preklopnike, z vrednostmi upora med 200 in 300 μΩ.

2.1.3 Testiranje tokovnih transformatorjev
Primarni vodilni deli specifičnih tokovnih transformatorjev, nameščenih znotraj omare, so zaprti znotraj omara; zato morajo biti njihovi testi izvedeni hkrati z testiranjem znotraj omare. V tem krogu se najprej izvedejo testi razmerja, preverjanje polaritete in krivulja vzbuževalnih lastnosti. Ti testi so izvedeni z uporabo večnamenskega popolnoma avtomatskega kompleksnega testera transformatorjev.

Za teste razmerja in preverjanje polaritete: konfiguracija testnega obroka je enaka kot pri testih mehanskih lastnosti preklopnikov - dva sosednja preklopnika sta združena, z zaprtimi preklopniki in istostranskimi disjunktorji busa. Fazno se injicira velik tok, in sekundarni inducirani toki se izvlečejo iz ustrezne sekundarne tokovne utrdbe, da se meri razmerje in polariteta vseh serijno povezanih tokovnih transformatorjev v obroku. Testna metoda je identična standardnim postopkom.

Za test vzbuževalne karakteristične krivulje: ta test zahteva, da je primarni obrok odprt, in ga lahko izvedemo kadarkoli. Glede na to, da uporablja isto testno opremo in deli iste sekundarne tokovne utrdbe kot test razmerja - to je, testni tok se injicira skozi ustrezne sekundarne tokovne utrdbe - ga lahko izvedemo hkrati z testom razmerja, da izboljšamo učinkovitost dela.

2.2 Izolacijski preizkusi opreme znotraj napajalne škrinja
V drugem krogu preizkusov se izvajajo hkrati izolacijski preizkusi napajalne škrinja in nosilnih vodnikov, vključno z: izolacijskimi preizkusi žive deli preklopnika do zemlje in med kontakti, izolacijskimi preizkusi glavnega/pomožnega odvodnega preklopnika živih delov do zemlje in med kontakti, izolacijskimi preizkusi primarne strani tokovnega preoblikovalnika do sekundarne strani in do zemlje ter izolacijskimi preizkusi vseh notranjih glavnih/pomožnih nosilnih vodnikov in vodljivih delov do zemlje in med fazami.

Vsaka enota napajalne škrinja je podvržena dvakratnemu priključevanju napetosti. Najprej so glavni in pomožni nosilni vodniki znotraj škrinja zazemljeni skozi izbrano enoto napajalne škrinja - to pomeni, da sta preklopnik in ali glavni (ali pomožni) odvodni preklopnik izbrane enote zaprta. Nato so zaprte povezovalne preklopne enote glavnega/pomožnega odvodnega preklopnika in nameščen je začasni zazemljitveni vod, ki zazemljuje celotni sistem glavnih in pomožnih nosilnih vodnikov znotraj škrinja.

Enota napajalne škrinja, ki jo preizkušamo, uporablja visokonapetostni preizkusni vstop, ki ga tesno zakružimo na vstop za kabel, s čimer uvedemo preizkusno napetost.

Med prvim priključevanjem napetosti na enoto napajalne škrinja je preklopnik odprt, tripolni glavni odvodni preklopnik pa je nastavljen na položaj zazemljenja (ali na servisni položaj, kjer je glavni nosilni vodnik zazemljen drugje), kar omogoča preizkuse trpelca med primarno in sekundarno stranjo tokovnega preoblikovalnika, primarno stranjo in zemljo ter med kontakti preklopnika.

Med drugim priključevanjem napetosti je preklopnik zaprt, oba glavna in pomožna odvodna preklopnika pa sta odprta, kar omogoča preizkuse trpelca celotne skupine preklopnika do zemlje in med kontakti glavnega/pomožnega odvodnega preklopnika.

Za posebno povezovalno preklopno enoto 9AH se lahko preizkusi skupaj s glavnimi in pomožnimi odvodnimi preizkusi trpelca, kar zahteva skupno tri priključevanja napetosti. Med prvim priključevanjem napetosti sta zaprta povezovalna preklopnika in glavni odvodni preklopnik, medtem ko je pomožni odvodni preklopnik odprt. Pomožni nosilni vodnik je zazemljen skozi drugo enoto napajalne škrinja, testna napetost pa se vnese v glavni nosilni vodnik skozi določeno enoto napajalne škrinja. Izvedeni so preizkusi trpelca na sistemu glavnega nosilnega vodnika, celotnem povezovalnem preklopniku do zemlje in mehu pomožnega odvodnega preklopnika, kot je prikazano na Sliki 1.

Med drugim priključevanjem napetosti sta zaprta povezovalna preklopnika in pomožni odvodni preklopnik, medtem ko je glavni odvodni preklopnik odprt. Glavni nosilni vodnik je zazemljen skozi drugo enoto napajalne škrinja, testna napetost pa se vnese v pomožni nosilni vodnik skozi določeno enoto napajalne škrinja. Izveden je preizkus trpelca na sistemu pomožnega nosilnega vodnika, celotnem povezovalnem preklopniku do zemlje in mehu glavnega odvodnega preklopnika.

Med tretjim priključevanjem napetosti se preveri meh povezovalnega preklopnika skozi pomožni nosilni vodnik. Specifično, pomožni odvodni preklopnik povezovalnega preklopnika je zaprt, povezovalni preklopnik pa je odprt, povezovalni glavni odvodni preklopnik pa je nastavljen na položaj "zazemljenje". Testna napetost se vnese v pomožni nosilni vodnik skozi določeno enoto napajalne škrinja, s čimer izvedemo preizkus trpelca na mehu povezovalnega preklopnika.

3.Preizkusi izven napajalne škrinja
Za opremo, kot so ograjevalci, naponni preoblikovalniki in kabeli, so vsi preizkusi dokončani pred namestitvijo.

3.1 Preizkusi ograjevalcev iz oksida kovin
Vsi preklopniki v oddelku 35 kV Bus Section III (razen povezovalne enote) so opremljeni s ograjevalci iz oksida kovin brez lukenj, z zaščito in vstavljalnim tipom. Preizkusi so izvedeni pred namestitvijo ograjevalcev. Merimo izolacijsko upornost pred in po preizkusu. Za preizkuse uporabimo generator DC visoke napetosti, preizkuse pa izvajamo glede na navodila proizvajalca:

• DC referenčna napetost pri 1 mA ≥ 73 kV

• Pritok pri 75% U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Med preizkusi mora biti na visokonapetostnem terminalu ograjevalca nameščen poseben izolacijski rokav; sicer se zaradi visoke napetosti in majhnega razmika v okoljskem zraku bo pojavila površinska pretresenja, ki bodo poškodovala površinsko izolacijo ograjevalca, kar bi onemogočilo preizkus in ogrozilo opremo.

3.2 Preizkusi naponnih preoblikovalnikov (VT)
Na 35 kV Bus Section III je nameščenih 14 enofaznih, vstavljalnih, plinskih izoliranih naponnih preoblikovalnikov, specifičnih za škrinja. Naponni preoblikovalniki busa se razlikujejo od naponnih preoblikovalnikov linije, ker vključujejo dodatno ostankovo viti za merjenje napačnega napon.

• Preizkusi razmerja in polaritete: Uporabimo večnamenski CT/VT tester za merjenje naponskega razmerja med primarno vitico in vsako sekundarno vitico (vključno s ostankovim vitico) in preverjanje polarnosti.

• Karakteristična krivulja navaditve: Z istim testerjem se na sekundarno vitico vnese napetost navaditve in zabeleži krivulja navaditve pri 20%, 50%, 80%, 100% in 120% sekundarnega imenskega napon (tj. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V in 120 V).

Med preizkusi mora biti na visokonapetostnem terminalu primarne strani nameščen začasni izolacijski pokrov (notranji stožasti izolator); sicer se bo pojavila površinska pretresenja, ki bo poškodovala izolacijo in onemogočila dosego preizkusne napetosti.

• DC upornost viti: Merimo DC upornost obeh, primarne in sekundarne viti vsakega VT.

• Izkus pretrajanja AC napetosti: Ker so ti VT-ji posebno zasnovani za plinsko izolirano preklopnico, njihova zunanja izolacija ne more prenašati visokih preskusnih napetosti, ko so testirani zunaj ohišja. Zato na primarnem viklinu ni izveden preskus pretrajanja AC napetosti pri omrežni frekvenci. Namesto tega se uporablja preskus inducirane napetosti. Ta induciran preskus je mogoče kombinirati z preskusom navaditvene karakteristike – s pripomočkom napetosti 120 V na sekundarni strani za 1 minuto.

• Pripnite 3 kV AC (omrežna frekvenca) med terminal N primarnega viklina in vse ostale vikline/tla za 1 minuto.

• Pripnite 2 kV AC (omrežna frekvenca) med vsak sekundarni (ali ostalni) viklin in vse ostale vikline/tla za 1 minuto.

• Preskusi dodatnih komponent: Merite DC upornost primarne strani varnostnega ventila vsakega VT in preverite izolacijsko upornost zaščitnika proti premikom na neutralni točki.

4.Previdnost med preskusi

4.1 Osnovne pogoji pred preskusi

• Grafični prikaz pritiska SF₆ plina mora pokazovati v normalnem zelenem območju.

• Ohišje preklopne naprave mora biti zanesljivo zazemljeno, z upornostjo zazemljenja, ki ustrezata zahtevam.

• Preverite, da so dejanska položaja in kazalci stanja trehpolnih odsevnih preklopnikov in preklopnikov pravilni.

• Vsi neuporabljeni priključki na preskušani opremi morajo biti zaprti z izolacijskimi plugi.

• Med preskusi pretrajanja AC napetosti morajo biti otroki za zaključek kabla, otroki za montažo zaščitnikov in otroki za montažo VT-jev v odsekih, ki prejemajo napetost, zaprti z posebnimi izolacijskimi plugi; neenergizirana območja ne potrebujejo zapiranja.

• Potrdite, da so konci matičnice zaprti z izolacijskimi plugi in da sta obe končni ohišji popolnoma zaprti.

4.2 Posebne značilnosti visokonapetostnih preskusov
Zaradi nedostatka moči zunanje izolacije VT-jev zunaj ohišja mora biti preskus inducirane napetosti na primarnem viklinu kombiniran z preskusom navaditve pri zmanjšani napetosti, ki ne povsem ponuja standardne pogoje pretrajanja. Poleg tega merjenja DC stikove upornosti odražajo celotno upornost cele serije, vključno s preklopniki, odsevnimi preklopniki, stiki bus plug in primarni vikline CT, kar težko določa, katera specifična komponenta presega dovoljene meje, če je skupna vrednost izven specifikacij.

4.3 Posebna narava metod visokonapetostnih preskusov
Ker neposredni preskusi opreme, zaprtih znotraj plinsko izpolnjenih ohišji, niso mogoči, morajo biti preskusni obroki sestavljeni z uporabo sosednjih enot preklopne naprave in matičnic. Zato lahko celosten preskus celotnega 35 kV Bus Section III izvedete le, ko je matični sistem brez napetosti. Vendar pa lahko določeni preskusi izvedejo na posameznih odsekih brez napetosti:

• Vsi preskusi CT (razen preskusi razmerja)

• Preskusi pretrajanja na preprostih preklopnikih in stranskem delu linije

• Mehanske karakteristične preskuse preklopnikov (razen preklopnika med matičnicami)

• Vsi preskusi na odstranjevanju komponent, kot so kabli, zaščitniki pred udari in VT-ji

4.4 Posebne posvetke glede preskusnih standardov
Meder notranjih preskusov pretrajanja AC napetosti, ker so hkrati preskušani preklopniki, odsevni preklopniki, CT-ji in matičnice, mora biti preskusna napetost omejena na najnižjo stopnjo pretrajanja med njimi – 76 kV (standard CT), kar vodi v nižje stresne razine za druge komponente. Po odstranitvi sekundarnih viklin za preskuse mora biti prvotna vezavnica hitro obnovljena, da se izogne slabi stiki ali odprtih obvodov.

5.Zaključek
Visokonapetostni preskusi kompaktnih plinsko izoliranih preklopnih naprav vključujejo edinstvene izzive in zelo kompleksne operativne zahteve. Zato je ključno, da imate temeljito razumevanje značilnosti opreme. Izbor primerne preskusne opreme in metodologij, prilagojenih tem značilnostim, ter povzetek učinkovitih preskusnih postopkov in standardov, ponuja dragocene referenčne in tehnične podlage za reševanje podobnih inženirskih izzivov.