Metode testiranja za novo instalirano GIS gasno-izolovanu prekidačku opremu na 35 kV

GIS (Gas-Insulated Switchgear) nudi prednosti poput kompaktnog dizajna, fleksibilnog rada, pouzdanog mehaničkog spajanja, dugog vremena trajanja, bezodržavnog rada i male površine zauzeća. Takođe posjeduje mnoge nezamenjive prednosti u pogledu izolacionih performansi, ekološke prihvatljivosti i uštede energije, te se sve više primjenjuje u industrijskim i rudarskim poduzećima, aerodromima, željeznicama, metrou, vjetroelektranama i drugim područjima.

Određeno poduzeće je unutar svoje 35 kV unutarnje podstacije bilo opremljeno zračno izoliranim aparatom sastavljenim od 10 sklopova. Ova nadogradnja dodaje 4 novih sklopova. Međutim, originalni prostor lokacije ne može smjestiti proširene zahtjeve za sklopovima. Uz to, uzimajući u obzir godine službe opreme i njen sigurnosni performanse, 35 kV podstacija se nadograđuje SF₆ plinom izoliranim metalnim zatvorenim aparatom. Postojeći prostor za aparat su u stanju da ispuni proširene zahtjeve, a ukupna sigurnosna performansa električne opreme bit će značajno poboljšana.

Ovaj članak proučava, prema glavnim komponentama aparata, sljedeće ispitivanje: ispitivanje izolacije kućišta i mrežnih provodnika, ispitivanje vakuumskog prekidnika, ispitivanje transformatora napona, ispitivanje transformatora struje, ispitivanje metal-oksidskih prekidnika strujnih valova i ispitivanje snaga kabela.

1. Klasifikacija ispitnih stavki i raspored
Treći mrežni odsjek 35 kV podstacije sastoji se od dvostruke mreže koju formiraju 14 ZX2 tipa SF₆ plinom izoliranih aparata. Svi primarni živi dijelovi unutar škafica su instalirani unutar zapečaćenih gasnih omotača, što direktno preventivno ispitivanje čini teškim. Stoga ispitivanje mora biti provedeno formiranjem ispitnih krugova koristeći susjedne aparat. Mnogi vodljivi dijelovi, kao što su transformatori napona i mrežni provodnici, koriste spojeve na temelju ubacivanja. Da bi se osiguralo dobro kontaktiranje svih mrežnih spojeva, moraju se izvršiti mjerenja DC kontaktnog otpora na svim spojevima. Tijekom ispitivanja, privremeni ispitni spojevi moraju biti instalirani na utičnice kabla kako bi poslužili kao pristupne tačke za ispitivanje, što povećava težinu ispitivanja i radnu opterećenost. Stoga treba razumno organizirati redoslijed ispitivanja kako bi se smanjila radna opterećenost. Uzimajući u obzir gore navedene faktore, ispitivanje električne opreme za Treći mrežni odsjek 35 kV se implementira putem dvije metode: internog ispitivanja unutar škafice i eksternog ispitivanja van škafice.

2. Karakteristička ispitivanja opreme unutar aparata
Interni ispitiva unutar škafice vrše se u dva kruga. U prvom krugu, koriste se ispitni spojevi za ulaganje niskog struja; ovi spojevi su lako instalirani - jednostavno se ubace direktno u utičnice za instalaciju kabla unutar aparata. U drugom krugu, visokonaponski ispitni spojevi se ubacuju u utičnice za instalaciju kabla unutar aparata i fiksiraju se vijcima kako bi se ispitni napon uvezao u ispitivano opreme.

2.1 Prvi krug ispitivanja
2.1.1 Ispitivanje vakuumskog prekidnika
U ovom krugu, prvo se vrše ispitivanja mehaničkih karakteristika i mehanizma rada, oba koristeći tester dinamičkih karakteristika prekidnika. Dva susjedna aparat su grupirana zajedno. Tri-fazni ispitni vodiči su spojeni na jednom kraju, a drugi kraj je zemljen. Posebno se mere mehaničke karakteristike i naponi rada bobina dva serijalno spojena prekidnika - tj. kada se mere mehaničke karakteristike jednog prekidnika, drugi prekidnik je zatvoren kako bi poslužio kao ispitni put. Metoda ispitivanja je identična standardnim postupcima. Za mrežni prekidni sklop 9AH, koji povezuje glavnu i pomoćnu mrežu dvostrukog mrežnog sustava, može se serijalno spojiti sa lijevim prekidnikom 10AH i desnim prekidnikom 8AH (ukupno tri prekidnika) kako bi se iskoristili ispitni putevi 10AH i 8AH.

2.1.2 Mjerenje DC kontaktnog otpora vodljivih krugova i spojeva mrežnih provodnika
Za mjerenje kontaktnog otpora svih vakuumskih prekidnika, glavnih/pomoćnih mrežnih disjunktora i spojeva glavnih/pomoćnih mrežnih provodnika, susjedni aparat su još uvijek grupirani po parovima, ali se ispitivaju redom - tj. 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Za svaki par, kada su glavni (ili pomoćni) mrežni disjunktori dva susjedna aparat zatvoreni, mjeri se trofazni DC kontaktni otpor odgovarajućeg glavnog (ili pomoćnog) mrežnog puta. Koristi se tester petlje otpora s ispitnim strujom od oko 100 A. Na primjer, za mrežni prekidnik 9AH, može se analogno serijski spojiti s lijevim 10AH i desnim 8AH kako bi se formirali dva ispitna puta: 10AH–glavna mreža–9AH–pomoćna mreža–8AH i 10AH–pomoćna mreža–9AH–glavna mreža–8AH. Metoda ispitivanja je ista kao za druge aparat, s vrijednostima otpora koje se kreću od 200 do 300 μΩ.

2.1.3 Ispitivanje transformatora struje
Primarni vodljivi dijelovi specifičnih transformatora struje instaliranih unutar škafice su zapečaćeni unutar omotača; stoga njihovo ispitivanje mora biti završeno istovremeno tijekom internog ispitivanja unutar škafice. U ovom krugu, prvo se vrše ispitivanja odnosa, provjera polarnosti i ispitivanje karakteristične krive buđenja. Ova ispitivanja obavljaju se koristeći multifunkcijski potpuno automatizirani testni uređaj za transformatore.

Za ispitivanje odnosa i provjeru polarnosti: konfiguracija ispitnog kruga je identična onoj za ispitivanje mehaničkih karakteristika prekidnika - tj. dva susjedna aparat su grupirana, s njihovim prekidnicima i disjunktorma iste strane mreže zatvoreni. Visoka struja se unosi faza po fazi, a sekundarni inducirani strujevi se povuku iz odgovarajućih sekundarnih terminala struje kako bi se izmjerili odnos i polarnost svih transformatora struje serijski spojenih u krugu. Metoda ispitivanja je identična standardnim postupcima.

Za ispitivanje karakteristične krive buđenja: ovo ispitivanje zahtijeva samo otvoreni primarni krug i može se obaviti u bilo koje vrijeme. Uzimajući u obzir da koristi isti ispitni uređaj i dijeli iste sekundarne terminalne struje kao ispitivanje odnosa - tj. ispitna struja se unosi kroz odgovarajuće sekundarne terminalne struje - može se obaviti istovremeno s ispitivanjem odnosa kako bi se poboljšala efikasnost rada.

2.2 Testovi izolacije opreme unutar prekidača
U drugom krugu testiranja, istovremeno se vrše testovi izolacije prekidača i busova, uključujući: teste izolacije živih dijelova prekidača prema zemlji i između kontakata, teste izolacije glavnog/pomoćnog odvojnika busa prema zemlji i između kontakata, teste izolacije primarnog na sekundarni i prema zemlji transformatora struje, kao i teste izolacije svih unutrašnjih glavnih/pomoćnih busova i vodljivih dijelova prema zemlji i između faza.

Svaka jedinica prekidača podvrgavana je primeni napona dvaput. Prvo, glavni i pomoćni bus unutar škraćivača zemljuju se kroz odabranu jedinicu prekidača—tj. prekidač i glavni (ili pomoćni) odvojnik busa odabrane jedinice prekidača su zatvoreni. Zatim, prekidač za vezu busova i njegovi glavni/pomoćni odvojnici busa zatvaraju se, a privremena zemlja se instalira na utičnicu tog prekidača, čime se celokupan sistem glavnog i pomoćnog busa unutar škraćivača zemljuje.

Jedinica prekidača koja se testira koristi visokonaponski testni plug koji se čvrsto zakrpuje u utičnicu kako bi se unio testni napon.

Tokom prvog primenjivanja napona na jedinicu prekidača, prekidač je otvoren, a tro-pozicioni glavni odvojnik busa postavljen je na poziciju zemljanja (ili postavljen je na radnu poziciju s busom zemljenim negde drugdje), što omogućava testove otpornosti na napon između primarnog na sekundarni i primarnog na zemlju transformatora struje, kao i između kontakata prekidača.

Tokom drugog primenjivanja napona, prekidač je zatvoren, a oba glavna i pomoćna odvojnika busa su u otvorenom položaju, omogućavajući testove otpornosti na napon cijele sklopke prekidača prema zemlji i između kontakata glavnog/pomoćnog odvojnika busa.

Za specijalnu jedinicu prekidača za vezu busova 9AH, testovi mogu biti planirani zajedno sa testovima otpornosti na napon glavnog i pomoćnog busa, zahtevajući ukupno tri primene napona. Tokom prvog primenjivanja napona, prekidač za vezu busova i glavni odvojnik busa su zatvoreni, dok je pomoćni odvojnik busa otvoren. Pomoćni bus zemljuje se kroz drugu jedinicu prekidača, a testni napon se unosi u glavni bus kroz određenu jedinicu prekidača. Tada se vrše testovi otpornosti na napon na sistemu glavnog busa, cijelom prekidaču za vezu busova prema zemlji i razmaku kontakata pomoćnog odvojnika busa, kako je prikazano na Slici 1.

Tokom drugog primenjivanja napona, prekidač za vezu busova i pomoćni odvojnik busa su zatvoreni, dok je glavni odvojnik busa otvoren. Glavni bus zemljuje se kroz drugu jedinicu prekidača, a testni napon se unosi u pomoćni bus kroz određenu jedinicu prekidača. Tada se vrši test otpornosti na napon na sistemu pomoćnog busa, cijelom prekidaču za vezu busova prema zemlji i razmaku kontakata glavnog odvojnika busa.

Tokom trećeg primenjivanja napona, testira se razmak kontakata prekidača za vezu busova preko pomoćnog busa. Konkretno, pomoćni odvojnik busa za vezu je zatvoren, prekidač za vezu busova je otvoren, a glavni odvojnik busa za vezu je postavljen na poziciju "zemlja". Testni napon se unosi u pomoćni bus kroz određenu jedinicu prekidača kako bi se vršio test otpornosti na napon na razmaku kontakata prekidača za vezu busova.

3.Testovi van prekidača
Za opremu poput zaštita od gremlina, transformatori napona i kablovi, svi testovi su završeni pre instalacije.

3.1 Testovi metal-oksidih zaštita od gremlina
Sve jedinice prekidača na 35 kV Bus Sekciji III (osim jedinice za vezu busova) opremljene su metal-oksidih, bezrazmackih, ekraniranih, ulaznih zaštita od gremlina. Testiranje se vrši pre instalacije zaštita. Meri se otpornost izolacije pre i posle testa. Koristi se generator visokog DC napona, a testovi se vrše prema specifikacijama proizvođača:

• DC referentni napon na 1 mA ≥ 73 kV

• Strujanje stražnje strane na 75% od U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Tijekom testiranja, na visokonaponskom terminalu zaštite mora biti instalirana posebna izolaciona rukavica; inače, u okružujućem zraku, zbog visokog napona i male razmake, doći će do površinske iskrične, oštetivši površinsku izolaciju zaštite—čime se test ne može izvršiti i stavlja se oprema pod rizik.

3.2 Testovi transformatora napona (VT)
Ukupno 14 jednofaznih, ulaznih, plinskih izoliranih škraćivača specifičnih za transformatore napona su instalirani na 35 kV Bus Sekciji III. VT busa se razlikuju od VT linija po tome što imaju dodatni ostatak zavojnice za merenje nulte-sekvence napona.

• Testovi omjera i polariteta: Korištenjem multifunkcijskog tester CT/VT mjeri se omjer napona između primarnog zavojnice i svake sekundarne zavojnice (uključujući ostatak zavojnice) i verificira se odnos polariteta.

• Karakteristična krivulja pobude: Korištenjem istog tester-a, pobudni napon se primjenjuje na sekundarnu zavojnicu, a karakteristična krivulja se snima na 20%, 50%, 80%, 100% i 120% sekundarnog nominalnog napona (tj. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V i 120 V).

Tijekom testiranja, na primarnom visokonaponskom terminalu mora biti instalirana privremena izolaciona čepnica (unutrašnji konusni izolator); inače, doći će do površinske iskrične, oštetivši izolaciju i sprečavši dostizanje testnog napona.

• DC otpor zavojnica: Mjeri se DC otpor i primarnih i sekundarnih zavojnica svakog VT.

• Ispitivanje otpornosti na napon pravog toka: Budući da su ovi VT dizajnirani posebno za gas-insulativnu komutacionu opremu, njihova spoljnja izolacija ne može da podnesu visoke ispitne napone kada se testira van kabinet. Stoga se ne vrši ispitivanje otpornosti na napon pravog toka primarnog vitičasta. Umesto toga, koristi se ispitivanje indukovanim naponom. Ovo indukovano ispitivanje može biti kombinovano sa ispitivanjem karakteristika pobude—primenjuje se napon od 120 V na sekundarnoj strani tokom 1 minute.

  • Primijenite 3 kV AC (strujni frekvencija) tokom 1 minute između terminala N primarnog vitičasta i svih ostalih vitičasta/zemljišta.

  • Primijenite 2 kV AC (strujni frekvencija) tokom 1 minute između svakog sekundarnog (ili rezidualnog) vitičasta i svih ostalih vitičasta/zemljišta.

• Ispitivanje pomoćnih komponenti: Izmjerite DC otpor prekidnika na primarnoj strani svakog VT i proverite otpor izolacije zaštitnika raspadnice na neutralnoj tački.

4.Precautions During Testing

4.1 Osnovne uslove pre ispitivanja

• Pokazatelj pritiska SF₆ gaza mora pokazivati unutar normalnog zelenog opsega.

• Kabinet komutacione opreme mora biti pouzdano zemljen, s otporom zemljenja koji zadovoljava zahteve.

• Proverite da su stvarne pozicije i indikatori statusa tri-pozicionih disjunktera i prekidača tačni.

• Sva neiskorišćena utičnica na ispitivanoj opremi moraju biti zatvorena izolacionim plugovima.

• Tokom ispitivanja otpornosti na napon pravog toka, otvor za terminaciju kabela, otvori za montažu gremlina i otvori za montažu VT u boksima koji prima napon moraju biti zatvoreni specifičnim izolacionim plugovima; neiskorišćene zone ne zahtevaju zatvaranje.

• Potvrdite da su krajevi busbar-a zatvoreni izolacionim plugovima i da su oba krajnjaka kabinet potpuno zatvorena.

4.2 Posebne karakteristike ispitivanja visokim naponom
Zbog nedostatka snage spoljne izolacije VT-ova van kabinet, ispitivanje indukovanim naponom na primarnom vitičast mora biti kombinovano sa ispitivanjem pobude na smanjenom naponu, što ne potpuno replikuje standardne uslove otpornosti. Takođe, mjerenja DC kontaktnog otpora reflektuju ukupni otpor cijele serije puteva, uključujući prekidače, disjunktore, spojeve bus plug-ova i primarne CT-ove, čime je teško tačno odrediti koja specifična komponenta prelazi dopustene granice ako je ukupna vrijednost izvan specifikacije.

4.3 Posebna priroda metoda ispitivanja visokim naponom
Budući da direktno ispitivanje opreme zapečaćene unutar gas-napunjenih enklozura nije moguće, ispitne kružnice moraju biti formirane koristeći susedne jedinice komutacione opreme i busbare. Stoga, kompleksno ispitivanje cele 35 kV Bus Section III može biti obavljeno samo kada je bus sistema isključen. Međutim, određeni testovi mogu biti obavljeni na pojedinačnim isključenim boksima:

• Sva CT ispitivanja (osim ispitivanja omjera)

• Ispitivanje otpornosti na napon kontaktnih raskršća prekidača i linijskih sekcija

• Mehanička karakteristika ispitivanja prekidača (osim prekidača za vezu busa)

• Sva ispitivanja uklonjivih komponenti poput kabela, gremlinova i VT-ova

4.4 Posebne posmatranja za standard ispitivanja
Tokom internih ispitivanja otpornosti na napon pravog toka, budući da se prekidači, disjunktore, CT-i i busbare ispitavaju istovremeno, ispitni napon mora biti ograničen na najnižu stopu otpornosti među njima—76 kV (standard CT)—što rezultira nižim nivoima stresa za druge komponente. Nakon uklanjanja sekundarnih vitičasta za ispitivanje, originalna žičanja moraju biti brzo vraćena kako bi se izbegao loš kontakt ili otvoreni krug.

5.Zaključak
Ispitivanje visokim naponom kompaktnih gas-insulativnih komutacionih oprema uključuje jedinstvene izazove i vrlo složene operativne zahteve. Stoga je potrebno temeljito razumijevanje karakteristika opreme. Odabir odgovarajuće ispitne opreme i metodologija prilagođenih tim karakteristikama, kao i sažimanje efektivnih postupaka i standarda ispitivanja, pruža vrijednu referentnu i tehničku osnovu za rešavanje sličnih inženjerskih izazova.