Testmetoder för nyligen installerad 35 kV GIS-gasisolerad växelavbrytare

GIS (Gas-Insulated Switchgear) erbjuder fördelar som kompakt struktur, flexibel drift, pålitlig låsning, lång livslängd, underhållsfri drift och liten fotavtryck. Den har också många oersättliga fördelar i isoleringsprestanda, miljövänlighet och energisparande, och används alltmer inom industri- och gruvföretag, flygplatser, järnvägar, tunnelbanor, vindkraftverk och andra områden.

Ett visst företags 35 kV-inomhusstation var ursprungligen utrustat med luftisoleringsswitchgear bestående av 10 bays. Denna uppgradering lägger till 4 nya bays. Men den ursprungliga platsens yta kan inte rymma de utökade baykraven. Dessutom, med tanke på utrustningens ålder och säkerhetsprestanda, ombyggs 35 kV-stationen med SF₆ gasisolering metallklädda switchgear. Det existerande switchgear-rumsområdet kan möta expansionskraven, och den totala elektriska utrustningens säkerhetsprestanda kommer att förbättras betydligt.

Denna artikel studerar, enligt huvudkomponenterna i switchgear, följande tester respektive: inspärrnings- och busbarisoleringstester, vakuumkretsutsläggets tester, spänningstransformerstester, strömtransformerstester, metallsurresistensnivåtest, och strömförseendekablerstester.

1.Testobjekt Klassificering och Sekvens Arrangemang
Busssektion III av en 35 kV-station består av ett dubbelbussystem bildat av 14 ZX2-typ SF₆ gasisoleringsswitchgear-enheter. Alla primära levande delar inuti kabinetterna är installerade inom gasfyllda inspärrningar, vilket gör direkt preventiv test svårt. Testningen måste därför genomföras genom att bilda testcirkuit med hjälp av angränsande switchgear-enheter. Många ledande delar, såsom spänningstransformer och busbars, använder plug-in kopplingar. För att säkerställa bra kontakt vid alla busbar plug-föreningar, måste DC-kontaktmotståndsmätningar utföras på alla anslutningar. Under testningen måste temporära testpluggar installeras vid kabeluttag för att fungera som testpunkter, vilket ökar testsvårigheten och arbetsbelastningen. Därför bör testsekvensen ordnas på ett rimligt sätt för att minimera arbetsbelastningen. Med hänsyn till ovanstående faktorer implementeras elektrisk utrustningstestning för 35 kV Busssektion III via två metoder: intern kabinettest och extern kabinettest.

2.Karakteristiska Tester av Utrustning Inuti Switchgear
Intern kabinettest utförs i två omgångar. I den första omgången används lågspänningsströmsinmatningsprovpluggar; dessa pluggar är lätta att installera - helt enkelt införda direkt i kabelförsäljningsuttagen inuti switchgear. I den andra omgången infogas högspänningsprovpluggar i kabelförsäljningsuttagen inuti switchgear och fastsätts med skruvar för att införa provspänning i det testade utrustningen.

2.1 Första Omgång Tests
2.1.1 Vakuumkretsutsläggets Tester
I denna omgång utförs först mekaniska karaktäristiktester och driftmekanismtester, båda med hjälp av en dynamisk karakteristiktester för kretsutslägg. Två angränsande switchgear-enheter grupperas tillsammans. Fasförsäljningsledningar kopplas vid ett ände, och det andra ändet är jordat. De mekaniska egenskaperna och spoledriftsspänningarna för de två seriekopplade kretsutsläggen mäts separat - dvs när man mäter de mekaniska egenskaperna för ett kretsutslägg, är det andra kretsutslägget stängt för att fungera som provväg. Provmetoden är identisk med standardförfaranden. För bussbindningsbrytarbay 9AH, som kopplar ihop huvud- och biobussar i dubbelbuss-systemet, kan det kopplas i serie med vänsterbrytaren 10AH och högerbrytaren 8AH (tre brytare totalt) för att utnyttja provvägar för 10AH och 8AH.

2.1.2 DC Kontaktmotståndstest av Ledande Kretsar och Bus Plug Joints
För att mäta kontaktmotståndet för alla vakuumkretsutslägg, huvud/biobussavkopplingskontakter, och huvud/biobuss plug-joints, grupperas fortfarande angränsande switchgear-enheter i par, men testas sekventiellt - dvs 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. För varje par, när huvud- (eller bi-) obussavkopplingskontakterna för de två angränsande switchgear-enheter är stängda, mäts trefas-DC-kontaktmotståndet för motsvarande huvud- (eller bi-) obussväg. En loopmotståndstester används med ett provström på ca 100 A. Till exempel, för bussbindningsbrytaren 9AH, kan den liknande kopplas i serie med vänster 10AH och höger 8AH för att forma två provvägar: 10AH–huvudobuss–9AH–biobuss–8AH och 10AH–biobuss–9AH–huvudobuss–8AH. Provmetoden är densamma som för andra switchgear-enheter, med resistansvärden mellan 200 till 300 μΩ.

2.1.3 Strömtransformerstester
De primära ledande delarna av gasisoleringsspecialiserade strömtransformer installerade inuti kabinettet är inspärrade inuti inspärrningen; därför måste deras tester slutföras samtidigt under intern kabinettest. I denna omgång utförs först förhållandetester, polaritetskontroller och uppmuntringskarakteristikkurvtests. Dessa tester utförs med en multifunktionell fullautomatisk allmän transformer-tester.

För förhållandetester och polaritetskontroller: provcirkuitkonfigurationen är konsekvent med kretsutsläggets mekaniska karakteristiktester - dvs två angränsande switchgear-enheter grupperas, med deras kretsutslägg och samma sida bussavkopplingskontakter stängda. Högström matas fasvis, och sekundära inducerade strömmar dras från motsvarande sekundära strömtillslut för att mäta förhållandet och polariteten för alla strömtransformer kopplade i serie i cirkuiten. Provmetoden är identisk med standardförfaranden.

För uppmuntringskarakteristikkurvtest: denna test kräver bara att primärcirkuiten är öppen och kan utföras när som helst. Eftersom den använder samma provutrustning och delar samma sekundära strömtillslut som förhållandetest - dvs provström matas genom motsvarande sekundära strömtillslut - kan den utföras samtidigt med förhållandetest för att förbättra arbetseffektiviteten.

2.2 Isoleringstester av utrustning inuti strömbrytaren
I det andra testomgången genomförs isoleringstester på strömbrytaren och busbar samtidigt, inklusive: isoleringstester av live-delar i strömbrytaren till mark och mellan kontakter, isoleringstester av huvud/bihjälp buskopplingens live-delar till mark och mellan kontakter, isoleringstester av strömförstärkarens primär till sekundär och till mark, samt isoleringstester av alla interna huvud/bihjälp busbar och ledande delar till mark och mellan faserna.

Varje strömbrytarutrustning utsätts för spänningsapplikation två gånger. Först kopplas de inre huvud- och bihjälp busbar till mark genom en vald strömbrytarutrustning—det vill säga, strömbrytaren och antingen den huvudsakliga (eller bihjälp) buskopplingen av den valda strömbrytarutrustningen är stängda. Därefter stängs bus-tie strömbrytaren och dess huvud/bihjälp buskopplingar, och en tillfällig jordningsledning installeras vid kabelkontakten för den strömbrytarutrustningen, vilket jordar hela huvud- och bihjälp busbarsystemet inuti skåpet.

Den strömbrytarutrustning som testas använder ett högspänningsprovstop, som snävits hårt in i kabelkontakten för att införa provspänningen.

Under den första spänningsapplikationen till strömbrytarutrustningen är strömbrytaren öppen, och trepositionssatsen för huvudbuskopplingen är inställd på jordningsposition (eller inställd på driftläge med bussen jordad någon annanstans), vilket möjliggör motståndskraftstester mellan strömförstärkarens primär-till-sekundär och primär-till-mark, samt över strömbrytarkontakterna.

Under den andra spänningsapplikationen är strömbrytaren stängd, och både huvud- och bihjälp bus trepositionsavkopplingar är i öppet läge, vilket möjliggör motståndskraftstester av hela strömbrytarsamlingen till mark och över huvud/bihjälp buskopplingarnas kontakter.

För den särskilda bus-tie strömbrytarbågen 9AH kan testerna schemaläggas tillsammans med huvud- och bihjälp bus motståndskraftstesterna, vilket kräver totalt tre spänningsapplikationer. Under den första spänningsapplikationen är bus-tie strömbrytaren och huvudbuskopplingen stängda, medan bihjälp buskopplingen är öppen. Bihjälp bus är jordad genom en annan strömbrytarutrustning, och provspänningen införs till huvudbussen via viss strömbrytarutrustning. Motståndskraftstester utförs sedan på huvudbussystemet, hela bus-tie strömbrytaren till mark, och bihjälp buskopplingens kontaktgap, som visas i figur 1.

Under den andra spänningsapplikationen är bus-tie strömbrytaren och bihjälp buskopplingen stängda, medan huvudbuskopplingen är öppen. Huvudbussen är jordad genom en annan strömbrytarutrustning, och provspänningen införs till bihjälp bussen via viss strömbrytarutrustning. En motståndskraftstest utförs sedan på bihjälp bussystemet, hela bus-tie strömbrytaren till mark, och kontaktgapet av huvudbuskopplingen.

Under den tredje spänningsapplikationen testas kontaktgapet av bus-tie strömbrytaren via bihjälp bussen. Specifikt är bus-tie bihjälp buskopplingen stängd, bus-tie strömbrytaren är öppen, och bus-tie huvudbuskopplingen är inställd på "jord" position. Provspänningen införs till bihjälp bussen via viss strömbrytarutrustning för att utföra motståndskraftstest på kontaktgapet av bus-tie strömbrytaren.

3. Tester utanför strömbrytaren
För utrustning som överbelastningsmotstånd, spänningsförstärkare och kablar slutförs alla tester innan installationen.

3.1 Metalloxid överbelastningsmotståndstester
Alla strömbrytarbågar på 35 kV Bus Section III (förutom bus-tie bågen) är utrustade med metalloxid, gapless, skyddade, plug-in överbelastningsmotstånd. Tester utförs innan motstånden installeras. Isolationsresistans mäts både före och efter test. En DC-högspänningsgenerator används, och tester utförs enligt tillverkarens specifikationer:

• DC-referensspänning vid 1 mA ≥ 73 kV

• Läckageström vid 75% av U₁ₘₐ ≤ 50 μA

Under tester måste en dedikerad isolerande manschett installeras på högspänningskontakten av överbelastningsmotståndet; annars kommer det i omgivande luft till ytkortslutning på grund av hög spänning och liten klargång, vilket skadar överbelastningsmotståndets yta isolering—vilket gör testet omöjligt och riskerar utrustningskada.

3.2 Spänningsförstärkare (VT) tester
Totalt 14 enfasiga, plug-in, gasisolerede skåpspecifika spänningsförstärkare är installerade på 35 kV Bus Section III. Bus VTs skiljer sig från linje VTs genom att de inkluderar en ytterligare restvindning för nollsekvensspänningsmätning.

• Förhållande- och polaritetstester: En multifunktions CT/VT-tester används för att mäta spänningsförhållandet mellan primär vindning och varje sekundär vindning (inklusive restvindningen) och verifiera polaritetsrelationer.

• Anretningsegenskapskurva: Med samma tester appliceras anretningsspänning till sekundär vindning, och anretningsegenskapskurvan registreras vid 20%, 50%, 80%, 100% och 120% av den sekundära nominella spänningen (dvs. 20 V, 50 V, 80 V, 100 V och 120 V).

Under tester måste en tillfällig isolerande hatt (inre konisk isolator) installeras på den primära högspänningskontakten; annars kommer det till ytkortslutning, vilket skadar isoleringen och hindrar testspänningen från att nås.

• DC-resistans av vindningar: DC-resistansen av både primär och sekundär vindning av varje VT mäts.

• Spänningshållbarhetstest för växelström: Eftersom dessa VT:n är speciellt utformade för gasisolera ställverk, kan deras yttre isolering inte tåla höga provspänningar när de testas utanför kabinetten. Därför utförs inget växelströms-spänningshållbarhetstest på primärspolningen. Istället används ett inducerat spänningsprov. Detta inducerade prov kan kombineras med uppmuntningskarakteristiktest—tillämpa spänning i 1 minut vid 120 V på sekundärsidan.

• Tillämpa 3 kV växelström (nätspänning) i 1 minut mellan primärspolningskontakt N och alla andra spolningar/jord.

• Tillämpa 2 kV växelström (nätspänning) i 1 minut mellan varje sekundär- (eller rest)spolning och alla andra spolningar/jord.

• Prov på hjälpkomponenter: Mät den direkta strömresistansen av fuset på primärsidan för varje VT och kontrollera isolationsresistansen av nollpunktsblixtnivåskyddet.

4.Förberedelser under provning

4.1 Grundläggande villkor före provning

• Manometern för SF₆-gas måste indikera inom det normala gröna intervallet.

• Kabinetten för ställverket måste vara pålitligt jordad, med jordningsmotstånd som uppfyller kraven.

• Verifiera att de faktiska positionerna och statusindikatorerna för trepositionsskopkopplingar och brytare är korrekta.

• Alla oanvända uttag på det utrustning som ska provas måste täckas med isolerande stopp.

• Under växelströms-spänningshållbarhetstester måste kabelförsäljningshål, monteringshål för överslagslindor och VT-monteringshål i bådarna som mottar spänning täckas med dedikerade isolerande stopp; områden som inte är energiserade behöver inte täckas.

• Bekräfta att bussslutena är täckta med isolerande stopp och att båda slutkabinetterna är fullständigt stängda.

4.2 Speciella egenskaper hos högspänningstester
På grund av otillräcklig yttre isoleringsstyrka hos VT:n utanför kabinetten, måste inducerat spänningsprov på primärspolningen kombineras med uppmuntningsprov vid reducerad spänning, vilket inte fullt ut återspeglar standardhållbarhetsvillkor. Dessutom återspeglar DC-kontaktmotståndsättringar den totala resistansen i hela serievägen—inklusive brytare, kopplingar, busshubbanslutningar och primära CT—vilket gör det svårt att fastställa vilken specifik komponent som överstiger tillåtna gränser om den totala värden ligger utanför specifikationen.

4.3 Special karaktär av högspänningstestmetoder
Eftersom direkt provning av utrustning som är instängd i gasfyllda kabinetter är omöjligt, måste provkretsar bildas med angränsande ställverksenheter och busshubbar. Därför kan endast en omfattande provning av hela 35 kV Bussektion III utföras när busssystemet är frånkopplat. Men vissa tester kan genomföras på enskilda frånkopplade bådar:

• Alla CT-test (förutom förhållandetest)

• Spänningshållbarhetstester på brytarcontactsprickar och linjesidor

• Mekaniska karakteristika-test av brytare (förutom busstiebrytaren)

• Alla tester på avmonterbbara komponenter som kablar, överslagslindor och VT

4.4 Särskilda överväganden för provningsstandarder
Vid interna växelströms-spänningshållbarhetstester, eftersom brytare, kopplingar, CT och busshubbar testas samtidigt, måste provspänningen begränsas till den lägsta hållbarhetsklassen bland dem—76 kV (CT-standard)—vilket resulterar i lägre än optimala stressnivåer för andra komponenter. Efter borttagning av sekundära spolningar för provning måste ursprungliga ledningar snabbt återställas för att undvika dålig kontakt eller öppna kretsar.

5.Sammanfattning
Högspänningstesting av kompakt gasisolera ställverk innebär unika utmaningar och mycket komplexa driftskrav. Därför är en grundlig förståelse för utrustningsegenskaper avgörande. Att välja lämplig provutrustning och metoder anpassade till dessa egenskaper, och att sammanfatta effektiva provningsprocedurer och standarder, ger värdefull referens och teknisk grund för att lösa liknande ingenjörsvardag.