Методи випробування новоустановленого 35 кВ GIS газозаповненого комутаційного обладнання

GIS (газозаповнене комутаційне обладнання) має переваги, такі як компактна конструкція, гнучка робота, надійне взаємодії, довгий термін служби, безпідтримкова робота та невеликий просторовий заліз. Воно також має багато незамінних переваг у відносинах до ізоляційних властивостей, екологічності та енергоефективності, і все більше застосовується в промислових та горнодобувних підприємствах, аеропортах, залізничному транспорті, метрополітені, вітрових станціях та інших сферах.

Певне підприємство мавло 35 кВ внутрішню підстанцію, яка початково була оснащена повітряним комутаційним обладнанням, що складалося з 10 секцій. Цей оновлення додає 4 нові секції. Однак, оригінальна площа не може прийняти розширені вимоги до секцій. Більше того, враховуючи тривалість експлуатації обладнання та його безпеку, 35 кВ підстанція модернізується з використанням SF₆ газозаповненого металево-обгорнутого комутаційного обладнання. Існуюча площа комутаційного обладнання може задовольнити потреби розширення, а загальна безпека електричного обладнання буде значно покращена.

Ця стаття вивчає, згідно з основними компонентами комутаційного обладнання, наступні випробування: випробування ізоляції корпусу та шин, випробування вакуумного вимикача, випробування напругових перетворювачів, випробування струмових перетворювачів, випробування металурганічних оксидних відбійників перенапруги та випробування електроенергетичних кабелів.

1.Класифікація та послідовність випробувань
Шинна секція III 35 кВ підстанції складається з подвійної системи шин, сформованої 14 одиницями ZX2-типу SF₆ газозаповненого комутаційного обладнання. Усі первинні живі частини всередині шаф встановлені в герметичних газонаповнених корпусах, що робить пряме профілактичне випробування важким. Тому випробування повинно проводитися за допомогою формування випробувальних контурів за допомогою суміжних комутаційних пристроїв. Багато провідних частин, таких як напругові перетворювачі та шини, використовують вставні з'єднання. Для забезпечення добре контакту на всіх шинних вставках, повинні бути проведено вимірювання опору постійного струму на всіх з'єднаннях. Під час випробувань, на роз'єми для кабелів необхідно встановлювати тимчасові випробувальні вставки, що послужать точками доступу для випробувань, що збільшує складність та обсяг роботи. Тому послідовність випробувань повинна бути розумно організована, щоб мінімізувати обсяг роботи. Враховуючи ці фактори, випробування електричного обладнання для шинної секції III 35 кВ реалізується двома методами: випробування всередині шафи та зовнішні випробування.

2. Характеристичні випробування обладнання всередині комутаційного пристрою
Випробування всередині шафи проводяться в два етапи. На першому етапі використовуються випробувальні вставки з низькою струмом; ці вставки легко встановлюються - просто вставляються безпосередньо в роз'єми для встановлення кабелів всередині комутаційного пристрою. На другому етапі високовольтові випробувальні вставки вставляються в роз'єми для встановлення кабелів всередині комутаційного пристрою та фіксуються за допомогою болтів, щоб ввести випробувальний напруг у тестове обладнання.

2.1 Перший етап випробувань
2.1.1 Випробування вакуумного вимикача
На цьому етапі спочатку проводяться механічні характеристичні випробування та випробування механізму роботи, обидва використовуючи випробувальний прилад для динамічних характеристик вимикача. Дві суміжні комутаційні шафи об'єднуються разом. Трифазні випробувальні проводи підключаються з одного кінця, а з іншого - заземлюються. Механічні характеристики та напруги катушок роботи двох послідовно з'єднаних вимикачів вимірюються окремо - тобто, коли вимірюються механічні характеристики одного вимикача, інший вимикач закритий, щоб служити шляхом для випробування. Метод випробування ідентичний стандартним процедурам. Для шинного вимикача 9AH, який з'єднує головну та допоміжну шини подвійної системи шин, можна використовувати послідовне з'єднання з лівим вимикачем 10AH та правим вимикачем 8AH (загалом три вимикача), щоб використовувати шляхи випробування 10AH та 8AH.

2.1.2 Випробування опору постійного струму провідних контурів та шинних вставок
Для вимірювання опору контакту всіх вакуумних вимикачів, головних/допоміжних вимикачів шин, та головних/допоміжних шинних вставок, суміжні комутаційні шафи все ще об'єднуються парами, але тестуються послідовно - тобто 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Для кожного пари, коли головні (або допоміжні) вимикачі шин двох суміжних комутаційних шаф закриті, вимірюється трифазний опір постійного струму відповідного головного (або допоміжного) шинного шляху. Використовується прилад для вимірювання опору контуру з поточним струмом близько 100 А. Наприклад, для шинного вимикача 9AH, можна аналогічно використовувати послідовне з'єднання з лівим 10AH та правим 8AH, щоб утворити два випробувальні шляхи: 10AH–головна шина–9AH–допоміжна шина–8AH та 10AH–допоміжна шина–9AH–головна шина–8AH. Метод випробування такий самий, як для інших комутаційних шаф, з опорами в діапазоні від 200 до 300 мкОм.

2.1.3 Випробування струмових перетворювачів
Первинні провідні частини спеціалізованих струмових перетворювачів, встановлених всередині шафи, запечатані в корпусі; тому їх випробування повинно бути завершено одночасно під час випробувань всередині шафи. На цьому етапі спочатку проводяться випробування співвідношення, перевірка полярності та випробування характеристичної кривої намагнічення. Ці випробування проводяться за допомогою багатофункціонального повністю автоматичного комплексного випробувального приладу для перетворювачів.

Для випробування співвідношення та перевірки полярності: конфігурація випробувального контуру є однаковою з випробуваннями механічних характеристик вимикача - тобто, дві суміжні комутаційні шафи об'єднуються, їх вимикачі та односторонні вимикачі шин закриті. Високий струм вводиться фазово, а вторинні викликані струми отримуються з відповідних вторинних струмових клем, щоб виміряти співвідношення та полярність усіх послідовно з'єднаних струмових перетворювачів у контурі. Метод випробування ідентичний стандартним процедурам.

Для випробування характеристичної кривої намагнічення: це випробування вимагає лише відкритого первинного контуру і може бути проведене в будь-який час. враховуючи, що воно використовує те ж випробувальне обладнання та спільні вторинні струмові клеми, як і випробування співвідношення - тобто, випробувальний струм вводиться через відповідні вторинні струмові клеми, - воно може бути проведене одночасно з випробуванням співвідношення, щоб підвищити ефективність роботи.

2.2 Тести ізоляції обладнання всередині комутаційного пристрою
Під час другого етапу тестування одночасно проводяться тести ізоляції комутаційного пристрою та шинопроводів, включаючи: тести ізоляції живих частин вимикача до землі та між контактами, тести ізоляції основних/додаткових відключення шин до землі та між контактами, тести ізоляції первинної та вторинної обмоток трансформатора струму до землі, а також тести ізоляції всіх внутрішніх основних/додаткових шинопроводів та провідних частин до землі та між фазами.

Кожен комутаційний пристрій піддається застосуванню напруги двічі. Спочатку основні та додаткові шинопроводи всередині шафи заземлюються через вибраний комутаційний пристрій — тобто, вимикач та або основне (або додаткове) відключення шин вибраного комутаційного пристрою закриваються. Потім, відключальник шинопроводу та його основне/додаткове відключення шин закриваються, і тимчасовий заземлювальний дріт встановлюється на гніздо кабелю цього комутаційного пристрою, таким чином заземлюючи весь систему основних та додаткових шинопроводів всередині шафи.

Для комутаційного пристрою, що тестується, використовується високонапігне тестове гніздо, яке затягується у гніздо кабелю для введення тестової напруги.

Під час першого застосування напруги до комутаційного пристрою, його вимикач відкритий, а трипозиційне відключення основних шин встановлено в положення «заземлення» (або встановлено в робоче положення з заземленням шин іншим способом), що дозволяє проводити випробування на витривалість напруги між первинною та вторинною обмотками трансформатора струму, а також між контактами вимикача.

Під час другого застосування напруги, вимикач закритий, а обидва основні та додаткові відключення шин у відкритому положенні, що дозволяє проводити випробування на витривалість напруги всього вимикача до землі та між контактами основного/додаткового відключення шин.

Для спеціального відключення шинопроводу 9AH, випробування можна запланувати разом з випробуваннями на витривалість напруги основних та додаткових шин, що вимагає загалом трьох застосувань напруги. Під час першого застосування напруги, відключальник шинопроводу та основне відключення шин закриваються, а додаткове відключення шин відкрите. Додаткова шина заземлюється через інший комутаційний пристрій, а тестова напруга вводиться до основної шини через певний комутаційний пристрій. Проводяться випробування на витривалість напруги системи основної шини, всього відключальника шинопроводу до землі та зазора контактів додаткового відключення шин, як показано на Рисунку 1.

Під час другого застосування напруги, відключальник шинопроводу та додаткове відключення шин закриваються, а основне відключення шин відкрите. Основна шина заземлюється через інший комутаційний пристрій, а тестова напруга вводиться до додаткової шини через певний комутаційний пристрій. Проводиться випробування на витривалість напруги системи додаткової шини, всього відключальника шинопроводу до землі та зазора контактів основного відключення шин.

Під час третього застосування напруги, зазор контактів відключальника шинопроводу тестується через додаткову шину. Зокрема, додаткове відключення шинопроводу закривається, відключальник шинопроводу відкривається, а основне відключення шинопроводу встановлюється в положення «заземлення». Тестова напруга вводиться до додаткової шини через певний комутаційний пристрій для проведення випробування на витривалість напруги зазора контактів відключальника шинопроводу.

3. Випробування за межами комутаційного пристрою
Для обладнання, такого як опори, трансформатори напруги та кабелі, всі випробування завершуються перед встановленням.

3.1 Випробування опор з металооксидними вставками
Всі секції вимикачів на 35 кВ Шині №3 (крім секції шинопроводу) оснащені опорами з металооксидними, беззазорними, захищеними, вставними опорами. Випробування проводяться перед встановленням опор. Вимірюється опір ізоляції до та після випробування. Використовується генератор постійного струму високої напруги, і випробування проводяться відповідно до вказівок виробника:

• Постійна напруга при 1 мА ≥ 73 кВ

• Струм витеку при 75% U₁ₘₐ ≤ 50 мкА

Під час випробування на високовольтажному з'єднанні опори повинен бути встановлений спеціальний ізоляційний рукав; інакше, в оточуючому повітрі, через високу напругу та невеликий зазор, відбудеться поверхневий пробій, що пошкодить поверхневу ізоляцію опори — роблячи випробування неможливим та ризикуючи пошкодженням обладнання.

3.2 Випробування трансформаторів напруги (ТН)
Загалом 14 одновимірних, вставних, газозаповнених, специфічних для шафи трансформаторів напруги встановлено на 35 кВ Шині №3. ТН шин відрізняються від ТН ліній тем, що вони мають додаткову залишкову обмотку для вимірювання нуль-послідовної напруги.

• Тести співвідношення та полярності: Використовується багатофункціональний тестер ТН/ТС для вимірювання співвідношення напруг між первинною обмоткою та кожним вторинним обмоткам (включаючи залишкову обмотку) та перевірки відношень полярності.

• Характеристична крива екситації: Використовуючи той же тестер, напруга екситації застосовується до вторинної обмотки, і записується крива екситації при 20%, 50%, 80%, 100% та 120% вторинної номінальної напруги (тобто 20 В, 50 В, 80 В, 100 В та 120 В).

Під час випробування на первинному високовольтажному з'єднанні повинен бути встановлений тимчасовий ізоляційний капсуль (внутрішній конусний ізолятор); інакше, відбудеться поверхневий пробій, що пошкодить ізоляцію та не дозволить досягнути тестової напруги.

• Постійний опір обмоток: Вимірюється постійний опір первинної та вторинної обмоток кожного ТН.

• Перевірка стійкості до напруги постійного струму: Оскільки ці ВТ спеціально розроблені для газово-ізольованого комутаційного обладнання, їх зовнішня ізоляція не може витримати високі перевірочні напруги поза шафою. Тому на основному обмотуванні не проводиться перевірка стійкості до напруги постійного струму. Замість цього використовується тест наведеної напруги. Цей наведений тест можна поєднати з тестом характеристики захоплення—прикладення напруги 120 В на вторинній стороні протягом 1 хвилини.

• Прикладіть 3 кВ постійного струму (мережева частота) на 1 хвилину між терміналом N основного обмотування та всіма іншими обмотуваннями/землею.

• Прикладіть 2 кВ постійного струму (мережева частота) на 1 хвилину між кожним вторинним (або залишковим) обмотуванням та всіма іншими обмотуваннями/землею.

• Перевірки додаткових компонентів: Виміряйте опір постійного струму основного бокового предохранителя кожного ВТ та перевірте опір ізоляції захисника від блискавок нейтральної точки.

4.Заходи безпеки під час перевірок

4.1 Базові умови перед перевіркою

• Манометр SF₆ повинен показувати значення в нормальному зеленому діапазоні.

• Корпус комутаційного обладнання повинен надійно заземлюватися, а опір заземлення повинен відповідати вимогам.

• Перевірте, чи правильні фактичні положення та індикатори стану трипозиційних відключаючих пристроїв та вимикачів.

• Всі невикористовувані роз'єми на перевірному обладнанні повинні бути запечатані ізоляційними заглушками.

• Під час перевірок стійкості до напруги отвори для кінців кабелів, отвори для монтажу відбудовувачів перенапружень та отвори для монтажу ВТ в секціях, які отримують напругу, повинні бути запечатані спеціальними ізоляційними заглушками; неенергізованим ділянкам запечатування не потрібно.

• Підтвердіть, що кінці шин запечатані ізоляційними заглушками, а обидва кінцевих шафи повністю закриті.

4.2 Особливості високонапігних перевірок
Завдяки недостатньої зовнішньої ізоляційної міцності ВТ поза шафою, тест наведеної напруги на основному обмотуванні повинен поєднуватися з тестом захоплення при зменшеній напрузі, що не повністю відтворює стандартні умови стійкості. Крім того, вимірювання опору постійного струму контакту відображають загальний опір усього послідовного шляху, включаючи вимикачі, відключаючі пристрої, сполучення шинних вставок та первинні обмотування СТ, що робить важким визначення, який саме компонент перевищує допустимі межі, якщо загальне значення виходить за межі специфікації.

4.3 Особливості методів високонапігних перевірок
Оскільки безпосереднє тестування обладнання, запечатаного в газонаповнених корпусах, неможливе, тестові контури повинні формуєтися за допомогою суміжних комутаційних пристроїв та шин. Тому комплексне тестування всієї секції шин 35 кВ III можливо лише коли система шин відключена. Проте деякі перевірки можна проводити на окремих відключених секціях:

• Всі перевірки СТ (крім тестів співвідношення)

• Перевірки стійкості до напруги на контактних зазорах вимикачів та лінійних секціях

• Перевірки механічних характеристик вимикачів (крім вимикача шин)

• Всі перевірки скидних компонентів, таких як кабелі, відбудовувачі перенапружень та ВТ

4.4 Особливі розгляди для стандартів перевірок
Під час внутрішніх перевірок стійкості до напруги постійного струму, оскільки вимикачі, відключаючі пристрої, СТ та шини тестируються одночасно, тестова напруга повинна бути обмежена найнижчим значенням стійкості серед них—76 кВ (стандарт СТ)—що призводить до нижчого, ніж оптимального, рівня напруженості для інших компонентів. Після вилучення вторинних обмотувань для перевірки, оригінальні проводи повинні бути швидко відновлені, щоб уникнути поганого контакту або відкритих контурів.

5.Висновок
Високонапігне тестування компактного газово-ізольованого комутаційного обладнання має унікальні виклики та дуже складні вимоги до експлуатації. Тому необхідне глибоке розуміння характеристик обладнання. Вибір відповідного тестового обладнання та методологій, пристосованих до цих характеристик, а також підсумовування ефективних процедур та стандартів перевірок, надає цінні відсилання та технічну основу для вирішення подібних інженерних завдань.