Топ 5 ключови контроли на процесите за инсталиране и пускане в експлоатация на GIS

Този документ кратко представя предимствата и техническите характеристики на оборудването GIS (газово изолирана комутационна апаратура), както и обсъжда няколко ключови точки за контрол на качеството и мерки за процесен контрол при монтаж на място. Подчертава се, че пробните изпитания на място могат само частично да отразят общото качество и работата по монтаж на оборудването GIS. Само чрез засилване на комплексния контрол на качеството през целия процес на монтаж – особено в ключови области като околната среда при монтаж, обработка на адсорбента, обработка на газовите камери и измерване на съпротивлението на контура – може да се гарантира безопасната и безпроблемна влизане в експлоатация на оборудването GIS.

С развитието на електроенергийните системи, повишават се изискванията към механичните и електрическите характеристики на основното оборудване в трансформаторни станции. В резултат на това, все по-напредъкът електрооборудване се използва все по-широко в трансформаторни станции. Сред тях, Газово Изолираната Метална Обкръжена Комутационна Апаратура (GIS) намира все по-широко приложение поради своите много предимства. Това води до това, че монтажът и пускането в експлоатация на GIS на място става централен аспект в строителството на трансформаторни станции.

1. Технически характеристики на оборудването GIS

• Компактна конструкция с малка площ

• Висока надеждност при експлоатация и отлични показатели за безопасност

• Елиминира неблагоприятните външни влияния

• Кратък период на монтаж

• Лесна поддръжка и дълги интервали между проверки

2. Ключови точки за процесен контрол и мерки за контрол при монтаж на GIS

Поради високата интеграция и компактната конструкция на оборудването GIS, всяко пренебрежение при монтажа на място може да остави скрити рискове, които могат да доведат до отказ на оборудването или дори до аварии в мрежата. На база опита от многобройни монтажи на GIS трансформаторни станции, е необходимо стриктен контрол върху следните ключови аспекти при монтажа и пускането в експлоатация.

2.1 Контрол на околната среда при монтаж

Газът SF₆ е много чувствителен към влага и примеси, затова околната среда при монтажа на място трябва да бъде стриктно контролирана. Тъй като газовите камери трябва да бъдат отворени по време на монтажа, работата трябва да се извършва при сухо и ясно време с относителна влажност под 80%. След отваряне на камерата, вакуумната обработка трябва да започне незабавно, за да се минимизира времето на изложението. За външни монтажи, скоростта на вятъра не трябва да надвишава 3 по скалата на Бофорта. При необходимост, около отворената камера трябва да се предприемат местни защитни мерки, а образуването на прах в безопасната зона трябва да бъде стриктно контролирано. Зоната за монтаж трябва да остане чиста и подредена.

Персоналът не трябва да носи дрехи или ръкавици от материали, които отделят фибри. Косата трябва да бъде напълно покрита с шапка, а лицата трябва да носят маски. В условия на високи температури, трябва да се предприемат мерки за охлаждане, за да се предотврати възникването на пот, която може да внесе влага в камерата.

2.2 Обработка на адсорбента в газовите камери на GIS

Адсорбентът, използван в GIS, обикновено е 4A молекулярна решетка, която е некондуктивна, има ниска диелектрична константа и е свободна от прах. Той демонстрира силна адсорбционна способност и може да издържа високи температури и изложението на дъга. Адсорбентът трябва да се сушат в вакуумна сушилка при 200–300°C за 12 часа. Незабавно след суша, той трябва да бъде изнет и инсталиран в камерата в рамките на 15 минути. Камерата с инсталиран адсорбент трябва незабавно да започне вакуумна обработка, за да се минимизира изложението на въздуха.

Преди инсталация, адсорбентът трябва да бъде теглен и записан за бъдеща справка при поддръжка. Ако теглото се увеличи с повече от 25% при проверка, това указва значително абсорбиране на влага и изисква регенерация. Адсорбентът от камери за гасене на дъга не може да бъде регенериран.

2.3 Вакуумна обработка на газовите камери

Вакуумната обработка трябва да започне незабавно след сглобяването на камерата. В свързващата тръба трябва да бъде инсталирана обратна клапа, и специализирано лице трябва да наблюдава процеса, за да се предотврати обратен поток на масло от помпа в камерата при прекъсване на тока. Помпата трябва да се стартира първо, за да се провери правилната й работа, преди да се отворят всички вентили на тръбопроводите. При спиране, вентилите трябва да бъдат затворени, преди да се изключи помпата.

След достигане на абсолютно налягане под 133 Pa, вакуумната помпа трябва да продължи да работи допълнително 30 минути, след което да бъде спряна и изолирана. Абсолютното налягане (PA) се записва след 30 минути почивка. След още 5-часова почивка, се прочита отново налягането (PB). Камерата се счита добре запечатана, ако PB – PA < 67 Pa. Едва след успешното завършване на този тест за запечатване, квалифициран газ SF₆ може да бъде зареден в камерата.

По време на вакуумната обработка, трябва да се избегне продължително състояние, при което едната страна на дисковия изолатор е под номинално работно налягане, а другата страна е под високо вакуум, тъй като това може да причини механични повреди. При необходимост, налягането на натоварената страна трябва да бъде намалено под 50% от номиналната стойност.

2.4 Заземяване на корпуса

Поради гъстата вътрешна разположение на GIS, електрическото разстояние между проводниците и между проводниците и металния корпус е много малко. При вътрешен отказ, големи дефектни токове ще протекат през заземящите проводници в заземяващата мрежа. Освен това, тъй като корпусът на GIS е направен от затворена метална материал, асиметрични системни откази могат да индуцират значителни напрежения в корпуса поради магнитна индукция, което може да повреди оборудването или да представлява опасност за персонала.

Затова, работата по заземяване трябва да отговаря на високи стандарти. Трансформаторни станции, използващи GIS, се препоръчва да използват медни заземяващи мрежи, за да се минимизира общото заземяващо съпротивление. Всички връзки между корпуса и заземяващата мрежа също трябва да използват медни материали. Поради наличието на дискови изолатори и каучукови уплътнители между газовите камери, трябва да се инсталират медни свързващи ленти между корпусите. Сечението на тези свързващи ленти трябва да съответства на сечението на главната заземяваща мрежа.

GIS използва многоточкова схема за заземяване. Броят и местоположението на точките за заземяване трябва да следват производствените и проектните спецификации.

2.5 Изнасяне на съпротивлението на главния контур

Изнасянето на съпротивлението на главния контур е важно при монтажа на GIS. То не само проверява целостта на контактните връзки между модулите, но и потвърждава правилната последователност на фазите на главния шин. За напълно затворената комутационна апаратура, правилната фазировка и надеждните връзки са особено важни. На практика, са се случвали повторни работи поради неправилна фазировка или неправилни връзки на проводниците.

Производителите обикновено предоставят стандартни стойности на контактното съпротивление за вътрешните връзки. Съпротивлението на контура трябва да се тестира секция по секция по време на сглобяването, позволявайки ранно откриване и корекция на слаби контакти. Измереното съпротивление за всяка секция не трябва да надвишава сумата от специфицираните стойности на производителята за всички връзки в тази секция.

След пълното сглобяване, трябва да се извърши пълен тест на съпротивлението на контура, и резултатът не трябва да надвишава теоретичната изчислена стойност.

Специално забележка: Тестовете на съпротивлението на контура не трябва да се извършват върху камери, които подлежат на вакуумна обработка. При податмосферно налягане, диелектричната сила в камерата е изключително ниска. Дори няколко десетки волта могат да причинят повърхностно разрядване на дисковите изолатори, оставяйки следи от разрядване, които стават слаби точки на изолация и потенциални източници на откази при експлоатация. Затова, внимателни проверки трябва да се извършват преди всякакво измерване на съпротивление, за да се избегне тестове върху евакуирани камери.

2.6 Пробен изпит на издръжливостта

Отличните изолационни свойства на газа SF₆ позволяват на GIS да постигне компактна конструкция. GIS използва заземени алуминиеви легирани корпуси, и при работно налягане, разстоянието между вътрешните проводници или между проводниците и заземеният корпус е много малко. Поради високата степен на предварително сглобяване в завод, ключовите компоненти се доставят предварително инсталирани. Обаче, преместването на компонентите по време на транспортиране или въвеждането на микроскопични примеси по време на монтажа на място може да искриви вътрешното електрическо поле. В сравнение с порцеланово изолираното оборудване, дори малки заострения или частици в GIS преривателите могат да причинят аномални разрядвания или откази.

Затова, пробният изпит на издръжливостта на място служи като последна защита, за да се провери производственото и монтажното качество на GIS.

Според регламента за приемни изпити, пробното напрежение на място е 80% от заводското пробно напрежение. Например, за GIS 110 kV, пробното напрежение на главния контур е 80% от заводското пробно напрежение: 230 kV × 80% = 184 kV, приложено за 1 минута. Изпитът трябва да се извърши най-малко 24 часа след пълното напълване с газ. Устройствата за защита от удари и напрежение не трябва да бъдат включени в изпита. Високонапрегнатите изходящи кабели трябва да бъдат изпитани заедно след свързването им с GIS. Преди изпита, трябва да се измери и потвърди удовлетворителното изолационно съпротивление.

Процедура за изпит: Напрежението се увеличава със скорост 3 kV/s до номиналното работно напрежение (63.5 kV), задържа се за 1-3 минути, за да се наблюдава състоянието на оборудването, след което се повишава до 184 kV и се задържа за 1 минута. Тази процедура се повтаря за всяка фаза.

GIS, което премине пробния изпит на издръжливостта, може да бъде пуснато в експлоатация. Обаче, този изпит не може да детектира всички потенциални дефекти. По време на експлоатация, GIS трябва да издържа не само променливо напрежение, но и удари и преходни напрежения. Разпадащото се напрежение на газа SF₆ варира с типа на напрежението. За коаксиална цилиндрична система, 50% разпадащото се напрежение на SF₆ може да бъде емпирично изразено като:

U₅₀ = (AP + B)μd

Където:
P — налягане в камерата
d — електрическо разстояние (mm)
μ — фактор на използване на електрическото поле
A, B — константи, зависещи от формата на напрежението

Следователно, разпадащото се напрежение варира с типа и полярността на напрежението. Различни вътрешни дефекти показват различна чувствителност към различни форми на напрежението. Променливото AC напрежение е чувствително към изолационни откази, причинени от влага, примеси или метални частици в SF₆, но по-малко чувствително към повърхностни царапини или лоши условия на повърхността на проводниците.

Затова, пробните изпити с променливо напрежение не могат да детектират всички вътрешни дефекти. Засилването на контрола на процесите по време на монтажа и подобряването на общото качество на монтажа остават най-важните мерки за осигуряване на безопасна експлоатация на GIS.

3. Заключение

Този документ анализира ключовите точки за процесен и качествен контрол при монтажа и пускането в експлоатация на оборудването GIS. Показва, че пробните изпити на място могат само частично да отразят общото качество и работата по монтаж на инсталираното GIS. По-важно, акцентира се, че единствено чрез стриктен контрол на всеки процес на монтаж – гарантирайки пълно спазване на процедурите и инструкциите за работа – оборудването GIS може да бъде безопасно и надеждно пуснато в експлоатация от самото начало.

Надяваме се, че този обзор може да послужи като полезна справка за колегите в индустрията на енергийното строителство.