Top 5 kritiske proceskontroller for GIS-installation og -kommissionering

Dette dokument bruger kortfattet GIS (Gas-Isoleret Switchgear) udstyr, dets fordele og tekniske karakteristika, og gennemgår flere vigtige kvalitetskontrolpunkter og proceskontrolforanstaltninger under installation på stedet. Det understreger, at spændingsprøver på stedet kun delvist kan afspejle den samlede kvalitet og installationshåndværk af GIS-udstyr. Kun ved at styrke en omfattende kvalitetskontrol gennem hele installationsprocessen - især i nøgleområder som installationsmiljø, håndtering af absorbent, behandling af gasrum og test af sløjferesistans - kan sikker og problemfri indkørsel af GIS-udstyr garanteres.

Med udviklingen af kraftsystemer sættes der højere krav til mekanisk og elektrisk ydeevne af primært understationsudstyr. Derved bliver mere avancerede elektriske anlæg stadig mere anvendt i understationer. Blandt dem er Gas-Isoleret Metalindkapslet Switchgear (GIS) ved at få bredere anvendelse på grund af sine mange fordele. Dermed er installation og indkørsel af GIS blevet et centralelement i understationskonstruktion.

1. Tekniske karakteristika af GIS-udstyr

• Kompakt struktur med lille fodaftryk

• Høj driftsikkerhed og fremragende sikkerhedsegenskaber

• Eliminerer negative eksterne indflydelsesfaktorer

• Kort installationsperiode

• Let vedligeholdelse og lange inspektionsintervaller

2. Nøgleproceskontrolpunkter og kontrolforanstaltninger under GIS-installation

På grund af den høje integration og kompakte design af GIS-udstyr kan enhver oversyn under installation på stedet efterlade skjulte risici, der kan føre til udstyrsfejl eller endda netulykker. På baggrund af erfaring fra flere GIS-understationsinstallationer er streng kontrol over følgende nøgleaspekter afgørende under installation og indkørsel.

2.1 Kontrol af installationsmiljø

SF₆-gas er meget følsom over for fugt og urenheder, så installationsmiljøet på stedet skal være strengt kontrolleret. Da gasrum må åbnes under installation, bør arbejdet kun udføres i tørt, klart vejr med luftfugtighed under 80%. Når et rum er åbnet, bør vakuumbehandling fortsætte kontinuerligt for at minimere eksponeringstiden. For installationer udenfor bør vindhastigheden ikke overstige Beaufort-skala 3. Hvis det er nødvendigt, bør lokale skjerningsforanstaltninger implementeres omkring det åbne rumsområde, og støvgenerering inden for sikkerhedszonen skal være strengt kontrolleret. Installationsområdet skal være rent og ordentligt.

Personale bør ikke have løsefiberklæder eller -handsker på. Håret skal være fuldt dækket af en hovedbeklædning, og ansigtsmasker bør bæres. Under høje temperaturforhold bør køleforanstaltninger træffes for at forhindre, at sved introducerer fugt i rummet.

2.2 Håndtering af absorbent i GIS-gasrum

Absorbent, der anvendes i GIS, er typisk 4A molekylarsiv, som er ikkeledende, har lav dielektrisk konstant og er fri for støv. Det viser stærk absorberevne og kan modstå høje temperaturer og bugeeksponering. Absorbenten bør tørres i en vakuumovn ved 200–300°C i 12 timer. Umedelbart efter tørring bør den fjernes og installeres i rummet inden for 15 minutter. Rummet med installeret absorbent skal begynde vakuumbehandling hurtigt for at minimere eksponering for luft.

Før installation skal absorbenten vejes og registreres til fremtidig reference under vedligeholdelse. Hvis vægten øges med mere end 25% under inspektion, indikerer dette betydelig fugtopsorption og kræver regenerering. Absorbent fra bugeudslukningsrum kan ikke regenereres.

2.3 Vakuumbehandling af gasrum

Vakuumbehandling bør starte umiddelbart efter montering af rummet. En checkventil skal installeres i forbinderøruret, og en dedikeret person skal overvåge processen for at forhindre, at pumpolie ryger tilbage i rummet i tilfælde af strømafbrydelse. Vakuumpumpen skal først startes for at verificere korrekt funktion, inden alle rørventiler åbnes. Når stoppes, bør ventiler lukkes, inden pumpen slukkes.

Når en intern absolut tryk under 133 Pa er opnået, bør vakuumpumpen fortsætte med at køre i yderligere 30 minutter, derefter stoppes og isoleres. Absoluttetrykket (PA) registreres efter 30 minutters standstill. Efter yderligere 5 timers standstill læses trykket (PB) igen. Rummet anses for godt forseglet, hvis PB – PA < 67 Pa. Kun efter at være bestået denne tæthedsprøve kan godkendt SF₆-gas fyldes ind i rummet.

Under vakuumbehandling bør man undgå forhold, hvor den ene side af en disktype-isolator er under nominelt driftstryk, mens den anden side er under højt vakuum, da dette kan forårsage mekanisk skade. Hvis nødvendigt, bør presset på den pressede side reduceres til under 50% af den nominelle værdi.

2.4 Beholder jordforbindelse

På grund af den tætte interne layout af GIS er elektriske afstande mellem ledere og mellem ledere og metalbeholder meget små. I tilfælde af intern nedbrydning vil store fejlstrømme løbe gennem jordforbindelser ind i jordnettet. Desuden, da GIS-beholder er lavet af lukket metalmateriale, kan asymmetriske systemfejl inducere betydelige spændinger på beholderen på grund af magnetisk induction, hvilket potentielt kan skade udstyr eller true personale.

Derfor skal jordarbejde opfylde høje standarder. Understationer, der anvender GIS, anbefales at bruge kobberjordnet, for at minimere total jordresistans. Alle forbindelser mellem beholderen og jordnettet skal også anvende kobbermaterialer. På grund af tilstedeværelsen af disktype-isolatorer og gummi-sealer mellem gasrum, skal kobberbindinger installeres mellem beholderne. Krydssektionen af disse bindinger skal matche den primære jordnet.

GIS anvender en flerpunkt jordforbindelse. Antallet og placeringen af jordpunkter skal følge producent- og designspecifikationer.

2.5 Test af hovedkredsløbsresistans

Test af hovedkredsløbsresistans er afgørende under GIS-installation. Det bekræfter ikke blot integriteten af kontaktforbindelser mellem moduler, men også den korrekte faserekkefølge af hovedbusbar. For helt lukket switchgear er korrekt faser og pålidelige forbindelser især kritiske. I praksis har reparationer fundet sted på grund af forkert fasering eller ukorrekte lederforbindelser.

Producenter angiver normalt standardkontaktresistansværdier for interne forbindelser. Sløjferesistans bør testes sektion for sektion under montering, for at detektere og rette dårlige kontakter tidligt. Målt resistans for hver sektion må ikke overstige summen af producentens angivne værdier for alle forbindelser i den sektion.

Efter fuld montering bør en kompleks sløjferesistansprøve udføres, og resultatet må ikke overstige den teoretiske beregnede værdi.

Special Note: Sløjferesistansprøver må ikke udføres på kamre, der er under vacuumering. Under subatmosfæriske tryk er dielektriske styrken inde i kammeret ekstremt lav. Selv nogle få ti volt kan forårsage overfladeforladning på disktype-isolatorer, efterladende forladningsspore, der bliver svage isoleringspunkter og potentielle fejlkilder under drift. Derfor skal der foretages grundige kontroller, inden nogen resistansmåling, for at undgå prøver på evacuerede kamre.

2.6 Spændingsprøve

SF₆-gassens fremragende isolerende egenskaber gør, at GIS kan opnå kompakt design. GIS anvender jordede aluminiumlegeringbeholde, og under driftstryk er afstanden mellem interne ledere eller mellem ledere og den jordede beholder meget lille. På grund af høj fabrikforforsamling sendes kritiske komponenter forinstalleret. Dog kan komponenters forskydning under transport eller introduktion af små urenheder under installation på stedet forvrænge den interne elektriske feltfordeling. I modsætning til porcelainsisolerede anlæg kan selv mindste knuder eller partikler i GIS-bugetjenere forårsage abnorm forladning eller nedbrydning.

Derfor fungerer spændingsprøver på stedet som sidste forsvar for at verificere GIS-ydeevne og installationskvalitet.

I henhold til prøvereceptioner er prøvespændingen på stedet 80% af fabrikprøvespændingen. F.eks. for en 110 kV GIS er hovedkredsløbsprøvespændingen 80% af fabrikprøvespændingen: 230 kV × 80% = 184 kV, anvendt i 1 minut. Prøven bør udføres mindst 24 timer efter fuld gaffyldning. Overvoltagebeskyttelser og spændingsoverformere bør ikke inkluderes i prøven. Højspændingsudgående kabler bør prøves sammen efter at være forbundet til GIS. Inden prøven bør isolationsresistans måles og bekræftet tilfredsstillende.

Prøveprocedure: Øg spændingen med en hastighed på 3 kV/s til den nominelle driftsspenning (63.5 kV), hold i 1-3 minutter for at observere udstyrsstatus, derefter høj til 184 kV og fasthold i 1 minut. Gentag denne procedure for hver fase.

GIS, der består spændingsprøven, kan sættes i drift. Men denne prøve kan ikke detektere alle potentielle defekter. Under drift må GIS modstå ikke bare nettospænding, men også lyn- og switching-overvoltage. Nedbrydningsfeltstyrken for SF₆-gas varierer med spændingstype. For coaxial cylinderisk elektrodesystem kan den 50% nedbrydningsvoltage for SF₆ empirisk udtrykkes som:

U₅₀ = (AP + B)μd

Hvor:
P — Kammertryk
d — Elektrisk afstand (mm)
μ — Brug af elektrisk felt
A, B — Konstanter, der afhænger af spændingsbølgeform

Dermed varierer nedbrydningsvoltage med spændingstype og polaritet. Forskellige interne defekter viser forskellig sensitivitet over for forskellige spændingsbølgeformer. Nettofrekvens AC-spænding er sensitiv over for isoleringsnedbrydning, forårsaget af fugt, urenheder eller metalpartikler i SF₆, men mindre sensitiv over for overfladekrat eller dårlige lederoverflader.

Derfor kan nettofrekvensspændingsprøver ikke detektere alle interne defekter. At forbedre proceskontroller under installation og forbedre den samlede installationskvalitet er de mest vigtige foranstaltninger for at sikre sikker GIS-drift.

3. Konklusion

Dette dokument analyserer nøgleproces- og kvalitetskontrolpunkter i installation og indkørsel af GIS-udstyr på stedet. Det demonstrerer, at spændingsprøver på stedet kun delvist kan afspejle den samlede kvalitet og håndværk af installeret GIS. Det fremhæver desuden, at kun gennem streng kontrol af hvert installationssteg - sikring af fuld overholdelse af procedurer og arbejdsinstruktioner - kan GIS-udstyr sikker og pålideligt sættes i drift fra starten.

Det håbes, at denne gennemgang kan tjene som en nyttig reference for kolleger i kraftkonstruktionsbranchen.