Οι 5 Κρίσιμες Ελέγχους Διαδικασίας για την Εγκατάσταση & Τοποθέτηση GIS
Αυτό το έγγραφο περιγράφει σύντομα τα πλεονεκτήματα και τα τεχνικά χαρακτηριστικά των εξοπλισμών GIS (Gas-Insulated Switchgear), και αναπτύσσει μερικά κρίσιμα σημεία ελέγχου ποιότητας και μέτρα ελέγχου διεργασίας κατά την εγκατάσταση στο χώρο. Επισημαίνει ότι οι δοκιμές αντοχής σε τάση στο χώρο μπορούν να αντικατοπτρίζουν μόνο εν μέρει την ολοκληρωμένη ποιότητα και την εγκαταστατική εργασία των εξοπλισμών GIS. Μόνο με την ενίσχυση του συνολικού ελέγχου ποιότητας κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας εγκατάστασης - ειδικά σε κρίσιμους τομείς όπως η περιβαλλοντική εγκατάσταση, η επεξεργασία των απορροφητών, η επεξεργασία των κυψελών αερίου και οι δοκιμές αντίστασης του κύκλου - μπορεί να εξασφαλιστεί η ασφαλής και ομαλή λειτουργία των εξοπλισμών GIS.
Με την ανάπτυξη των συστημάτων ενέργειας, θέτονται υψηλότερες απαιτήσεις για τη μηχανική και ηλεκτρική απόδοση των βασικών εξοπλισμών υποσταθμίων. Συνεπώς, όλο και πιο προηγμένοι ηλεκτρικοί εξοπλισμοί εφαρμόζονται στις υποσταθμίους. Απ' αυτούς, το Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear (GIS) επικρατεί ολοένα και περισσότερο λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων του. Συνεπώς, η εγκατάσταση και η λειτουργία του GIS στο χώρο έχει γίνει ένας κεντρικός παράγοντας στην κατασκευή υποσταθμίων.
1. Τεχνικά Χαρακτηριστικά των Εξοπλισμών GIS
Συμπαγής δομή με μικρή επιφάνεια βάσης
Υψηλή λειτουργική αξιοπιστία και εξαιρετική ασφαλής λειτουργία
Εξάλειψη αρνητικών εξωτερικών επιδράσεων
Μικρή περίοδος εγκατάστασης
Εύκολη συντήρηση και μεγάλες διαστάσεις ελέγχου
2. Κρίσιμα Σημεία Ελέγχου Διεργασίας και Μέτρα Ελέγχου κατά την Εγκατάσταση GIS
Λόγω της υψηλής ολοκλήρωσης και της συμπαγούς σχεδίασης των εξοπλισμών GIS, οποιαδήποτε παράβλεψη κατά την εγκατάσταση στο χώρο μπορεί να αφήσει κρυμμένα ρίσκα που μπορούν να οδηγήσουν σε πτώση εξοπλισμού ή ακόμη και σε διατάραξη του δικτύου. Βάσει της εμπειρίας από πολλές εγκαταστάσεις υποσταθμίων GIS, ο αυστηρός έλεγχος των παρακάτω κρίσιμων πτυχών είναι απαραίτητος κατά την εγκατάσταση και τη λειτουργία.
2.1 Έλεγχος Περιβάλλοντος Εγκατάστασης
Το αέριο SF₆ είναι εξαιρετικά ευαίσθητο στην υγρασία και τις ξένες ουσίες, άρα το περιβάλλον εγκατάστασης στο χώρο πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Επειδή οι κυψέλες αερίου πρέπει να ανοιχτούν κατά την εγκατάσταση, η εργασία πρέπει να εκτελείται μόνο σε ξηρό και απόλυτα ηλιόλουστο καιρό με υγρασία περιβάλλοντος κάτω από το 80%. Μόλις ανοιχτεί μια κυψέλη, η επεξεργασία στο βάκουο πρέπει να συνεχίζεται συνεχώς για να μειωθεί η χρονική διάρκεια εκτέλεσης. Για εγκαταστάσεις στο ανοιχτό, η ταχύτητα του ανέμου δεν πρέπει να υπερβαίνει την κλίμακα Beaufort 3. Εάν χρειάζεται, πρέπει να εφαρμοστούν τοπικά μέτρα αποκλεισμού γύρω από την περιοχή της ανοιχτής κυψέλης, και η παραγωγή σκόνης στην περιοχή ασφάλειας πρέπει να ελέγχεται αυστηρά. Η περιοχή εγκατάστασης πρέπει να παραμένει καθαρή και τακτοποιημένη.
Ο προσωπικός δεν πρέπει να φορά ρούχα ή γάντια από χαλαρά ίνες. Τα μαλλιά πρέπει να καλύπτονται εντελώς με καπέλο, και πρέπει να φορούνται μάσκες. Σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών, πρέπει να λαμβάνονται μέτρα ψύξης για να αποφευχθεί η εισαγωγή υγρασίας στην κυψέλη από τον ιδρώτα.
2.2 Επεξεργασία των Απορροφητών στις Κυψέλες Αερίου GIS
Οι απορροφητές που χρησιμοποιούνται στο GIS είναι συνήθως 4A molecular sieve, οι οποίοι είναι μη ηλεκτροποιημένοι, έχουν χαμηλή διελκτική σταθερά και είναι ελεύθεροι από σκόνη. Αυτοί εμφανίζουν ισχυρή απορροφητική ικανότητα και μπορούν να αντέξουν υψηλές θερμοκρασίες και εκθεώρηση σε τόξο. Οι απορροφητές πρέπει να στεγνώσουν σε βάκουο στέγνωσης σε θερμοκρασία 200–300°C για 12 ώρες. Αμέσως μετά τη στέγνωση, πρέπει να αφαιρεθούν και να εγκατασταθούν στην κυψέλη μέσα σε 15 λεπτά. Η κυψέλη με τους εγκαταστημένους απορροφητές πρέπει να ξεκινήσει την επεξεργασία στο βάκουο αμέσως για να μειωθεί η εκτέλεση στον αέρα.
Πριν από την εγκατάσταση, οι απορροφητές πρέπει να ζυγίζονται και να καταγράφονται για μελλοντική αναφορά κατά τη συντήρηση. Εάν το βάρος αυξηθεί κατά περισσότερο από το 25% κατά την επιθεώρηση, αυτό δείχνει σημαντική απορροφητικότητα υγρασίας και απαιτεί ανανέωση. Οι απορροφητές από τις κυψέλες εξαφάνισης τόξου δεν μπορούν να ανανεωθούν.
2.3 Επεξεργασία στο Βάκουο των Κυψέλων Αερίου
Η επεξεργασία στο βάκουο πρέπει να ξεκινήσει αμέσως μετά τη συναρμολόγηση της κυψέλης. Πρέπει να εγκατασταθεί ένας περιοριστής στη σύνδεση του αγωγού, και ένας ειδικός πρέπει να παρακολουθεί τη διαδικασία για να αποτρέψει την επιστροφή του λάδιου του πύμανου στην κυψέλη σε περίπτωση παύσης ρεύματος. Πρέπει να εκτελεστεί πρώτα το πύμανο για να επαληθευτεί η κατάλληλη λειτουργία, πριν ανοίξουν όλα τα βιβάνια του αγωγού. Κατά την παύση, τα βιβάνια πρέπει να κλείσουν πριν απενεργοποιηθεί το πύμανο.
Μετά την επίτευξη εσωτερικής απόλυτης πίεσης κάτω από 133 Pa, το πύμανο πρέπει να συνεχίσει να λειτουργεί για άλλα 30 λεπτά, στη συνέχεια να σταματήσει και να απομονωθεί. Η απόλυτη πίεση (PA) καταγράφεται μετά 30 λεπτά στάσης. Μετά από άλλες 5 ώρες στάσης, διαβάζεται ξανά η πίεση (PB). Η κυψέλη θεωρείται καλά σφραγισμένη αν PB – PA < 67 Pa. Μόνο μετά από την επιτυχή δοκιμή σφραγίσματος, μπορεί να φορτωθεί έγκυρο αέριο SF₆ στην κυψέλη.
Κατά την επεξεργασία στο βάκουο, πρέπει να αποφεύγονται παρατεταμένες συνθήκες όπου ένα μέρος της πλακόειδης διαμονής (disk-type insulator) είναι υπό την ρευστή πίεση ενεργής λειτουργίας, ενώ το άλλο μέρος είναι υπό υψηλό βάκουο, καθώς αυτό μπορεί να προκαλέσει μηχανική βλάβη. Εάν απαιτείται, η πίεση στο πλευρό που είναι υπό πίεση πρέπει να μειωθεί κάτω από το 50% της ρευστής τιμής.
2.4 Συνδεδεμένη Σύνδεση
Λόγω της πυκνής εσωτερικής διάταξης του GIS, η ηλεκτρική απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδών και μεταξύ των ηλεκτροδών και του μεταλλικού κελύφους είναι πολύ μικρή. Σε περίπτωση εσωτερικής πτώσης, μεγάλες ροές σφάλματος θα διαβιβάζονται μέσω των συνδεδεμένων ηλεκτροδών στο δίκτυο σύνδεσης. Επιπλέον, επειδή το κελύφος GIS είναι κατασκευασμένο από κλειστό κύκλωμα μεταλλικό υλικό, τα αντισυμμετρικά σφάλματα του συστήματος μπορούν να επικαλύψουν σημαντικές τάσεις στο κελύφος λόγω μαγνητικής επαναφοράς, με δυνατότητα βλάβης εξοπλισμού ή κίνδυνο για το προσωπικό.
Επομένως, η εργασία σύνδεσης πρέπει να πληροί υψηλά πρότυπα. Συνιστάται η χρήση δικτύων σύνδεσης από χαλκό στις υποσταθμίους που χρησιμοποιούν GIS για να μειωθεί η συνολική αντίσταση σύνδεσης. Όλες οι συνδέσεις μεταξύ του κελύφους και του δικτύου σύνδεσης πρέπει επίσης να χρησιμοποιούν χαλκό. Λόγω της παρουσίας πλακόειδων διαμονών και ελαστικών σφραγίδων μεταξύ των κυψελών αερίου, πρέπει να εγκατασταθούν σύνδεσεις από χαλκό μεταξύ των κελύφων. Η επιφάνεια των συνδέσεων αυτών πρέπει να αντιστοιχεί σε εκείνη του κυρίως δικτύου σύνδεσης.
Το GIS χρησιμοποιεί ένα σύστημα πολυσημειακής γερμανίας. Το πλήθος και η τοποθέτηση των σημείων γερμανίας πρέπει να ακολουθούν τις εγχειρίδιες και σχεδιαστικές προδιαγραφές.
2.5 Δοκιμή Αντιστοιχίας Κύριας Συμβολής
Η δοκιμή αντιστοιχίας κύριας συμβολής είναι κρίσιμη στην εγκατάσταση GIS. Μη μόνο επαληθεύει την ακεραιότητα των επαφών μεταξύ των μονάδων, αλλά επιβεβαιώνει επίσης τη σωστή φάση της κύριας συμβολής. Για εντελώς κλειστά σύστηματα στροφολογίας, η σωστή φάση και οι αξιόπιστες συνδέσεις είναι ειδικά σημαντικές. Στην πράξη, έχουν σημειωθεί επαναλήψεις λόγω λανθασμένης φάσης ή ακατάλληλων συνδέσεων συνδυασμών.
Οι κατασκευαστές συνήθως παρέχουν τυπικές τιμές αντιστοιχίας επαφής για εσωτερικές συνδέσεις. Η αντιστοιχία του κύκλου πρέπει να δοκιμάζεται τμήμα προς τμήμα κατά την συναρμολόγηση, επιτρέποντας την πρόωρη ανίχνευση και διόρθωση κακών επαφών. Η μετρημένη αντιστοιχία για κάθε τμήμα δεν πρέπει να υπερβαίνει το άθροισμα των τυπικών τιμών που ορίζει ο κατασκευαστής για όλες τις συνδέσεις εντός εκείνου του τμήματος.
Μετά την πλήρη συναρμολόγηση, πρέπει να εκτελεστεί μια πλήρης δοκιμή αντιστοιχίας κύκλου, και το αποτέλεσμα δεν πρέπει να υπερβαίνει την θεωρητικά υπολογισμένη τιμή.
Ειδική Παρατήρηση: Η δοκιμή αντιστοιχίας κύκλου δεν πρέπει να εκτελείται σε χώρους που υποβάλλονται σε διαδικασία κενώματος. Κάτω από υποατμοσφαιρική πίεση, η ηλεκτρική αντοχή μέσα στο χώρο είναι εξαιρετικά χαμηλή. Ακόμη και λίγες δεκάδες βολτίες μπορούν να προκαλέσουν επιφανειακή αποστολή σε δίσκους-επιμέρους, αφήνοντας ίχνη αποστολής που γίνονται αδύναμα σημεία απομόνωσης και πιθανές πηγές σφάλματος κατά τη λειτουργία. Έτσι, πρέπει να γίνονται προσεκτικές ελέγχους πριν από κάθε μέτρηση αντιστοιχίας για να αποφευχθεί η δοκιμή σε εξατμισμένα χώρια.
2.6 Δοκιμή Αντοχής Τάσης
Οι εξαιρετικές ιδιότητες απομόνωσης του αερίου SF₆ επιτρέπουν στο GIS να επιτευχθεί συμπαγής σχεδιασμός. Το GIS χρησιμοποιεί εδραιωμένες αλουμινιού συνθέσεις, και κατά την λειτουργική πίεση, η διαστάση μεταξύ εσωτερικών συνδυασμών ή μεταξύ συνδυασμών και εδραιωμένης συνθέσης είναι πολύ μικρή. Λόγω υψηλής προ-συναρμολόγησης στο εργοστάσιο, κρίσιμα στοιχεία αποστέλλονται προεγκατεστημένα. Ωστόσο, η μετατόπιση συστατικών κατά τη μεταφορά ή η εισαγωγή μικρών ρυπαντών κατά την εγκατάσταση στο χώρο μπορεί να διαστρεβλώσει την εσωτερική κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου. Σε αντίθεση με τα εξοπλισμού με πορσελάνη, ακόμη και μικρές επιφάνειες ή σωματίδια στα διακόπτρια GIS μπορούν να προκαλέσουν ανώμαλη αποστολή ή κατάρρευση.
Έτσι, η δοκιμή αντοχής τάσης στο χώρο λειτουργεί ως τελική άμυνα για την επαλήθευση της απόδοσης και της ποιότητας εγκατάστασης του GIS.
Σύμφωνα με τους κανονισμούς δοκιμής αποδοχής, η δοκιμαστική τάση στο χώρο είναι 80% της δοκιμαστικής τάσης στο εργοστάσιο. Για παράδειγμα, για ένα GIS 110 kV, η δοκιμαστική τάση αντοχής κύριας συμβολής είναι 80% της δοκιμαστικής τάσης στο εργοστάσιο: 230 kV × 80% = 184 kV, εφαρμοσμένη για 1 λεπτό. Η δοκιμή πρέπει να εκτελεστεί τουλάχιστον 24 ώρες μετά την πλήρη γεμίστη του αερίου. Οι προστατευτικοί καταιγιδοπροστατευτικοί και οι μετατροπείς τάσης δεν πρέπει να συμπεριληφθούν στη δοκιμή. Οι υψηλής τάσης εξερχόμενες καλώδιοι πρέπει να δοκιμαστούν μαζί μετά τη σύνδεσή τους με το GIS. Πριν από τη δοκιμή, πρέπει να μετρηθεί η αντιστοιχία απομόνωσης και να επιβεβαιωθεί ότι είναι ικανοποιητική.
Διαδικασία Δοκιμής: Αυξήστε την τάση με ρυθμό 3 kV/s μέχρι την τάση λειτουργίας (63.5 kV), διατηρήστε για 1-3 λεπτά για να παρατηρήσετε την κατάσταση του εξοπλισμού, στη συνέχεια αυξήστε στα 184 kV και διατηρήστε για 1 λεπτό. Επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία για κάθε φάση.
Το GIS που περνά τη δοκιμή αντοχής τάσης μπορεί να τεθεί σε λειτουργία. Ωστόσο, αυτή η δοκιμή δεν μπορεί να ανιχνεύσει όλες τις πιθανές ατελείες. Κατά τη λειτουργία, το GIS πρέπει να αντέξει όχι μόνο την τάση της ενέργειας, αλλά και τις τάσεις καταιγίδας και τις υπερτάσεις κατά την εναλλαγή. Η δύναμη κατάρρευσης του αερίου SF₆ μεταβάλλεται με τον τύπο τάσης. Για συστήματα ηλεκτροδών συμβολικών κυλίνδρων, η 50% δύναμη κατάρρευσης του SF₆ μπορεί να εκφραστεί εμπειρικά ως:
U₅₀ = (AP + B)μd
Όπου:
P — Πίεση του χώρου
d — Ηλεκτρική διαστάση (mm)
μ — Συντελεστής εκμετάλλευσης ηλεκτρικού πεδίου
A, B — Σταθερές που εξαρτώνται από τη μορφή τάσης
Άρα, η δύναμη κατάρρευσης μεταβάλλεται με τον τύπο τάσης και την πολικότητα. Διαφορετικές εσωτερικές ατελείες επιδεικνύουν διαφορετικές ευαισθησίες σε διάφορες μορφές τάσης. Η τάση AC της ενέργειας είναι ευαίσθητη στην κατάρρευση απομόνωσης λόγω υγρασίας, ρυπαντών ή μεταλλικών σωματιδίων στο SF₆, αλλά λιγότερο ευαίσθητη σε επιφανειακές γρατσούνιες ή κακές συνθήκες επιφάνειας συνδυασμών.
Άρα, οι δοκιμές αντοχής τάσης της ενέργειας δεν μπορούν να ανιχνεύσουν όλες τις εσωτερικές ατελείες. Η ενίσχυση των ελέγχων διαδικασιών κατά την εγκατάσταση και η βελτίωση της συνολικής ποιότητας εγκατάστασης παραμένουν οι πιο σημαντικές μέτρα για την εξασφάλιση της ασφαλούς λειτουργίας του GIS.
3. Συμπέρασμα
Αυτό το έγγραφο αναλύει τα κλειδιά σημεία διαδικασίας και ελέγχου ποιότητας στην εγκατάσταση και την έναρξη λειτουργίας του εξοπλισμού GIS. Επιδεικνύει ότι η δοκιμή αντοχής τάσης στο χώρο μπορεί να αντικατοπτρίζει μόνο εν μέρει τη συνολική ποιότητα και την εργασία του εγκατεστημένου GIS. Πιο σημαντικά, τονίζει ότι μόνο μέσω αυστηρού ελέγχου κάθε διαδικασίας εγκατάστασης - εξασφαλίζοντας την πλήρη συμμόρφωση με τις διαδικασίες και τις οδηγίες εργασίας - μπορεί να εγκατασταθεί και να λειτουργήσει ασφαλώς και αξιόπιστα ο εξοπλισμός GIS από την αρχή.
Ελπίζεται ότι αυτό το σύνοψη μπορεί να χρησιμεύσει ως χρήσιμη αναφορά για τους συνάδελφους στην βιομηχανία της ενέργειας.
