Top 5 Controles Críticos de Proceso para la Instalación y Puesta en Marcha de GIS

Este documento describe brevemente las ventajas y características técnicas del equipo GIS (Interruptor de Gas Aislado), y explica varios puntos críticos de control de calidad y medidas de control de procesos durante la instalación en el sitio. Se enfatiza que las pruebas de resistencia en el sitio solo pueden reflejar parcialmente la calidad general y la mano de obra de instalación del equipo GIS. Solo al fortalecer el control de calidad integral durante todo el proceso de instalación, especialmente en áreas clave como el entorno de instalación, el manejo de adsorbentes, el tratamiento de cámaras de gas y las pruebas de resistencia de bucle, se puede garantizar la puesta en marcha segura y sin problemas del equipo GIS.

Con el desarrollo de los sistemas de energía, se están imponiendo requisitos más altos sobre el rendimiento mecánico y eléctrico del equipo principal de subestaciones. Como resultado, se está aplicando cada vez más equipos eléctricos avanzados en subestaciones. Entre ellos, el Interruptor de Gas Aislado en Caja Metálica (GIS) está ganando una aplicación más amplia debido a sus numerosas ventajas. Por lo tanto, la instalación y puesta en marcha en el sitio del GIS se ha convertido en un aspecto central de la construcción de subestaciones.

1. Características Técnicas del Equipo GIS

• Estructura compacta con pequeña huella

• Alta confiabilidad operativa y excelente rendimiento de seguridad

• Elimina influencias externas adversas

• Periodo de instalación corto

• Mantenimiento fácil y largos intervalos de inspección

2. Puntos Clave de Control de Procesos y Medidas de Control en la Instalación de GIS

Debido a la alta integración y diseño compacto del equipo GIS, cualquier descuido durante la instalación en el sitio puede dejar riesgos ocultos que podrían llevar a fallas en el equipo o incluso accidentes en la red. Basándose en la experiencia de múltiples instalaciones de subestaciones GIS, es esencial un estricto control de los siguientes aspectos clave durante la instalación y puesta en marcha.

2.1 Control del Entorno de Instalación

El gas SF₆ es altamente sensible a la humedad y las impurezas, por lo que el entorno de instalación en el sitio debe ser estrictamente controlado. Dado que las cámaras de gas deben abrirse durante la instalación, el trabajo solo debe realizarse en días secos y despejados con una humedad ambiental inferior al 80%. Una vez abierta una cámara, el procesamiento al vacío debe continuar de manera continua para minimizar el tiempo de exposición. Para instalaciones al aire libre, la velocidad del viento no debe superar la escala de Beaufort 3. Si es necesario, se deben implementar medidas de protección local alrededor del área de la cámara abierta, y se debe controlar estrictamente la generación de polvo dentro de la zona segura. El área de instalación debe mantenerse limpia y ordenada.

El personal no debe usar ropa o guantes de fibras sueltas. El cabello debe estar completamente cubierto por un gorro, y se deben usar mascarillas. En condiciones de alta temperatura, se deben tomar medidas de enfriamiento para evitar que el sudor introduzca humedad en la cámara.

2.2 Manejo de Adsorbentes en Cámaras de Gas GIS

El adsorbente utilizado en GIS es típicamente un tamiz molecular 4A, que es no conductor, tiene baja constante dieléctrica y está libre de polvo. Tiene una fuerte capacidad de adsorción y puede soportar altas temperaturas y exposición a arcos. El adsorbente debe secarse en un horno de secado al vacío a 200–300°C durante 12 horas. Inmediatamente después del secado, debe retirarse e instalarse en la cámara dentro de 15 minutos. La cámara con adsorbente instalado debe comenzar el procesamiento al vacío de inmediato para minimizar la exposición al aire.

Antes de la instalación, el adsorbente debe pesarse y registrarse para futuras referencias durante el mantenimiento. Si el peso aumenta más del 25% durante la inspección, indica una absorción significativa de humedad y requiere regeneración. Los adsorbentes de las cámaras de extinción de arco no pueden regenerarse.

2.3 Procesamiento al Vacío de Cámaras de Gas

El procesamiento al vacío debe comenzar inmediatamente después del ensamblaje de la cámara. Se debe instalar una válvula de retención en la tubería de conexión, y una persona dedicada debe monitorear el proceso para prevenir el reflujo de aceite de la bomba a la cámara en caso de fallo de energía. Primero se debe encender la bomba de vacío para verificar su correcto funcionamiento antes de abrir todas las válvulas de la tubería. Al detenerse, las válvulas deben cerrarse antes de apagar la bomba.

Después de alcanzar una presión absoluta interna inferior a 133 Pa, la bomba de vacío debe seguir funcionando durante 30 minutos adicionales, luego detenerse e aislar. La presión absoluta (PA) se registra después de 30 minutos de inactividad. Después de un período adicional de 5 horas de inactividad, se vuelve a leer la presión (PB). La cámara se considera bien sellada si PB – PA < 67 Pa. Solo después de pasar esta prueba de sellado se puede cargar gas SF₆ calificado en la cámara.

Durante el procesamiento al vacío, se debe evitar que una lado de un aislador tipo disco esté bajo presión nominal de operación mientras el otro lado está bajo alto vacío, ya que esto puede causar daños mecánicos. Si es necesario, se debe reducir la presión del lado presurizado a menos del 50% del valor nominal.

2.4 Aterramiento de la Cubierta

Debido a la densa disposición interna del GIS, el espacio eléctrico entre conductores y entre conductores y la cubierta metálica es muy pequeño. En caso de ruptura interna, corrientes de falla grandes fluirán a través de los conductores de aterramiento hacia la malla de aterramiento. Además, debido a que la cubierta del GIS está hecha de material metálico en forma de anillo cerrado, las fallas asimétricas del sistema pueden inducir voltajes significativos en la cubierta debido a la inducción magnética, lo que potencialmente puede dañar el equipo o poner en peligro al personal.

Por lo tanto, el trabajo de aterramiento debe cumplir con altos estándares. Se recomienda que las subestaciones que utilizan GIS usen mallas de aterramiento de cobre para minimizar la resistencia total de aterramiento. Todas las conexiones entre la cubierta y la malla de aterramiento también deben usar materiales de cobre. Debido a la presencia de aisladores tipo disco y juntas de goma entre las cámaras de gas, se deben instalar barras de unión de cobre entre las cubiertas. La sección transversal de estas barras de unión debe coincidir con la de la malla de aterramiento principal.

El GIS utiliza un esquema de aterramiento en múltiples puntos. El número y la ubicación de los puntos de aterramiento deben seguir las especificaciones del fabricante y el diseño.

2.5 Pruebas de Resistencia del Circuito Principal

Las pruebas de resistencia del circuito principal son cruciales en la instalación de GIS. No solo verifican la integridad de las conexiones de contacto entre módulos, sino que también confirman la secuencia de fase correcta de la barra principal. Para los equipos de interruptores totalmente cerrados, la secuencia de fase correcta y las conexiones confiables son especialmente críticas. En la práctica, se han realizado trabajos de rehacer debido a la secuencia de fase incorrecta o conexiones de conductores inadecuadas.

Los fabricantes suelen proporcionar valores estándar de resistencia de contacto para las conexiones internas. La resistencia de bucle debe probarse segmento por segmento durante el ensamblaje, permitiendo la detección y corrección temprana de contactos deficientes. La resistencia medida para cada sección no debe exceder la suma de los valores especificados por el fabricante para todas las conexiones dentro de esa sección.

Después del ensamblaje completo, se debe realizar una prueba completa de resistencia de bucle, y el resultado no debe exceder el valor teórico calculado.

Nota Especial: Las pruebas de resistencia de bucle no deben realizarse en cámaras que están siendo sometidas a procesamiento al vacío. Bajo presión subatmosférica, la resistencia dieléctrica dentro de la cámara es extremadamente baja. Incluso unos pocos decenas de voltios pueden causar descargas superficiales en aisladores tipo disco, dejando rastros de descarga que se convierten en puntos débiles de aislamiento y fuentes potenciales de fallas durante la operación. Por lo tanto, se deben realizar comprobaciones cuidadosas antes de cualquier medición de resistencia para evitar probar cámaras evacuadas.

2.6 Prueba de Resistencia a la Tensión

Las excelentes propiedades aislantes del gas SF₆ permiten que el GIS logre un diseño compacto. El GIS utiliza cubiertas de aluminio con tierra, y bajo presión de operación, la separación entre conductores internos o entre conductores y la cubierta con tierra es muy pequeña. Debido a la alta preensamblaje en fábrica, los componentes críticos se envían preinstalados. Sin embargo, el desplazamiento de los componentes durante el transporte o la introducción de pequeñas impurezas durante la instalación en el sitio pueden distorsionar la distribución del campo eléctrico interno. A diferencia de los equipos aislados con porcelana, incluso pequeñas rebabas o partículas en los interruptores GIS pueden causar descargas anormales o rupturas.

Por lo tanto, la prueba de resistencia a la tensión en el sitio sirve como la última defensa para verificar el rendimiento y la calidad de la instalación del GIS.

Según las regulaciones de pruebas de aceptación, la tensión de prueba en el sitio es del 80% de la tensión de prueba en fábrica. Por ejemplo, para un GIS de 110 kV, la tensión de prueba de resistencia del circuito principal es del 80% de la tensión de prueba en fábrica: 230 kV × 80% = 184 kV, aplicada durante 1 minuto. La prueba debe realizarse al menos 24 horas después de completar el llenado de gas. Los pararrayos y transformadores de voltaje no deben incluirse en la prueba. Los cables de salida de alta tensión deben probarse juntos después de conectarse al GIS. Antes de la prueba, se debe medir y confirmar la resistencia de aislamiento.

Procedimiento de Prueba: Aumentar la tensión a una tasa de 3 kV/s hasta la tensión nominal de operación (63.5 kV), mantener durante 1–3 minutos para observar el estado del equipo, luego elevar a 184 kV y mantener durante 1 minuto. Repetir este procedimiento para cada fase.

El GIS que pasa la prueba de resistencia a la tensión puede ponerse en servicio. Sin embargo, esta prueba no puede detectar todos los defectos potenciales. En servicio, el GIS debe soportar no solo la tensión de frecuencia de red, sino también las sobretensiones por rayos y conmutación. La intensidad de campo de ruptura del gas SF₆ varía según el tipo de tensión. Para sistemas de electrodos cilíndricos coaxiales, la tensión de ruptura al 50% de SF₆ puede expresarse empíricamente como:

U₅₀ = (AP + B)μd

Donde:
P — Presión de la cámara
d — Separación eléctrica (mm)
μ — Factor de utilización del campo eléctrico
A, B — Constantes dependientes de la forma de onda de la tensión

Por lo tanto, la tensión de ruptura varía según el tipo de tensión y la polaridad. Diferentes defectos internos exhiben diferentes sensibilidades a diversas formas de onda de tensión. La tensión alterna de frecuencia de red es sensible a la ruptura de aislamiento causada por humedad, impurezas o partículas metálicas en SF₆, pero menos sensible a arañazos superficiales o condiciones pobres de la superficie del conductor.

Por lo tanto, las pruebas de resistencia a la tensión de frecuencia de red no pueden detectar todos los defectos internos. Fortalecer los controles de proceso durante la instalación y mejorar la calidad general de la instalación siguen siendo las medidas más importantes para garantizar la operación segura del GIS.

3. Conclusión

Este documento analiza los puntos clave de control de proceso y calidad en la instalación y puesta en marcha en el sitio del equipo GIS. Demuestra que las pruebas de resistencia a la tensión en el sitio solo pueden reflejar parcialmente la calidad general y la mano de obra de la instalación del GIS. Más importante aún, destaca que solo a través del estricto control de cada proceso de instalación, asegurando el cumplimiento total de los procedimientos e instrucciones de trabajo, se puede poner en marcha de manera segura y confiable el equipo GIS desde el principio.

Se espera que este resumen pueda servir como una referencia útil para los colegas en la industria de la construcción de energía.