پنج کنترل فرآیند بحرانی برای نصب و راه‌اندازی GIS

این مقاله به طور خلاصه مزایا و مشخصات فنی تجهیزات GIS (تجهیزات قطع کننده با عایق گازی) را توصیف می‌کند و بر چندین نقطه کلیدی کنترل کیفیت و اقدامات کنترل فرآیند در زمان نصب محلی تأکید می‌کند. اشاره شده است که آزمون‌های تحمل ولتاژ محلی تنها بخشی از کیفیت کلی و دقت نصب تجهیزات GIS را منعکس می‌کنند. تنها با تقویت کنترل کیفیت جامع در تمام مراحل نصب، به ویژه در حوزه‌های کلیدی مانند محیط نصب، مدیریت جاذب، پردازش دیواره گازی و آزمون مقاومت حلقه، می‌توان اطمینان از راه‌اندازی ایمن و هموار تجهیزات GIS را فراهم کرد.

با توسعه سیستم‌های برق، نیازهای بالاتری بر عملکرد مکانیکی و الکتریکی تجهیزات اصلی زیرстанسیون‌ها قرار گرفته است. به همین دلیل، تجهیزات الکتریکی پیشرفته‌تر در زیرستانسیون‌ها به کار گرفته می‌شوند. در میان آنها، تجهیزات قطع کننده فلزی بسته با عایق گازی (GIS) به دلیل مزایای متعدد خود کاربرد گسترده‌تری پیدا کرده است. بنابراین، نصب و راه‌اندازی محلی GIS به یک جنبه مرکزی در ساخت زیرستانسیون‌ها تبدیل شده است.

1. مشخصات فنی تجهیزات GIS

• ساختار فشرده با مساحت کوچک

• قابلیت اعتماد عملیاتی بالا و عملکرد ایمنی عالی

• حذف تأثیرات خارجی نامطلوب

• دوره نصب کوتاه

• نگهداری آسان و فواصل بازرسی طولانی

2. نقاط کلیدی کنترل فرآیند و اقدامات کنترل در نصب GIS

به دلیل یکپارچگی بالا و طراحی فشرده تجهیزات GIS، هر غفلت در زمان نصب محلی ممکن است خطرات پنهانی را برجای گذارد که می‌تواند منجر به خرابی تجهیزات یا حتی حوادث شبکه شود. بر اساس تجربیات نصب چندین زیرستانسیون GIS، کنترل صارم روی جنبه‌های کلیدی زیر در زمان نصب و راه‌اندازی ضروری است.

2.1 کنترل محیط نصب

گاز SF₆ به رطوبت و آلودگی بسیار حساس است، بنابراین محیط نصب محلی باید به طور دقیق کنترل شود. چون در زمان نصب دیواره گازی باید باز شود، کار فقط در هوای خشک و روشن با رطوبت محیطی کمتر از 80٪ انجام شود. پس از باز شدن دیواره، پردازش خلاء باید بدون وقفه ادامه یابد تا زمان تماس با هوا به حداقل برسد. برای نصب خارج از ساختمان، سرعت باد نباید بیش از مقیاس بوفورت 3 باشد. در صورت لزوم، اقدامات محافظت محلی حول منطقه باز شده دیواره باید اعمال شود و تولید گرد و غبار در منطقه ایمن باید به طور دقیق کنترل شود. منطقه نصب باید تمیز و مرتب باشد.

پرسنل نباید لباس یا دستکش‌هایی با فیبرهای آزاد بپوشند. مو باید کاملاً تحت کلاه پوشیده شود و ماسک چهره باید استفاده شود. در شرایط دما بالا، اقدامات خنک‌سازی باید اتخاذ شود تا عرق به داخل دیواره وارد نشود.

2.2 مدیریت جاذب در دیواره‌های گازی GIS

جاذب استفاده شده در GIS معمولاً سیفون مولکولی 4A است که غیرهادی، دارای ثابت دی الکتریک کم و بدون گرد و غبار است. آن دارای ظرفیت جذب قوی است و می‌تواند در دمای بالا و در معرض آتش‌سوزی مقاومت کند. جاذب باید در فرن خشک‌کنی خلاء در دمای 200-300°C برای 12 ساعت خشک شود. بلافاصله پس از خشک شدن، باید در 15 دقیقه به داخل دیواره نصب شود. دیواره با جاذب نصب شده باید به طور فوری پردازش خلاء شروع شود تا تماس با هوا به حداقل برسد.

قبل از نصب، وزن جاذب باید اندازه‌گیری و ثبت شود برای مراجعه در آینده در زمان نگهداری. اگر وزن در طول بازرسی بیش از 25٪ افزایش یابد، این نشان‌دهنده جذب رطوبت قابل توجهی است و نیاز به تجدید حیات دارد. جاذب از دیواره‌های خاموش‌کننده آتش نمی‌تواند تجدید حیات شود.

2.3 پردازش خلاء دیواره‌های گازی

پردازش خلاء باید بلافاصله پس از مونتاژ دیواره شروع شود. یک شیر چک باید در خط لوله نصب شود و شخصی اختصاصی باید فرآیند را نظارت کند تا در صورت قطع برق، بازگشت روغن پمپ به داخل دیواره جلوگیری شود. ابتدا پمپ خلاء باید شروع شود تا عملکرد صحیح آن تأیید شود و سپس تمام شیرهای خط لوله باز شوند. در زمان توقف، شیرها باید قبل از خاموش کردن پمپ بسته شوند.

بعد از رسیدن فشار مطلق داخلی به کمتر از 133 Pa، پمپ خلاء باید برای 30 دقیقه دیگر ادامه یابد، سپس متوقف و جدا شود. فشار مطلق (PA) بعد از 30 دقیقه توقف ثبت می‌شود. پس از 5 ساعت توقف دیگر، فشار (PB) دوباره خوانده می‌شود. دیواره اگر PB – PA < 67 Pa باشد، به خوبی بسته شده است. فقط پس از عبور از این آزمون بسته‌بندی، گاز SF₆ معتبر می‌تواند به دیواره تزریق شود.

در طول پردازش خلاء، از وضعیت‌های طولانی مدتی که یک طرف یک دیواره عایق‌بندی دیسکی (عایق دیسکی) تحت فشار کاری نامی است و طرف دیگر تحت خلاء بالا، اجتناب کنید، زیرا این می‌تواند باعث آسیب مکانیکی شود. در صورت لزوم، فشار طرف تحت فشار را به کمتر از 50٪ مقدار نامی کاهش دهید.

2.4 زمین‌بندی پوشش

به دلیل چیدمان داخلی فشرده GIS، فاصله الکتریکی بین هادی‌ها و بین هادی‌ها و پوشش فلزی بسیار کوچک است. در صورت خرابی داخلی، جریان‌های خطا بزرگ از طریق هادی‌های زمین‌بندی به شبکه زمین منتقل می‌شوند. علاوه بر این، چون پوشش GIS از متریال فلزی حلقه‌ای بسته ساخته شده است، خرابی‌های نامتقارن سیستم می‌تواند ولتاژ قابل توجهی را به دلیل القای مغناطیسی در پوشش القاء کند که می‌تواند منجر به خسارت تجهیزات یا خطر برای کارکنان شود.

بنابراین، کیفیت کار زمین‌بندی باید به استانداردهای بالا برسد. زیرستانسیون‌هایی که از GIS استفاده می‌کنند، توصیه می‌شود از شبکه زمین‌بندی مسی برای کاهش مقاومت زمین کلی استفاده کنند. تمام اتصالات بین پوشش و شبکه زمین باید از متریال مسی باشند. به دلیل وجود عایق‌های دیسکی و حلقه‌های چسبان مطاطی بین دیواره‌های گازی، می‌بایست میله‌های مسی پیوندی بین پوشش‌ها نصب شوند. مساحت مقطع این میله‌های پیوندی باید با مساحت مقطع شبکه زمین اصلی مطابقت داشته باشد.

GIS از طرح چند نقطه‌ای زمین‌سازی استفاده می‌کند. تعداد و مکان نقاط زمین‌سازی باید با مشخصات سازنده و طراحی همخوانی داشته باشد.

2.5 آزمون مقاومت مدار اصلی

آزمون مقاومت مدار اصلی در نصب GIS بسیار مهم است. این آزمون نه تنها صحت اتصالات تماس بین ماژول‌ها را تأیید می‌کند بلکه توالی فاز صحیح مدار اصلی را نیز تأیید می‌نماید. برای تجهیزات کاملاً بسته، توالی فاز صحیح و اتصالات قابل اعتماد به خصوص حیاتی هستند. در عمل، تجدید کار به دلیل توالی فاز نادرست یا اتصالات رسانه‌ای نامناسب اتفاق افتاده است.

سازندگان معمولاً مقادیر مقاومت تماس استاندارد برای اتصالات داخلی ارائه می‌دهند. مقاومت حلقه باید به صورت پله‌ای در طول مونتاژ آزمون شود تا اتصالات ضعیف را از ابتدا تشخیص داده و اصلاح کرد. مقاومت اندازه‌گیری شده برای هر بخش نباید از مجموع مقادیر مشخص شده توسط سازنده برای تمام اتصالات در آن بخش بیشتر باشد.

پس از مونتاژ کامل، آزمون کامل مقاومت حلقه باید انجام شود و نتیجه نباید از مقدار محاسبه شده نظری بیشتر باشد.

یادداشت ویژه: آزمون مقاومت حلقه نباید روی اتاق‌هایی که در حال پردازش خلاء هستند انجام شود. تحت فشار زیر جوی، قدرت دی الکتریکی داخل اتاق بسیار کم است. حتی چند ده ولت می‌تواند باعث تخلیه سطحی روی عایق‌های دیسکی شود، که نشانه‌های تخلیه باقی می‌مانند و نقاط ضعیف عایقی و منابع بالقوه خطا در عملکرد می‌شوند. بنابراین، قبل از هر اندازه‌گیری مقاومت، باید بررسی‌های دقیقی انجام شود تا از آزمون روی اتاق‌های خلاءگرفته شده جلوگیری شود.

2.6 آزمون تحمل ولتاژ

ویژگی‌های عایق‌سازی عالی گاز SF₆ به GIS اجازه می‌دهد تا طراحی فشرده‌ای داشته باشد. GIS از پوشش‌های آلومینیوم آلیاژی زمین‌شده استفاده می‌کند و تحت فشار کاری، فاصله بین رسانه‌های داخلی یا بین رسانه‌ها و پوشش زمین‌شده بسیار کم است. به دلیل مونتاژ پیش‌کارخانه‌ای بالا، اجزای کلیدی با پیش‌نصب ارسال می‌شوند. با این حال، جابجایی اجزا در حین حمل یا ورود ذرات ریز در حین نصب محلی می‌تواند توزیع میدان الکتریکی داخلی را دistorه کند. برخلاف تجهیزات عایق‌سازی سرامیکی، حتی سیخ‌های کوچک یا ذرات در میانبرهای GIS می‌تواند باعث تخلیه غیرطبیعی یا شکست شود.

بنابراین، آزمون تحمل ولتاژ محلی به عنوان دفاع نهایی برای تأیید عملکرد و کیفیت نصب GIS عمل می‌کند.

بر اساس مقررات آزمون پذیرش، ولتاژ آزمون محلی 80٪ ولتاژ آزمون کارخانه است. به عنوان مثال، برای GIS 110 kV، ولتاژ تحمل آزمون مدار اصلی 80٪ ولتاژ آزمون کارخانه است: 230 kV × 80% = 184 kV، که برای یک دقیقه اعمال می‌شود. آزمون باید حداقل 24 ساعت پس از پر شدن کامل گاز انجام شود. محدودکننده‌های گذر و ترانسفورماتورهای ولتاژ نباید در آزمون شامل شوند. کابل‌های خروجی ولتاژ بالا باید پس از اتصال به GIS به صورت مشترک آزمون شوند. قبل از آزمون، مقاومت عایقی باید اندازه‌گیری شده و مطلوبیت آن تأیید شود.

روند آزمون: ولتاژ را با نرخ 3 kV/s به ولتاژ کاری (63.5 kV) افزایش دهید، برای 1-3 دقیقه حفظ کنید تا وضعیت تجهیزات را مشاهده کنید، سپس به 184 kV افزایش دهید و برای یک دقیقه حفظ کنید. این روند را برای هر فاز تکرار کنید.

GIS که از آزمون تحمل ولتاژ عبور می‌کند می‌تواند به کار گذاشته شود. با این حال، این آزمون نمی‌تواند تمام نقص‌های بالقوه را تشخیص دهد. در عمل، GIS باید نه تنها ولتاژ فرکانس شبکه بلکه ولتاژهای گذرای ناشی از گرما و تغییرات ولتاژ را تحمل کند. قدرت شکست میدانی گاز SF₆ با نوع ولتاژ متغیر است. برای سیستم‌های الکترودی استوانه‌ای هم‌محور، ولتاژ شکست 50٪ SF₆ می‌تواند به صورت تجربی به صورت زیر بیان شود:

U₅₀ = (AP + B)μd

که:
P — فشار اتاق
d — فاصله الکتریکی (mm)
μ — عامل استفاده از میدان الکتریکی
A, B — ثابت‌های وابسته به شکل موج ولتاژ

بنابراین، ولتاژ شکست با نوع ولتاژ و قطبیت متفاوت است. نقص‌های داخلی مختلف به موج‌های ولتاژ مختلف حساسیت‌های متفاوتی دارند. ولتاژ AC فرکانس شبکه به شکست عایق ناشی از رطوبت، آلودگی یا ذرات فلزی در SF₆ حساس است، اما به خراش‌های سطحی یا وضعیت ضعیف سطح رسانه‌ها کمتر حساس است.

بنابراین، آزمون‌های تحمل ولتاژ فرکانس شبکه نمی‌توانند تمام نقص‌های داخلی را تشخیص دهند. افزایش کنترل‌های فرآیند در حین نصب و بهبود کیفیت کلی نصب همچنان مهم‌ترین تدابیر برای تضمین عملکرد ایمن GIS هستند.

3. نتیجه‌گیری

این مقاله نقاط کلیدی کنترل فرآیند و کیفیت در نصب و راه‌اندازی محلی تجهیزات GIS را تحلیل می‌کند. نشان می‌دهد که آزمون تحمل ولتاژ محلی فقط بخشی از کیفیت و کارکرد کلی GIS نصب شده را منعکس می‌کند. مهم‌تر از آن، تاکید می‌کند که فقط از طریق کنترل دقیق هر فرآیند نصب—با تضمین رعایت کامل رویه‌ها و دستورالعمل‌ها—می‌توان تجهیزات GIS را از ابتدا به صورت ایمن و قابل اعتماد راه‌اندازی کرد.

امیدواریم که این خلاصه می‌تواند به عنوان مرجع مفیدی برای همکاران در صنعت ساخت و ساز برق عمل کند.