Top 5 kriittistä prosessivalvontaa GIS-asennukselle ja ottamiselle käyttöön

Tämä artikkeli esittelee yhteenvetona GIS-laitteiden (kaasulevitettyjen sulkuasemien) etuja ja teknisiä ominaisuuksia sekä käsittelee useita kriittisiä laadunvalvontapisteitä ja prosessivalvonta-toimenpiteitä asennuksen aikana. Siinä painotetaan, että paikan päällä suoritettavat sähköjännitetestit heijastavat vain osittain GIS-laitteiden kokonaislaatua ja asennustyötä. Vain vahvistamalla kattavaa laadunvalvontaa koko asennusprosessin ajan – erityisesti avainalueilla, kuten asennustyöympäristössä, sitovaipan käsittelyssä, kaasuvaraston käsittelyssä ja silmukkarresistanssimittauksissa – voidaan taata GIS-laitteiden turvallinen ja sujuva ottaminen käyttöön.

Sähköjärjestelmien kehittymisen myötä sijoituslaitteiden mekaanisiin ja sähköisiin ominaisuuksiin asetetaan yhä korkeampia vaatimuksia. Tämän seurauksena yhä edistyneemmät sähkölaitteet otetaan käyttöön sijoituksissa. Niistä yksi, kaasulevitetty metallinen sulkuasema (GIS), on saanut yhä laajempaa sovellusaluetta monien etujensa ansiosta. Siksi GIS:n paikan päällä tapahtuva asennus ja ottaminen käyttöön on tullut keskeiseksi osaksi sijoitusrakentamista.

1. GIS-laitteiden tekniset ominaisuudet

• Kompakti rakenne ja pieni pohjaruutu

• Korkea toiminnallinen luotettavuus ja erinomainen turvallisuusominaisuus

• Poistaa haitalliset ulkopuoliset vaikutukset

• Lyhyt asennusaika

• Helppo huolto ja pitkät huoltovälit

2. Avainprosessivalvontapisteet ja -toimenpiteet GIS-asennuksessa

GIS-laitteiden korkean integraation ja kompaktin suunnittelun vuoksi mikä tahansa huolellisuuden puute asennuksen aikana voi jättää piilopuolustuksen, joka voi johtaa laiteongelmiin tai jopa verkkoon liittyviin onnettomuuksiin. Useiden GIS-sijoitusrakennusten kokemukseen perustuen seuraavien avainalueiden tiukka valvonta on välttämätöntä asennuksen ja ottamisen aikana.

2.1 Asennustyöympäristön valvonta

SF₆-kaasu on hyvin herkkä kosteudelle ja epäpuhtauksille, joten asennustyöympäristön on oltava tiukasti valvottu. Koska kaasuvarastoja on avattava asennuksen aikana, työtä tulisi tehdä kuivalla, selkeällä säällä, kun ilmakehän kosteus on alle 80 %. Kun varasto on avattu, tyhjiökäsittelyä tulisi jatkaa jatkuvasti, jotta altistumisaika minimoidaan. Ulkoina asennuksina tuulen nopeuden ei tulisi ylittää Beaufort-mittarin arvoa 3. Tarvittaessa avatun varaston alueen ympärille tulisi toteuttaa paikallisia suojausmenetelmiä, ja pölytunnusten syntymistä turvavyöhykkeessä on tiukasti valvottava. Asennusalueen on oltava siisti ja järjestetty.

Henkilöstön ei tulisi käyttää löysäfibrejä vaatteita tai hansikoita. Hiukset on peitettävä kokonaan kypärällä, ja kasvohoitoa on käytettävä. Korkeissa lämpötiloissa jäädytysmenetelmiä tulisi käyttää estääksemme hikiä aiheuttaman kosteuden pääsyn varastoon.

2.2 Sitovaipan käsittely GIS-kaasuvarastoissa

GIS:ssä käytetty sitovaippa on yleensä 4A-molekyyliharja, joka on sähkömagneettisesti neutraali, on matala dielektrinen vakio ja on pölynvapaa. Sillä on vahva sitoutumiskyky, ja se kestää korkeita lämpötiloja ja kaarujen altistumista. Sitovaippa tulisi kuivata tyhjiökuumailuyksikössä 200–300°C lämpötilassa 12 tunnin ajan. Kuivatuksen jälkeen sen tulisi poistaa välittömästi ja asentaa varastoon 15 minuutin sisällä. Varaston, johon sitovaippa on asennettu, tyhjiökäsittelyä tulisi aloittaa välittömästi, jotta altistuminen ilmaa vastaan minimoidaan.

Ennen asennusta sitovaippa tulisi punnita ja kirjata tulevia huoltotyöjä varten. Jos punnitus kasvaa yli 25 % tarkastuksen aikana, se viittaa merkittävään kosteuden absorboitumiseen, ja sitovaippa tarvitsee uudelleenkäsittelyä. Kaarupuhdistusvarastoista otettu sitovaippa ei voi käydä uudelleenkäsittelyä.

2.3 Kaasuvaraston tyhjiökäsittely

Tyhjiökäsittelyä tulisi aloittaa välittömästi varaston kokoamisen jälkeen. Yhdistävä putkiin on asennettava takaisinkäynnin estävä venttiili, ja prosessia tarkkaillaan erityisellä henkilöllä, jotta voidaan estää pommin öljyn palautuminen varastoon sähkökatkosessa. Tyhjiöpumpun tulisi ensin käynnistyä, jotta voidaan varmistaa sen toimivuus, ennen kuin kaikki putkireitit avaavat. Lopettaessaan kaikki venttiilit suljetaan ennen pumpun sammuttamista.

Kun sisäinen absoluuttinen paine on pudonnut alle 133 Pa, tyhjiöpumpun tulisi jatkaa toimintaa vielä 30 minuuttia, jolloin se pysäytetään ja eristetään. Absoluuttinen paine (PA) mitataan 30 minuutin tauon jälkeen. Jälleen 5 tunnin tauon jälkeen paine (PB) mitataan uudelleen. Varasto on hyvin suljettu, jos PB – PA < 67 Pa. Vain tämän tiivisyystestin läpäisemisen jälkeen varastoon voidaan ladata sopiva SF₆-kaasu.

Tyhjiökäsittelyn aikana on vältettävä tilanteita, joissa yksi levytyyppisen isolatorin puoli on normaalin toiminnan paineen alla, kun toinen puoli on korkeassa tyhjiössä, sillä tämä voi aiheuttaa mekaanista vauriota. Tarvittaessa painetta puolen pitäisi vähentää alle 50 % normaalin arvon.

2.4 Kulosten maanjäähdytys

GIS:n tiiviissä sisäisessä rakenteessa johtojen väliset ja johtojen ja metallisen kuloksen välinen sähköinen etäisyys on hyvin pieni. Sisäisen katkaisun tapauksessa suuret sijaintisilmävirtaukset virtaavat maanjäähdytysjohtoja pitkin maanjäähdytysverkostoon. Lisäksi koska GIS-kulossakin on suljettu metallinen materiaali, asymmetriset järjestelmävirheet voivat induktiivisesti aiheuttaa merkittäviä jännitteitä kuloksella, mikä voi vahingoittaa laitteita tai vaarantaa henkilöstön.

Siksi maanjäähdytystyölä on täytettävä korkeat standardit. GIS:n käyttäville sijoituksille suositellaan kuparin maanjäähdytysverkostoja, jotta kokonaismaanjäähdytysresistanssi minimoidaan. Kaikki kuloksen ja maanjäähdytysverkon väliset yhteydet tulisi myös tehdä kuparista. Levytyyppisten isolatorien ja kaasuvarastojen välissä olevien kumimaiden vuoksi kulosten välille on asennettava kytkentäkuparipykit. Nämä kytkentäpykid yhdistävät kulosten välillä, ja niiden poikkileikka-alan tulisi vastata päämaanjäähdytysverkon poikkileikka-alaa.

GIS käyttää monipistekästä maareittiä. Maapisteiden määrä ja sijainti pitäisi noudattaa valmistajan ja suunnittelun määrittelyjä.

2.5 Pään ohutuksen vastusmittaus

Pään ohutuksen vastusmittaus on tärkeä osa GIS-asennusta. Se vahvistaa moduulien väliset yhteydet ja varmistaa pään busbarin oikean vaihejärjestyksen. Täysin suljetuille kytkentälaitekompeleille oikea vaihejärjestys ja luotettavat yhteydet ovat erityisen kriittisiä. Käytännössä uudelleen työtä on jouduttu tekemään väärän vaihejärjestyksen tai epäasianmukaisten johtojen yhteyksien vuoksi.

Valmistajat yleensä tarjoavat sisäisten yhteyksien standardivastusarvoja. Silmukkavastusta tulisi testata osittain osittain asennuksen aikana, mikä mahdollistaa huonolaatuisien yhteyksien varhaisen havaitsemisen ja korjaamisen. Jokaisen osion mitattu vastus ei saa ylittää valmistajan määrittelemiä kaikkien kyseisen osion yhteyksien summa-arvoa.

Kun kokonainen asennus on valmis, tulisi suorittaa täydellinen silmukkavastustesti, jonka tulos ei saa ylittää teoreettisesti laskettua arvoa.

Erityishuomio: Silmukkavastustestia ei saa suorittaa altistuksissa, jotka ovat alhaisessa paineessa. Alhaisessa paineessa altistuksen dielektrinen kestävyys on hyvin pieni. Jopa muutama taso voltia voi aiheuttaa pintasuuttimen pinnalla, jättäen suuttimen jäljet, jotka muodostavat heikkoja eristyspisteitä ja potentiaalisia virhesyitä toiminnassa. Siksi on tärkeää, että mittojen suorittamista edeltävät huolelliset tarkistukset, jotta voidaan välttää testauksen suorittaminen tyhjennyksen alla oleviin altistuksiin.

2.6 Sähkökuormituskykytesti

SF₆-kaasun erinomainen eristysominaisuus mahdollistaa GIS:n tiiviin suunnittelun. GIS käyttää maanjäristyksen alumiinilevyn peitteitä, ja toimintapaineessa sisäisten johtimien välillä tai johtimien ja maanjäristyksen välillä on hyvin pieni etäisyys. Tehtaassa ennalta rakennettujen kriittisten komponenttien takia ne lähetetään ennaltarakennettuina. Kuitenkin komponenttien siirtymä kuljetuksen aikana tai pieniä epäpuhtauksia tuomisella paikan päällä voivat vääristää sisäisen sähkökentän jakautumista. Erilaisissa porseleerin eristämiseen perustuvissa laitteissa, vaikka pienet karvat tai hiukset GIS-sulkeutuksissa voivat aiheuttaa poikkeuksellista suuttimista tai romahdusta.

Siksi paikan päällä suoritettava sähkökuormituskykytesti toimii viimeisenä puolustuksena GIS:n suorituskyvyn ja asennuksen laadun vahvistamiseksi.

Hyväksyntätestausta koskevan säännön mukaan paikan päällä suoritettava testivoltti on 80 prosenttia tehtaan testivoltista. Esimerkiksi 110 kV GIS:n tapauksessa pään ohutuksen sähkökuormituskykytestivoltti on 80 prosenttia tehtaan testivoltista: 230 kV × 80 % = 184 kV, sovellettu 1 minuutin ajan. Testi tulisi suorittaa vähintään 24 tunnin kuluttua täydellisen kaasun täyttämisen jälkeen. Valtameren suojaajat ja jännitteetekijät eivät tulisi sisällyttää testiin. Korkean jännitteen ulosmenot pitäisi testata yhdessä niiden yhdistämisen jälkeen GIS:iin. Ennen testiä eristysvastus tulisi mitata ja todeta riittäväksi.

Testimenettely: Lisää jännite nopeudella 3 kV/s normitetulle toimintajännitteelle (63,5 kV), pidä 1–3 minuuttia seuraaksesi laitteen tilaa, lisää sitten 184 kV:een ja säilytä 1 minuutin ajan. Toista tämä menettely jokaiselle vaiheelle.

GIS, joka hyväksyy sähkökuormituskykytestin, voidaan ottaa käyttöön. Tämä testi kuitenkin ei pysty havaitsemaan kaikkia potentiaalisia puutteita. Palvelussa GIS:n on kestettävä sekä verkkovoltti että salaman ja kytkentäovervoltit. SF₆-kaasun romahdusjännite vaihtelee jännitetyypin mukaan. Koaksiaalisen sylinterimäisen elektrodijärjestelmän 50-prosenttinen romahdusjännite voidaan empiirisesti ilmaista:

U₅₀ = (AP + B)μd

Missä:
P — Altistuksen paine
d — Sähköinen etäisyys (mm)
μ — Sähkökentän hyödyntämissuhde
A, B — Vakiot, jotka riippuvat jännitteen muodosta

Näin ollen romahdusjännite vaihtelee jännitetyypin ja napojen mukaan. Eri sisäiset puutteet osoittavat eri herkkyyttä eri jännitteen muodoille. Verkkovoltin AC-jännite on herkkä SF₆:n kosteus-, epäpuhtauksien tai metallihiekkan aiheuttamalle eristyksen romahdukseen, mutta vähemmän herkkä pinnan haavoille tai huonolle johtimen pinnan tilalle.

Täten verkkovoltin sähkökuormituskykytestit eivät pysty havaitsemaan kaikkia sisäisiä puutteita. Asennuksen aikana prosessien valvonnan parantaminen ja yleisen asennuksen laadun parantaminen ovat edelleen tärkeimpiä toimenpiteitä turvallisen GIS:n toiminnan takaamiseksi.

3. Yhteenveto

Tässä artikkelissa analysoitiin avainprosessien ja laadunvalvontapisteiden paikan päällä toteutettavissa GIS-laitteiden asennuksissa ja käyttöönotossa. Siinä näytetään, että paikan päällä suoritettava sähkökuormituskykytesti voi vain osittain heijastaa asennetun GIS:n yleistä laatua ja ammattitaitoa. Tärkeämpää on, että vain tiukalla valvonnalla jokaisesta asennusprosessista – varmistamalla täysi noudattaminen menettelytapoille ja työohjeille – GIS-laitteet voidaan turvallisesti ja luotettavasti käyttöönottaa alusta asti.

Toivotaan, että tämä yhteenveto voi toimia hyödyllisenä viitekehyksenä sähköalan rakennusalalla toimiville kollegoille.