Top 5 Controlli di Processo Critici per l'Installazione e la Messa in Servizio di GIS
Questo documento presenta brevemente i vantaggi e le caratteristiche tecniche dell'attrezzatura GIS (Gas-Insulated Switchgear) e approfondisce diversi punti di controllo della qualità e misure di controllo del processo durante l'installazione in loco. Si sottolinea che i test di resistenza sul campo possono solo parzialmente riflettere la qualità complessiva e la lavorazione dell'installazione dell'attrezzatura GIS. Solo attraverso un rafforzamento del controllo qualitativo complessivo durante l'intero processo di installazione, specialmente in aree chiave come l'ambiente di installazione, la gestione degli assorbenti, il trattamento delle camere di gas e i test di resistenza del circuito, si può garantire una messa in servizio sicura e senza intoppi dell'attrezzatura GIS.
Con lo sviluppo dei sistemi di potenza, vengono poste esigenze sempre più elevate sulle prestazioni meccaniche ed elettriche delle attrezzature primarie delle stazioni elettriche. Di conseguenza, attrezzature elettriche più avanzate vengono applicate con crescente frequenza nelle stazioni elettriche. Tra queste, la Metal-Enclosed Gas-Insulated Switchgear (GIS) sta trovando un'applicazione sempre più ampia a causa dei suoi numerosi vantaggi. Pertanto, l'installazione e la messa in servizio in loco della GIS sono diventati un aspetto centrale nella costruzione delle stazioni elettriche.
1. Caratteristiche Tecniche dell'Attrezzatura GIS
Struttura compatta con occupazione ridotta
Alta affidabilità operativa e ottime prestazioni di sicurezza
Eliminazione degli influssi esterni avversi
Periodo di installazione breve
Facilità di manutenzione e lunghi intervalli di ispezione
2. Punti Chiave di Controllo del Processo e Misure di Controllo nell'Installazione GIS
A causa dell'elevata integrazione e della progettazione compatta dell'attrezzatura GIS, qualsiasi dimenticanza durante l'installazione in loco può lasciare rischi nascosti che potrebbero portare al guasto dell'attrezzatura o addirittura a incidenti di rete. In base all'esperienza maturata in diverse installazioni di stazioni elettriche GIS, è essenziale mantenere un rigoroso controllo su seguenti aspetti chiave durante l'installazione e la messa in servizio.
2.1 Controllo dell'Ambiente di Installazione
Il gas SF₆ è altamente sensibile all'umidità e alle impurità, pertanto l'ambiente di installazione in loco deve essere rigidamente controllato. Poiché le camere di gas devono essere aperte durante l'installazione, i lavori devono essere eseguiti solo in condizioni di tempo asciutto e limpido, con umidità ambientale inferiore all'80%. Una volta aperta una camera, il trattamento al vuoto deve proseguire in modo continuo per minimizzare il tempo di esposizione. Per le installazioni all'aperto, la velocità del vento non deve superare la scala di Beaufort 3. Se necessario, devono essere implementate misure di schermatura locale intorno all'area della camera aperta, e la generazione di polvere all'interno della zona sicura deve essere rigidamente controllata. L'area di installazione deve rimanere pulita e ordinata.
Il personale non deve indossare abiti o guanti di fibre flosce. I capelli devono essere completamente coperti da un cappello e devono indossare mascherine. In condizioni di alta temperatura, devono essere prese misure di raffreddamento per prevenire l'introduzione di umidità dovuta al sudore nella camera.
2.2 Gestione degli Assorbenti nelle Camere di Gas GIS
L'assorbente utilizzato nella GIS è tipicamente un setaccio molecolare 4A, che è non conduttivo, ha un basso costante dielettrico e non produce polvere. Esso presenta una forte capacità di assorbimento e può resistere a temperature elevate e all'esposizione agli archi. L'assorbente deve essere essiccato in un forno di essiccazione al vuoto a 200–300°C per 12 ore. Subito dopo l'essiccazione, deve essere rimosso e installato nella camera entro 15 minuti. La camera con l'assorbente installato deve iniziare prontamente il trattamento al vuoto per minimizzare l'esposizione all'aria.
Prima dell'installazione, l'assorbente deve essere pesato e registrato per futuri riferimenti durante la manutenzione. Se il peso aumenta di oltre il 25% durante l'ispezione, indica un'assorbimento significativo di umidità e richiede rigenerazione. Gli assorbenti provenienti dalle camere di spegnimento di arco non possono essere rigenerati.
2.3 Trattamento al Vuoto delle Camere di Gas
Il trattamento al vuoto deve iniziare immediatamente dopo l'assemblaggio della camera. Un valvola anti-ritorno deve essere installata nella linea di connessione, e una persona dedicata deve monitorare il processo per prevenire il reflusso dell'olio della pompa nella camera in caso di interruzione di corrente. La pompa a vuoto deve essere avviata per prima per verificare il funzionamento corretto prima di aprire tutte le valvole della linea. Quando si ferma, le valvole devono essere chiuse prima di spegnere la pompa.
Dopo aver raggiunto una pressione assoluta interna inferiore a 133 Pa, la pompa a vuoto deve continuare a funzionare per altri 30 minuti, poi fermarsi e isolarsi. La pressione assoluta (PA) viene registrata dopo 30 minuti di arresto. Dopo ulteriori 5 ore di arresto, la pressione (PB) viene letta nuovamente. La camera è considerata ben sigillata se PB – PA < 67 Pa. Solo dopo aver superato questo test di sigillatura, può essere caricato nel serbatoio il gas SF₆ qualificato.
Durante il trattamento al vuoto, evitare condizioni prolungate in cui un lato di un insulatore a disco (disk-type insulator) è sotto pressione nominale di funzionamento mentre l'altro lato è sotto alto vuoto, poiché ciò può causare danni meccanici. Se necessario, ridurre la pressione sul lato pressurizzato a meno del 50% del valore nominale.
2.4 Terra dell'Involucro
A causa della disposizione interna densa della GIS, il distacco elettrico tra i conduttori e tra i conduttori e l'involucro metallico è molto piccolo. In caso di guasto interno, grandi correnti di guasto fluiranno attraverso i conduttori di terra verso la griglia di terra. Inoltre, poiché l'involucro GIS è realizzato in materiale metallico chiuso, i guasti asimmetrici del sistema possono indurre tensioni significative sull'involucro a causa dell'induzione magnetica, potenzialmente danneggiando l'attrezzatura o mettendo in pericolo il personale.
Pertanto, la lavorazione del terra deve soddisfare standard elevati. Si consiglia di utilizzare reti di terra in rame nelle stazioni elettriche che utilizzano GIS per minimizzare la resistenza totale di terra. Tutte le connessioni tra l'involucro e la griglia di terra devono utilizzare materiali in rame. A causa della presenza di insulatori a disco e giunti in gomma tra le camere di gas, devono essere installate barre di collegamento in rame tra gli involucri. La sezione trasversale di queste barre di collegamento deve corrispondere a quella della griglia di terra principale.
La GIS utilizza uno schema di terra multi-punto. Il numero e la posizione dei punti di terra devono seguire le specifiche del produttore e del progetto.
2.5 Test di Resistenza del Circuito Principale
Il test di resistenza del circuito principale è cruciale nell'installazione GIS. Non solo verifica l'integrità delle connessioni di contatto tra i moduli, ma conferma anche la sequenza di fase corretta della barra principale. Per l'impiantistica completamente chiusa, la corretta sequenza di fase e le connessioni affidabili sono particolarmente critiche. Nella pratica, sono stati necessari rifacimenti a causa di sequenze di fase errate o connessioni di conduttore improprie.
I produttori forniscono solitamente valori standard di resistenza di contatto per le connessioni interne. La resistenza del circuito deve essere testata segmento per segmento durante l'assemblaggio, permettendo la rilevazione e la correzione precoce dei contatti poveri. La resistenza misurata per ogni sezione non deve superare la somma dei valori specificati dal produttore per tutte le connessioni all'interno di quel segmento.
Dopo l'assemblaggio completo, deve essere eseguito un test di resistenza del circuito completo, e il risultato non deve superare il valore teorico calcolato.
Note Speciali: I test di resistenza del circuito non devono essere eseguiti su camere in trattamento al vuoto. Sotto pressione sub-atmosferica, la resistenza dielettrica all'interno della camera è estremamente bassa. Anche poche decine di volt possono causare scariche superficiali sugli insulatori a disco, lasciando tracce di scarica che diventano punti di isolamento deboli e potenziali fonti di guasto durante l'operazione. Pertanto, devono essere effettuate attente verifiche prima di qualsiasi misurazione di resistenza per evitare di testare camere evacuate.
2.6 Test di Resistenza al Voltaggio
Le eccellenti proprietà isolate del gas SF₆ consentono alla GIS di avere un design compatto. La GIS utilizza involucri in lega di alluminio a terra, e sotto pressione di funzionamento, il gap tra i conduttori interni o tra i conduttori e l'involucro a terra è molto piccolo. A causa dell'alta pre-assemblazione in fabbrica, i componenti critici vengono spediti già installati. Tuttavia, il dislocamento dei componenti durante il trasporto o l'introduzione di piccole impurità durante l'installazione in loco possono distorcere la distribuzione del campo elettrico interno. A differenza delle attrezzature isolate in porcellana, anche piccoli spunzoni o particelle nei commutatori GIS possono causare scariche anomale o guasti.
Pertanto, il test di resistenza al voltaggio in loco serve come ultima difesa per verificare le prestazioni e la qualità dell'installazione della GIS.
Secondo le norme di prova di accettazione, la tensione di prova in loco è l'80% della tensione di prova in fabbrica. Ad esempio, per una GIS da 110 kV, la tensione di prova di resistenza del circuito principale è l'80% della tensione di prova in fabbrica: 230 kV × 80% = 184 kV, applicata per 1 minuto. Il test deve essere eseguito almeno 24 ore dopo il riempimento completo del gas. I parafulmini e i trasformatori di tensione non devono essere inclusi nel test. I cavi in uscita ad alta tensione devono essere testati insieme dopo essere stati collegati alla GIS. Prima del test, la resistenza di isolamento deve essere misurata e confermata soddisfacente.
Procedura di Prova: Aumentare la tensione a un tasso di 3 kV/s fino alla tensione nominale di funzionamento (63,5 kV), mantenere per 1-3 minuti per osservare lo stato dell'attrezzatura, quindi aumentare a 184 kV e mantenere per 1 minuto. Ripetere questa procedura per ogni fase.
La GIS che supera il test di resistenza al voltaggio può essere messa in servizio. Tuttavia, questo test non può rilevare tutti i possibili difetti. In servizio, la GIS deve resistere non solo alle tensioni di frequenza di rete, ma anche alle sovratensioni da fulmine e da commutazione. La tensione di rottura del gas SF₆ varia in base al tipo di tensione. Per i sistemi di elettrodi cilindrici coassiali, la tensione di rottura al 50% del SF₆ può essere espressa empiricamente come:
U₅₀ = (AP + B)μd
Dove:
P — Pressione della camera
d — Distanza elettrica (mm)
μ — Fattore di utilizzo del campo elettrico
A, B — Costanti dipendenti dalla forma d'onda della tensione
Quindi, la tensione di rottura varia in base al tipo e alla polarità della tensione. Diversi difetti interni mostrano diverse sensibilità a diverse forme d'onda di tensione. La tensione AC di frequenza di rete è sensibile ai guasti di isolamento causati dall'umidità, dalle impurità o dalle particelle metalliche nel SF₆, ma è meno sensibile a graffi superficiali o a condizioni povere della superficie del conduttore.
Pertanto, i test di resistenza al voltaggio di frequenza di rete non possono rilevare tutti i difetti interni. Rafforzare i controlli del processo durante l'installazione e migliorare la qualità complessiva dell'installazione rimangono le misure più importanti per garantire un'operazione sicura della GIS.
3. Conclusione
Questo documento analizza i punti chiave di controllo del processo e della qualità nell'installazione e nella messa in servizio in loco dell'attrezzatura GIS. Dimostra che i test di resistenza al voltaggio in loco possono solo parzialmente riflettere la qualità complessiva e la lavorazione dell'installazione GIS. Più importante, sottolinea che solo attraverso un rigoroso controllo di ogni processo di installazione, garantendo la piena conformità alle procedure e alle istruzioni di lavoro, l'attrezzatura GIS può essere messa in servizio in modo sicuro e affidabile fin dall'inizio.
Si spera che questo riepilogo possa servire come utile riferimento per i colleghi nell'industria della costruzione elettrica.
