Top 5 Kritieke Procescontroles voor GIS-installatie en inbedrijfstelling

Dit document schetst kort de voordelen en technische kenmerken van GIS (Gas-geïsoleerde schakelinstallaties) en gaat nader in op enkele cruciale kwaliteitscontrolepunten en procescontrolemaatregelen tijdens de plaatsing ter plaatse. Het benadrukt dat de spanningstesten ter plaatse slechts ten dele de algehele kwaliteit en montagekwaliteit van GIS-apparatuur kunnen weerspiegelen. Alleen door het versterken van een alomvattende kwaliteitscontrole gedurende het hele installatieproces - met name in belangrijke gebieden zoals de installatieomgeving, de behandeling van adsorberend materiaal, de behandeling van gascellen en de lusweerstandstests - kan de veilige en soepele inbedrijfstelling van GIS-apparatuur worden gewaarborgd.

Met de ontwikkeling van elektriciteitsnetwerken worden hogere eisen gesteld aan de mechanische en elektrische prestaties van primaire onderstationsapparatuur. Daarom wordt steeds meer geavanceerde elektrische apparatuur toegepast in onderstations. Onder deze apparatuur neemt Gas-geïsoleerde Metalen Omsloten Schakelinstallaties (GIS) een steeds bredere toepassing in, vanwege haar vele voordelen. Hierdoor is de plaatsing en inbedrijfstelling van GIS ter plaatse een centraal aspect geworden van de bouw van onderstations.

1. Technische Kenmerken van GIS-apparatuur

• Compacte constructie met kleine vloervoetafdruk

• Hoog operationeel betrouwbaarheid en uitstekende veiligheidsprestaties

• Elimineert ongunstige externe invloeden

• Korte installatieperiode

• Gemakkelijk te onderhouden en lange inspectie-intervallen

2. Belangrijke Procescontrolepunten en Controlemaatregelen bij de Installatie van GIS

Vanwege de hoge integratie en compacte ontwerp van GIS-apparatuur kan elke nalatigheid tijdens de plaatsing ter plaatse verborgen risico's achterlaten die kunnen leiden tot apparaatdefecten of zelfs netwerkincidenten. Op basis van ervaringen met meerdere GIS-onderstationinstallaties is strikte controle op de volgende belangrijke aspecten essentieel tijdens de installatie en inbedrijfstelling.

2.1 Controle van de Installatieomgeving

SF₆-gas is zeer gevoelig voor vocht en impuriteiten, dus de omgeving ter plaatse moet strikt worden gecontroleerd. Aangezien gascellen tijdens de installatie moeten worden geopend, moet het werk alleen worden uitgevoerd bij droog en helder weer met een relatieve luchtvochtigheid van minder dan 80%. Zodra een cel is geopend, moet vacuümbehandeling continu doorgaan om de blootstellingsduur te minimaliseren. Voor buiteninstallaties mag de windsnelheid niet hoger zijn dan Beaufort 3. Indien nodig, moeten lokale afschermingsmaatregelen rond de open cel worden genomen, en moet stofvorming binnen de veiligheidszone strikt worden gecontroleerd. De installatieplaats moet schoon en ordelijk blijven.

Personeel mag geen losvezelige kleding of handschoenen dragen. Haar moet volledig bedekt zijn met een muts, en mondkapjes moeten worden gedragen. Bij hoge temperaturen moeten koelmiddelen worden toegepast om het insijpelen van vocht door zweet te voorkomen.

2.2 Behandeling van Adsorberend Materiaal in GIS-gascellen

Het adsorberende materiaal dat in GIS wordt gebruikt, is meestal 4A-moleculaire zeef, die niet geleidend is, een lage dielektrische constante heeft en vrij is van stof. Het heeft een sterke adsorptiecapaciteit en kan hoge temperaturen en boogverlichting verdragen. Het adsorberende materiaal moet 12 uur lang in een vacuümdroogoven op 200–300°C worden gedroogd. Direct na het drogen moet het binnen 15 minuten worden verwijderd en in de cel geïnstalleerd. De cel met geïnstalleerd adsorberend materiaal moet onmiddellijk vacuümbewerking ondergaan om de blootstelling aan lucht te minimaliseren.

Voor de installatie moet het adsorberende materiaal worden gewogen en geregistreerd voor toekomstig referentie tijdens onderhoud. Als het gewicht tijdens de inspectie met meer dan 25% toeneemt, wijst dit op significante vochtabsorptie en vereist regeneratie. Adsorberend materiaal uit booguitdovende cellen kan niet worden geregenereerd.

2.3 Vacuümbewerking van Gascellen

Vacuümbewerking moet direct na de assemblage van de cel beginnen. Een checkventiel moet in de aansluitende leiding worden geïnstalleerd, en er moet een speciaal aangestelde persoon de bewerking controleren om terugstroming van pompolie in de cel te voorkomen in geval van stroomonderbreking. De vacuümpomp moet eerst worden gestart om de juiste werking te verifiëren voordat alle leidingskleppen worden geopend. Bij het stoppen moeten de kleppen eerst worden gesloten voordat de pomp wordt uitgeschakeld.

Nadat een interne absolute druk van minder dan 133 Pa is bereikt, moet de vacuümpomp nog 30 minuten doorgaan, dan worden gestopt en geïsoleerd. De absolute druk (PA) wordt na 30 minuten stilstand geregistreerd. Na een verdere 5-uren stilstand wordt de druk (PB) opnieuw gelezen. De cel wordt als goed afgesloten beschouwd als PB – PA < 67 Pa. Alleen na het slagen van deze dichtheidstest kan gekwalificeerd SF₆-gas in de cel worden geladen.

Tijdens de vacuümbewerking moet men vermijden dat één zijde van een schotelvormige isolator onder de nominale werkdruk staat terwijl de andere zijde onder hoge vacuüm staat, omdat dit mechanische schade kan veroorzaken. Indien nodig, moet de druk aan de gepresteerde zijde tot onder 50% van de nominale waarde worden verlaagd.

2.4 Behuizingaarding

Vanwege de dichte interne indeling van GIS is de elektrische afstand tussen geleiders en tussen geleiders en de metalen behuizing zeer klein. Bij interne doorbraak zullen grote foutstromen via aardingsleiders naar het aardingnetwerk stromen. Bovendien, omdat de GIS-behuizing bestaat uit gesloten ringvormige metalen materialen, kunnen asymmetrische systeemfouten aanzienlijke spanningen op de behuizing induceren door magnetische inductie, wat apparatuur kan beschadigen of personeel in gevaar kan brengen.

Daarom moet de aardingkwaliteit hoge normen voldoen. Voor onderstations die GIS gebruiken, wordt aanbevolen koperen aardingnetwerken te gebruiken om de totale aardingsweerstand te minimaliseren. Alle verbindingen tussen de behuizing en het aardingnetwerk moeten ook koperen materialen gebruiken. Vanwege de aanwezigheid van schotelvormige isolatoren en rubberen afdichtingen tussen gascellen, moeten koperen aardingbalken tussen behuizingen worden geïnstalleerd. Het doorsnijdingsoppervlak van deze aardingbalken moet overeenkomen met dat van het hoofdaardingnetwerk.

GIS maakt gebruik van een multi-point aardingsschema. Het aantal en de locatie van de aardingpunten moeten de fabrikant- en ontwerpspecificaties volgen.

2.5 Hoofdcircuitweerstandstest

De hoofdcircuitweerstandstest is cruciaal bij de installatie van GIS. Het bevestigt niet alleen de integriteit van contactverbindingen tussen modules, maar bevestigt ook de juiste fasevolgorde van de hoofdbus. Voor volledig gesloten schakelinstallaties zijn juiste fasering en betrouwbare verbindingen bijzonder cruciaal. In de praktijk zijn herwerkzaamheden nodig geweest vanwege foute fasering of onjuiste geleiderverbindingen.

Fabrikanten geven meestal standaardcontactweerstandswaarden voor interne verbindingen. De lusweerstand moet segment per segment worden getest tijdens de assemblage, zodat slechte contacten vroeg kunnen worden gedetecteerd en gecorrigeerd. De gemeten weerstand voor elk segment mag de som van de fabrikant-specified waarden voor alle verbindingen binnen dat segment niet overschrijden.

Na de volledige assemblage moet een complete lusweerstandstest worden uitgevoerd, en het resultaat mag de theoretisch berekende waarde niet overschrijden.

Bijzondere Opmerking: Lusweerstandstests mogen niet worden uitgevoerd op cellen die vacuümbewerking ondergaan. Onder sub-atmosferische druk is de diëlektrische sterkte binnen de cel extreem laag. Zelfs een paar tientallen volt kunnen oppervlakteontlading op schotelvormige isolatoren veroorzaken, waardoor ontladingspatronen achterblijven die zwakke isolatiepunten en potentiële foutbronnen worden tijdens de operatie. Daarom moeten voorzichtige controles worden uitgevoerd voordat enige weerstandsmeetwaarde wordt genomen om te voorkomen dat geteste cellen worden geëvacueerd.

2.6 Spanningstest

De uitstekende isolatie-eigenschappen van SF₆-gas maken een compacte ontwerp van GIS mogelijk. GIS gebruikt geaarde aluminiumlegering behuizingen, en onder werkdruk is de opening tussen interne geleiders of tussen geleiders en de geaarde behuizing zeer klein. Door de hoge mate van fabrieksvoormontage worden cruciale componenten vooraf geïnstalleerd. Echter, verschuiving van componenten tijdens transport of introductie van kleine vervuilingen tijdens de plaatsing ter plaatse kan de interne elektrische veldverdeling verstoren. In tegenstelling tot porselein-geïsoleerde apparatuur kunnen zelfs kleine splinters of deeltjes in GIS-stoornissen abnormale ontlading of doorbraak veroorzaken.

Daarom dient de spanningstest ter plaatse als de laatste verdedigingslinie om de prestaties en de installatiekwaliteit van GIS te verifiëren.

Volgens de testregels voor acceptatie is de testspanning ter plaatse 80% van de fabriekstestspanning. Bijvoorbeeld, voor een 110 kV GIS is de hoofdcircuitspanningstest 80% van de fabriekstestspanning: 230 kV × 80% = 184 kV, toegepast voor 1 minuut. De test moet minimaal 24 uur na de volledige gasvulling worden uitgevoerd. Overstroombeveiligingen en spanningsvervormers mogen niet worden opgenomen in de test. Hoogspanningsuitgaande kabels moeten samen met de GIS worden getest nadat ze zijn aangesloten. Voordat de test begint, moet de isolatieweerstand worden gemeten en als bevredigend worden bevestigd.

Testprocedure: Verhoog de spanning met een snelheid van 3 kV/s naar de nominale werkspanning (63,5 kV), houd vast voor 1-3 minuten om de status van het apparaat te observeren, verhoog vervolgens naar 184 kV en houd vast voor 1 minuut. Herhaal deze procedure voor elke fase.

GIS die de spanningstest doorstaat, kan in gebruik worden genomen. Echter, deze test kan niet alle potentiele defecten detecteren. Tijdens de bedrijfsfase moet GIS niet alleen netspanningen, maar ook bliksem- en schakeloverspanningen doorstaan. De doorbraakspanning van SF₆-gas varieert met het type spanning. Voor coaxiale cilindrische elektrodesystemen kan de 50%-doorbraakspanning van SF₆ empirisch worden uitgedrukt als:

U₅₀ = (AP + B)μd

Waar:
P — Celspanning
d — Elektrische afstand (mm)
μ — Elektrisch veldutilisatiefactor
A, B — Constanten afhankelijk van de spanningstype

Hierdoor varieert de doorbraakspanning met het type spanning en polariteit. Verschillende interne defecten vertonen verschillende gevoeligheid voor verschillende spanningstypen. Netspanning AC is gevoelig voor isolatie-doorbraak veroorzaakt door vocht, vervuiling of metaaldeeltjes in SF₆, maar minder gevoelig voor oppervlaktekrassen of slechte geleideroppervlakken.

Daarom kunnen netspanningstests niet alle interne defecten detecteren. Het versterken van procescontroles tijdens de installatie en het verbeteren van de algemene installatiekwaliteit blijven de belangrijkste maatregelen om veilige GIS-operatie te waarborgen.

3. Conclusie

Dit document analyseert de belangrijkste proces- en kwaliteitscontrolepunten bij de plaatsing en inbedrijfstelling van GIS-apparatuur ter plaatse. Het laat zien dat spanningstests ter plaatse slechts ten dele de algehele kwaliteit en montagekwaliteit van geïnstalleerde GIS kunnen weerspiegelen. Belangrijker is dat het benadrukt dat alleen door strikte controle van elk installatieproces - zorgen voor volledige naleving van procedures en werkhandleidingen - kan GIS-apparatuur vanaf het begin veilig en betrouwbaar in gebruik worden genomen.

Het is de hoop dat deze samenvatting een nuttige referentie kan zijn voor collega's in de elektriciteitsbouwindustrie.