Топ-5 критических процессов контроля для установки и ввода в эксплуатацию ГИС

В данной статье кратко описаны преимущества и технические характеристики оборудования GIS (газоизолированного выключателя), а также подробно рассмотрены несколько ключевых точек контроля качества и мер управления процессами при монтаже на месте. Подчеркивается, что испытания на прочность, проводимые на месте, могут лишь частично отражать общее качество и качество монтажа оборудования GIS. Только укрепление всестороннего контроля качества на протяжении всего процесса монтажа, особенно в ключевых областях, таких как условия монтажа, обработка адсорбента, обработка газовых камер и тестирование сопротивления цепи, может обеспечить безопасное и бесперебойное ввод в эксплуатацию оборудования GIS.

С развитием энергетических систем к механическим и электрическим характеристикам основного оборудования подстанций предъявляются более высокие требования. В результате все больше передового электрического оборудования применяется на подстанциях. Среди них Газоизолированный Металлический Выключатель (GIS) получает все более широкое применение благодаря своим многочисленным преимуществам. Поэтому монтаж и ввод в эксплуатацию GIS на месте стали центральным аспектом строительства подстанций.

1. Технические характеристики оборудования GIS

• Компактная структура с малым занимаемым пространством

• Высокая надежность работы и отличные показатели безопасности

• Устранение негативных внешних воздействий

• Короткий срок установки

• Простота обслуживания и длительные интервалы проверок

2. Ключевые точки контроля процессов и меры управления при монтаже GIS

Из-за высокой степени интеграции и компактного дизайна оборудования GIS любая недоработка при монтаже на месте может привести к скрытым рискам, которые могут вызвать отказ оборудования или даже аварии в сети. На основе опыта множества установок подстанций GIS строгий контроль следующих ключевых аспектов является необходимым во время монтажа и ввода в эксплуатацию.

2.1 Контроль условий монтажа

Газ SF₆ очень чувствителен к влаге и примесям, поэтому условия монтажа на месте должны строго контролироваться. Поскольку газовые камеры необходимо открывать во время монтажа, работы следует проводить только в сухую, ясную погоду с относительной влажностью воздуха ниже 80%. После открытия камеры вакуумная обработка должна продолжаться непрерывно, чтобы минимизировать время экспозиции. Для монтажа на открытом воздухе скорость ветра не должна превышать 3 балла по шкале Бофорта. При необходимости вокруг открытых камер следует применять местные защитные меры, и строго контролировать образование пыли в безопасной зоне. Область монтажа должна оставаться чистой и организованной.

Персонал не должен носить одежду или перчатки из рыхлых волокон. Волосы должны быть полностью покрыты шапкой, и следует носить маски. В условиях высоких температур следует принимать меры охлаждения, чтобы предотвратить попадание влаги из пота в камеру.

2.2 Обработка адсорбента в газовых камерах GIS

Адсорбент, используемый в GIS, обычно представляет собой молекулярный ситовый материал 4A, который не проводит электричество, имеет низкую диэлектрическую проницаемость и не содержит пыли. Он обладает сильной адсорбционной способностью и может выдерживать высокие температуры и воздействие дуги. Адсорбент следует высушивать в вакуумной сушильной печи при температуре 200–300°C в течение 12 часов. Немедленно после сушки его следует удалить и установить в камеру в течение 15 минут. Камера с установленным адсорбентом должна начинать вакуумную обработку немедленно, чтобы минимизировать контакт с воздухом.

Перед установкой адсорбент следует взвесить и записать для будущего использования при обслуживании. Если при проверке вес увеличивается более чем на 25%, это указывает на значительное поглощение влаги, и требуется регенерация. Адсорбент из камер тушения дуги не подлежит регенерации.

2.3 Вакуумная обработка газовых камер

Вакуумная обработка должна начинаться сразу после сборки камеры. В соединительном трубопроводе должен быть установлен обратный клапан, и за процессом должен следить специально назначенный человек, чтобы предотвратить обратный поток масла насоса в камеру в случае отключения питания. Сначала следует запустить вакуумный насос, чтобы проверить его правильную работу, а затем открыть все клапаны трубопровода. При остановке клапаны должны быть закрыты до отключения насоса.

После достижения внутреннего абсолютного давления ниже 133 Па вакуумный насос должен продолжать работать еще 30 минут, затем остановиться и быть изолирован. Абсолютное давление (PA) записывается после 30-минутной паузы. После дополнительной 5-часовой паузы давление (PB) измеряется снова. Камера считается герметичной, если PB – PA < 67 Па. Только после успешного прохождения этого теста на герметичность можно зарядить камеру качественным газом SF₆.

Во время вакуумной обработки следует избегать длительных ситуаций, когда одна сторона дискового изолятора находится под рабочим давлением, а другая — под высоким вакуумом, так как это может привести к механическому повреждению. При необходимости давление на стороне, находящейся под давлением, следует снизить до менее 50% от номинального значения.

2.4 Заземление корпуса

Из-за плотной внутренней компоновки GIS, электрический зазор между проводниками и между проводниками и металлическим корпусом очень мал. В случае внутреннего пробоя большие токи короткого замыкания будут проходить через заземляющие проводники в заземляющую решетку. Кроме того, поскольку корпус GIS изготовлен из замкнутого металлического материала, асимметричные системы отказов могут вызывать значительные напряжения на корпусе из-за магнитной индукции, что может привести к повреждению оборудования или опасности для персонала.

Поэтому работа по заземлению должна соответствовать высоким стандартам. Рекомендуется использовать медные заземляющие решетки на подстанциях, использующих GIS, чтобы минимизировать общее сопротивление заземления. Все соединения между корпусом и заземляющей решеткой также должны быть выполнены из меди. Из-за наличия дисковых изоляторов и резиновых уплотнений между газовыми камерами, медные перемычки должны быть установлены между корпусами. Поперечное сечение этих перемычек должно соответствовать поперечному сечению главной заземляющей решетки.

GIS использует многоточечную схему заземления. Число и расположение точек заземления должны соответствовать рекомендациям производителя и проектным спецификациям.

2.5 Испытание сопротивления основной цепи

Испытание сопротивления основной цепи является важным этапом при монтаже GIS. Оно не только проверяет целостность контактов между модулями, но и подтверждает правильность фазировки основной шины. Для полностью закрытого выключателя правильная фазировка и надежные соединения особенно критичны. На практике были случаи переделки из-за неправильной фазировки или неправильного соединения проводников.

Производители обычно предоставляют стандартные значения сопротивления контактов для внутренних соединений. Сопротивление цепи следует проверять поэтапно во время сборки, что позволяет рано обнаружить и исправить плохие контакты. Измеренное сопротивление каждого участка не должно превышать сумму значений, указанных производителем для всех соединений в этом участке.

После полной сборки следует провести полное испытание сопротивления цепи, и результат не должен превышать теоретически рассчитанное значение.

Особое примечание: Испытание сопротивления цепи не должно проводиться на камерах, находящихся под вакуумом. При пониженном давлении диэлектрическая прочность внутри камеры крайне низка. Даже несколько десятков вольт могут вызвать поверхностный разряд на дисковых изоляторах, оставляя следы разряда, которые становятся слабыми точками изоляции и потенциальными источниками отказов при эксплуатации. Поэтому перед проведением любого измерения сопротивления необходимо тщательно проверять, чтобы не проводить испытания на эвакуированных камерах.

2.6 Испытание на прочность

Отличные диэлектрические свойства газа SF₆ позволяют GIS достичь компактного дизайна. GIS использует заземленные алюминиевые корпуса, и при рабочем давлении зазор между внутренними проводниками или между проводниками и заземленным корпусом очень мал. Благодаря высокой степени заводской сборки, критические компоненты поставляются предварительно установленными. Однако смещение компонентов во время транспортировки или введение микроскопических примесей при монтаже на месте может исказить внутреннее распределение электрического поля. В отличие от фарфоровых изоляторов, даже небольшие заусенцы или частицы в GIS могут вызвать аномальный разряд или пробой.

Поэтому испытание на прочность на месте является последней линией обороны для проверки производительности и качества монтажа GIS.

Согласно нормам приемочных испытаний, напряжение испытания на месте составляет 80% от напряжения заводского испытания. Например, для GIS 110 кВ, напряжение испытания на прочность основной цепи составляет 80% от напряжения заводского испытания: 230 кВ × 80% = 184 кВ, приложенное в течение 1 минуты. Испытание следует проводить не ранее чем через 24 часа после полного заполнения газом. Разрядники и трансформаторы напряжения не должны включаться в испытание. Высоковольтные выходные кабели должны быть испытаны вместе после их подключения к GIS. Перед испытанием следует измерить и подтвердить удовлетворительное сопротивление изоляции.

Процедура испытания: Увеличьте напряжение со скоростью 3 кВ/с до номинального рабочего напряжения (63.5 кВ), удерживайте 1–3 минуты для наблюдения состояния оборудования, затем повысьте до 184 кВ и удерживайте 1 минуту. Повторите эту процедуру для каждой фазы.

GIS, прошедший испытание на прочность, может быть введен в эксплуатацию. Однако это испытание не может обнаружить все потенциальные дефекты. В эксплуатации GIS должен выдерживать не только сетевое напряжение, но и импульсные и коммутационные перенапряжения. Пробивное напряжение газа SF₆ варьируется в зависимости от типа напряжения. Для коаксиальной цилиндрической системы электродов 50%-ное пробивное напряжение SF₆ может быть эмпирически выражено как:

U₅₀ = (AP + B)μd

Где:
P — давление в камере
d — электрический зазор (мм)
μ — коэффициент использования электрического поля
A, B — константы, зависящие от формы напряжения

Таким образом, пробивное напряжение варьируется в зависимости от типа и полярности напряжения. Различные внутренние дефекты проявляют разную чувствительность к различным формам напряжения. Сетевое переменное напряжение чувствительно к пробою изоляции, вызванному влагой, примесями или металлическими частицами в SF₆, но менее чувствительно к поверхностным царапинам или плохому состоянию поверхности проводника.

Поэтому испытания на прочность при сетевом напряжении не могут обнаружить все внутренние дефекты. Усиление контроля процессов при монтаже и улучшение общего качества монтажа остаются наиболее важными мерами для обеспечения безопасной эксплуатации GIS.

3. Заключение

В данной статье анализируются ключевые точки контроля процессов и качества при монтаже и вводе в эксплуатацию оборудования GIS на месте. Она демонстрирует, что испытания на прочность, проводимые на месте, могут лишь частично отражать общее качество и качество монтажа установленного GIS. Более важно, она подчеркивает, что только строгий контроль каждого этапа монтажа, обеспечивающий полное соответствие процедурам и инструкциям, может гарантировать безопасное и надежное введение в эксплуатацию оборудования GIS с самого начала.

Надеемся, что этот обзор будет полезным справочным материалом для коллег в области строительства энергетических объектов.