Top 5 viktigaste processkontroller för GIS-installation och in driftsättning

Detta dokument ger en kortfattad översikt över fördelarna och de tekniska egenskaperna hos GIS-utrustning (Gasisolera Schaktutrustning), samt beskriver flera kritiska kvalitetskontrollpunkter och processkontrollåtgärder under påplatsinstallation. Det betonas att påplatsmotståndstester endast delvis kan reflektera den totala kvaliteten och installationen av GIS-utrustningen. Endast genom att förstärka den omfattande kvalitetskontrollen under hela installationsprocessen - särskilt i viktiga områden som installationsmiljö, hantering av adsorbenter, behandling av gaskammare och testning av slingresistans - kan säker och smidig driftsättning av GIS-utrustning garanteras.

Med utvecklingen av elkraftsystem ställs högre krav på mekaniska och elektriska prestanda för primär transformatorutrustning. Därför används alltmer avancerade elektriska enheter i transformatorstationer. Bland dessa får Gasisolera Metallomsluten Schaktutrustning (GIS) ett allt större användningsområde tack vare dess många fördelar. Därför har påplatsinstallation och driftsättning av GIS blivit en central aspekt av transformatorstationsbyggen.

1. Tekniska egenskaper hos GIS-utrustning

• Kompakt struktur med litet fotavtryck

• Hög driftsäkerhet och utmärkt säkerhetsprestanda

• Eliminerar negativa externa inflytelser

• Kort installationsperiod

• Enkel underhåll och långa inspektionintervaller

2. Viktiga processkontrollpunkter och kontrollåtgärder vid GIS-installation

På grund av den höga integrationen och kompakta designen av GIS-utrustning kan eventuella missar under påplatsinstallation lämna dolda risker som kan leda till utrustningsfel eller till och med nätolyckor. Baserat på erfarenheter från flera GIS-transformatorstationers installation är strikt kontroll av följande viktiga aspekter nödvändig under installation och driftsättning.

2.1 Kontroll av installationsmiljö

SF₆-gas är mycket känslig för fukt och orenheter, så påplatsinstallationsmiljön måste strikt kontrolleras. Eftersom gaskammare måste öppnas under installation bör arbetet endast utföras vid torrt, klart väder med relativ luftfuktighet under 80%. När en kammare öppnas bör vakuumbehandling fortsätta kontinuerligt för att minimera exponeringstiden. För utomhusinstallationer ska vindhastigheten inte överstiga Beaufortskala 3. Om det behövs ska lokala skyddsmåltagningar implementeras runt det öppna kammaramsområdet, och dammförekomst inom det säkra området måste strikt kontrolleras. Installationsområdet måste hållas rent och ordnat.

Personal får inte bära kläder eller handskar av lös fibra. Hår måste täckas helt av en mössa, och ansiktsmasker bör bäras. I varma förhållanden bör svalkningstagander vidtas för att förhindra att svett introducerar fukt i kammaren.

2.2 Hantering av adsorbenter i GIS-gaskammare

Adsorbenten som används i GIS är vanligtvis 4A molekylsiv, vilket är icke-ledande, har låg dielektrisk konstant och är fri från damm. Den visar stark adsorptionseffekt och kan tåla höga temperaturer och bågeutsättning. Adsorbenten bör torkas i en vakuumugn vid 200–300°C i 12 timmar. Omedelbart efter torkning bör den tas bort och installerad i kammaren inom 15 minuter. Kammaren med installerad adsorbent bör snabbt börja vakuumbehandlas för att minimera exponering för luft.

Innan installation bör adsorbenten vägas och registreras för framtida referens under underhåll. Om vikten ökar med mer än 25% under inspektion indikerar det signifikant fuktabsorption och kräver regenerering. Adsorbent från bågutsläcks-kammare kan inte regenereras.

2.3 Vakuumbehandling av gaskammare

Vakuumbehandling bör omedelbart börja efter kammarmontering. En checkventil måste installeras i anslutningsledningen, och en speciell person måste övervaka processen för att förhindra pumpoljes återflöde till kammaren vid strömavbrott. Vakumpumpen bör startas först för att verifiera korrekt funktion innan alla ledningsventiler öppnas. Vid stopp ska ventiler stängas innan pumpen stängs av.

När inre absolut tryck under 133 Pa uppnåtts ska vakumpumpen fortsätta köra ytterligare 30 minuter, sedan stoppas och isoleras. Absoluta trycket (PA) registreras efter 30 minuters stillastående. Efter ytterligare 5 timmars stillastående läses trycket (PB) igen. Kamman anses vara väl sluten om PB – PA < 67 Pa. Endast efter att ha passerat detta sluttightest kan godkänd SF₆-gas matas in i kammaren.

Under vakuumbehandling bör man undvika långvariga förhållanden där ena sidan av en diskformad isolator (disk-type insulator) är under nominellt driftstryck medan den andra sidan är under högt vakuum, eftersom detta kan orsaka mekanisk skada. Om det behövs ska trycket på den pressade sidan reduceras till under 50% av det nominella värdet.

2.4 Behållargrounding

På grund av den täta interna layouten i GIS är den elektriska klarheten mellan ledare och mellan ledare och metallbehållare mycket liten. Vid inre genombrott kommer stora felströmmar att flyta genom grounding-ledare till grounding-nätet. Dessutom, eftersom GIS-behållaren är gjord av en sluten cirkulär metallmaterial, kan asymmetriska systemfel inducera betydande spänningar på behållaren på grund av magnetisk induction, vilket potentiellt kan skada utrustning eller hota personal.

Därför måste grounding-arbete uppfylla höga standarder. Transformatorstationer som använder GIS rekommenderas att använda koppargrounding-nät för att minimera total grounding-resistans. Alla anslutningar mellan behållaren och grounding-nätet måste också använda kopparmaterial. På grund av diskformade isolatorer och gummisäckar mellan gaskammare måste kopparbindar installeras mellan behållare. Avsnittsarea för dessa bindar bör matcha huvudgrounding-nätets avsnittsarea.

GIS använder en multipunkt-groundingschema. Antalet och placeringen av grounding-punkter bör följa tillverkarens och designspecifikationer.

2.5 Testning av huvudkretsens resistans

Testning av huvudkretsens resistans är avgörande vid GIS-installation. Det verifierar inte bara integriteten av kontaktanslutningar mellan moduler utan bekräftar också rätt fassekvens för huvudbusbar. För fullständigt slutna schaktutrustningar är rätt fasering och tillförlitliga anslutningar särskilt viktiga. I praktiken har reparationer skett på grund av felaktig fasering eller felaktiga ledarslutningar.

Tillverkare ger normalt standardkontaktresistansvärden för interna anslutningar. Slingresistansen bör testas segmentvis under montering, vilket tillåter tidig upptäckt och korrigering av dåliga kontakter. Mätt resistans för varje segment får inte överstiga summan av tillverkarens angivna värden för alla anslutningar inom det segmentet.

Efter fullständig montering bör ett komplett slingresistanstest utföras, och resultatet får inte överstiga det teoretiskt beräknade värdet.

Speciell notering: Slingresistanstestning får inte utföras på kamrar som undergår vakuumbehandling. Under undertryck är dielektriska styrkan inuti kammaren extremt låg. Även några tiotal volt kan orsaka ytsladdning på diskformade isolatorer, vilket lämnar sladdningspåverkan som blir svaga isolationspunkter och potentiella felkällor under drift. Därför måste noggranna kontroller utföras innan något resistansmätning för att undvika testning på evakueringsskammare.

2.6 Motståndstest

SF₆-gassens utmärkta isolerande egenskaper gör det möjligt för GIS att uppnå kompakt design. GIS använder grundad aluminiumlegeringsbehållare, och vid driftstryck är gapet mellan interna ledare eller mellan ledare och grundad behållare mycket liten. På grund av hög fabriksförmontering levereras kritiska komponenter förinstallerade. Men komponenternas placering under transport eller introduktion av små orenheter under påplatsinstallation kan distorsionera den interna elektriska fältfördelningen. Olikt porcelainsisolering kan även små taggar eller partiklar i GIS-brytare orsaka oregelbunden sladdning eller genombrott.

Därför fungerar påplatsmotståndstest som den sista försvarslinjen för att verifiera GIS-prestanda och installationskvalitet.

Enligt mottagningstestregler är påplatsprovningsspänningen 80% av fabriksprovningsspänningen. Till exempel, för en 110 kV GIS är huvudkretsens motståndstestspänning 80% av fabriksprovningsspänningen: 230 kV × 80% = 184 kV, applicerad i 1 minut. Testet bör utföras minst 24 timmar efter fullständig gasmatning. Impulsdämpare och spänningsomvandlare ska inte inkluderas i testet. Högvoltutförande kablar bör testas tillsammans efter anslutning till GIS. Innan testet bör isolationsresistans mätas och bekräftas tillfredsställande.

Testprocedure: Öka spänningen med en hastighet på 3 kV/s till nominell driftspänning (63.5 kV), håll i 1–3 minuter för att observera utrustningsstatus, sedan höj till 184 kV och håll i 1 minut. Upprepa denna procedur för varje fas.

GIS som passerar motståndstestet kan sättas i drift. Men detta test kan inte upptäcka alla potentiella defekter. Under drift måste GIS inte bara tåla nätspänning men också blixt- och växlingsöverspänningar. Genombrottsfältstyrkan för SF₆-gas varierar beroende på spänningstyp. För koaxiella cylindriska elektrodsystem kan 50%-genombrottsvolt för SF₆ empiriskt uttryckas som:

U₅₀ = (AP + B)μd

Där:
P — Kammartyck
d — Elektrisk klarhet (mm)
μ — Elektriskt fältutnyttjningsfaktor
A, B — Konstanter beroende på spänningsform

Således varierar genombrottsvolt med spänningstyp och polaritet. Olika interna defekter visar olika känslighet för olika spänningsformer. Nätspänning AC är känslig för isoleringsgenombrott orsakade av fukt, orenheter eller metallpartiklar i SF₆, men mindre känslig för ytskador eller dåliga ledarytkonditioner.

Därför kan nätspänningstillståndstester inte upptäcka alla interna defekter. Förstärkning av processkontroller under installation och förbättring av den totala installationskvaliteten är fortfarande de viktigaste åtgärderna för att säkerställa säker GIS-drift.

3. Slutsats

Detta dokument analyserar nyckelpunkter för process och kvalitetskontroll vid påplatsinstallation och driftsättning av GIS-utrustning. Det demonstrerar att påplatsmotståndstester endast delvis kan reflektera den totala kvaliteten och installationen av installerad GIS. Det framhäver också att endast genom strikt kontroll av varje installationsprocess - genom att säkerställa fullständig efterlevnad av procedurer och arbetsinstruktioner - kan GIS-utrustning säkert och tillförlitligt sättas i drift från början.

Det hoppas att denna sammanfattning kan tjäna som ett användbart referensmaterial för kollegor inom elkraftbyggindustrin.