5 ขั้นตอนควบคุมกระบวนการสำคัญสำหรับการติดตั้งและทดสอบ GIS

บทความนี้สรุปโดยย่อถึงข้อดีและลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์ GIS (Gas-Insulated Switchgear) และขยายความเกี่ยวกับจุดควบคุมคุณภาพที่สำคัญและมาตรการควบคุมกระบวนการหลายประการในการติดตั้งหน้างาน ซึ่งเน้นว่าการทดสอบทนแรงดันหน้างานสามารถสะท้อนคุณภาพและการทำงานในการติดตั้งของอุปกรณ์ GIS ได้เพียงบางส่วนเท่านั้น การรักษาคุณภาพควบคุมอย่างครอบคลุมตลอดกระบวนการติดตั้งทั้งหมด โดยเฉพาะในพื้นที่สำคัญ เช่น สภาพแวดล้อมในการติดตั้ง การจัดการสารดูดซับ การเตรียมห้องก๊าซ และการทดสอบความต้านทานวงจร จะช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ GIS สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยและราบรื่น

ด้วยการพัฒนาระบบไฟฟ้า มีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับประสิทธิภาพทางกลและไฟฟ้าของอุปกรณ์สถานีไฟฟ้าหลัก ทำให้มีการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทันสมัยมากขึ้นในสถานีไฟฟ้า ซึ่งรวมถึง Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear (GIS) ที่ได้รับการนำไปใช้กว้างขวางมากขึ้นเนื่องจากมีข้อดีมากมาย ดังนั้น การติดตั้งและทดสอบหน้างานของ GIS จึงกลายเป็นส่วนสำคัญของการก่อสร้างสถานีไฟฟ้า

1. ลักษณะทางเทคนิคของอุปกรณ์ GIS

• โครงสร้างกระชับ พื้นที่ใช้สอยน้อย

• ความน่าเชื่อถือในการทำงานสูงและประสิทธิภาพความปลอดภัยยอดเยี่ยม

• กำจัดผลกระทบจากภายนอกที่ไม่ดี

• ระยะเวลาการติดตั้งสั้น

• บำรุงรักษาง่ายและระยะเวลาระหว่างการตรวจสอบยาวนาน

2. จุดควบคุมกระบวนการสำคัญและการควบคุมมาตรการในการติดตั้ง GIS

เนื่องจากอุปกรณ์ GIS มีการผสานรวมสูงและออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัด ความประมาทในการติดตั้งหน้างานอาจทำให้เกิดความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่ ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของอุปกรณ์หรือแม้กระทั่งเหตุการณ์บนระบบไฟฟ้า จากประสบการณ์ในการติดตั้งสถานีไฟฟ้า GIS หลายแห่ง การควบคุมอย่างเข้มงวดในด้านสำคัญต่อไปนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการติดตั้งและทดสอบ

2.1 การควบคุมสภาพแวดล้อมในการติดตั้ง

แก๊ส SF₆ มีความไวต่อความชื้นและสิ่งเจือปน ดังนั้นสภาพแวดล้อมในการติดตั้งหน้างานต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด เนื่องจากห้องก๊าซต้องเปิดออกในระหว่างการติดตั้ง งานควรดำเนินการในสภาพอากาศที่แห้งและแจ่มใส ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำกว่า 80% เมื่อเปิดห้องก๊าซแล้ว ควรดำเนินการดูดสูญญากาศต่อเนื่องเพื่อลดเวลาการสัมผัส ในกรณีการติดตั้งกลางแจ้ง ความเร็วลมไม่ควรเกินระดับ 3 ตามมาตรา Beaufort หากจำเป็นต้องมีมาตรการป้องกันรอบๆ บริเวณห้องก๊าซที่เปิด และต้องควบคุมการเกิดฝุ่นภายในพื้นที่ปลอดภัยอย่างเคร่งครัด พื้นที่ติดตั้งต้องสะอาดและเรียบร้อย

บุคลากรไม่ควรสวมเสื้อผ้าหรือถุงมือที่มีเส้นใยหลวม ผมต้องถูกปกคลุมด้วยหมวกและสวมหน้ากาก ในสภาพอากาศที่ร้อนควรมีมาตรการลดความร้อนเพื่อป้องกันเหงื่อที่อาจนำความชื้นเข้าสู่ห้องก๊าซ

2.2 การจัดการสารดูดซับในห้องก๊าซ GIS

สารดูดซับที่ใช้ใน GIS ทั่วไปคือ 4A molecular sieve ซึ่งไม่เป็นตัวนำไฟฟ้า มีค่าคงที่ไฟฟ้าต่ำ และไม่มีฝุ่น มีความสามารถในการดูดซับสูงและทนต่ออุณหภูมิสูงและการเผาไหม้อาร์ก สารดูดซับควรได้รับการอบแห้งในเตาอบสูญญากาศที่อุณหภูมิ 200–300°C เป็นเวลา 12 ชั่วโมง หลังจากอบแห้งแล้ว ควรนำออกมาและติดตั้งลงในห้องก๊าซภายใน 15 นาที ห้องก๊าซที่ติดตั้งสารดูดซับแล้วต้องเริ่มกระบวนการดูดสูญญากาศทันทีเพื่อลดเวลาการสัมผัสอากาศ

ก่อนติดตั้ง ควรชั่งน้ำหนักสารดูดซับและบันทึกไว้เพื่อใช้ในการอ้างอิงในอนาคต ถ้าน้ำหนักเพิ่มขึ้นเกิน 25% ในการตรวจสอบ แสดงว่ามีการดูดซับความชื้นมากและต้องการการฟื้นฟู สารดูดซับจากห้องดับอาร์กไม่สามารถฟื้นฟูได้

2.3 การดูดสูญญากาศห้องก๊าซ

การดูดสูญญากาศควรเริ่มทันทีหลังจากการประกอบห้องก๊าซ วาล์วตรวจสอบต้องติดตั้งในท่อเชื่อมต่อ และมีคนดูแลอย่างเฉพาะเจาะจงเพื่อป้องกันการไหลย้อนของน้ำมันปั๊มเข้าสู่ห้องก๊าซในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้อง ควรเปิดปั๊มสูญญากาศก่อนเพื่อยืนยันการทำงานที่ถูกต้องก่อนเปิดวาล์วท่อทั้งหมด เมื่อหยุด ควรปิดวาล์วก่อนแล้วจึงปิดปั๊ม

เมื่อได้แรงดันสัมบูรณ์ภายในต่ำกว่า 133 Pa ปั๊มสูญญากาศควรทำงานต่อไปอีก 30 นาที แล้วหยุดและแยกออกจากกัน แรงดันสัมบูรณ์ (PA) บันทึกหลังจากหยุด 30 นาที หลังจากนั้นอีก 5 ชั่วโมง ทำการอ่านแรงดัน (PB) อีกครั้ง ห้องก๊าซถือว่ามีการปิดผนึกที่ดีหาก PB – PA < 67 Pa สามารถบรรจุก๊าซ SF₆ ที่ผ่านมาตรฐานลงในห้องก๊าซได้หลังจากผ่านการทดสอบการปิดผนึกนี้

ในการดูดสูญญากาศ ควรหลีกเลี่ยงสภาพที่แผ่นฉนวนแบบจาน (disk-type insulator) ด้านหนึ่งอยู่ภายใต้แรงดันการใช้งานตามกำหนดขณะที่อีกด้านหนึ่งอยู่ภายใต้สภาวะสูญญากาศสูง เพราะอาจทำให้เกิดความเสียหายทางกล หากจำเป็น ควรลดแรงดันด้านที่มีแรงดันลงต่ำกว่า 50% ของค่ากำหนด

2.4 การต่อพื้นฐานของโครงสร้าง

เนื่องจากโครงสร้างภายในของ GIS ที่หนาแน่น ระยะทางไฟฟ้าระหว่างสายไฟและระหว่างสายไฟกับโครงสร้างโลหะมีขนาดเล็กมาก ในกรณีที่เกิดการแตกในระบบ กระแสไฟฟ้าที่ผิดพลาดจะไหลผ่านสายต่อพื้นฐานเข้าสู่โครงข่ายต่อพื้นฐาน นอกจากนี้ โครงสร้างของ GIS ทำจากวัสดุโลหะที่ปิดวงจร ความผิดพลาดของระบบที่ไม่สมมาตรสามารถทำให้เกิดแรงดันที่สูงบนโครงสร้างเนื่องจากแรงเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายหรือเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงาน

ดังนั้น การทำงานต่อพื้นฐานต้องมีมาตรฐานสูง แนะนำให้สถานีไฟฟ้าที่ใช้ GIS ใช้โครงข่ายต่อพื้นฐานทองแดงเพื่อลดความต้านทานต่อพื้นฐานรวมทั้งหมด การเชื่อมต่อระหว่างโครงสร้างและโครงข่ายต่อพื้นฐานต้องใช้วัสดุทองแดงทั้งหมด เนื่องจากมีแผ่นฉนวนแบบจานและยางซีลระหว่างห้องก๊าซ ต้องติดตั้งแท่งทองแดงเชื่อมโยงระหว่างโครงสร้าง ขนาดหน้าตัดของแท่งเชื่อมโยงควรตรงกับขนาดของโครงข่ายต่อพื้นฐานหลัก

GIS ใช้แผนการต่อพื้นฐานหลายจุด จำนวนและตำแหน่งของจุดต่อพื้นฐานควรปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิตและแบบแปลน

2.5 การทดสอบความต้านทานวงจรหลัก

การทดสอบความต้านทานวงจรหลักเป็นสิ่งสำคัญในการติดตั้ง GIS ไม่เพียงแต่ยืนยันความสมบูรณ์ของการเชื่อมต่อระหว่างโมดูลเท่านั้น แต่ยังยืนยันลำดับเฟสที่ถูกต้องของสายเมน สำหรับสวิตช์เกียร์ที่ปิดสนิท การจัดลำดับเฟสที่ถูกต้องและการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้เป็นสิ่งสำคัญมาก ในทางปฏิบัติ มีการแก้ไขเนื่องจากการจัดลำดับเฟสที่ผิดหรือการเชื่อมต่อสายที่ไม่เหมาะสม

ผู้ผลิตมักจะให้ค่าความต้านทานการติดต่อมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อภายใน ควรทดสอบความต้านทานวงจรทีละส่วนในการประกอบ เพื่อตรวจพบและแก้ไขการติดต่อที่ไม่ดีในระยะแรก ค่าความต้านทานที่วัดได้ในแต่ละส่วนไม่ควรเกินผลรวมของค่าที่ผู้ผลิตระบุสำหรับการเชื่อมต่อทั้งหมดในส่วนนั้น

หลังจากประกอบเสร็จสมบูรณ์ ควรทำการทดสอบความต้านทานวงจรทั้งหมด และผลลัพธ์ไม่ควรเกินค่าที่คำนวณได้ทางทฤษฎี

หมายเหตุพิเศษ: การทดสอบความต้านทานวงจรห้ามทำในห้องก๊าซที่กำลังถูกดูดสูญญากาศ ภายใต้ความดันต่ำกว่าบรรยากาศ ความต้านทานไฟฟ้าภายในห้องก๊าซต่ำมาก แม้แรงดันเพียงไม่กี่สิบโวลต์ก็สามารถทำให้เกิดการปล่อยประจุบนแผ่นฉนวนแบบจาน ทำให้เกิดรอยปล่อยประจุที่กลายเป็นจุดอ่อนในการฉนวนและเป็นแหล่งของความผิดพลาดในระหว่างการใช้งาน ดังนั้น ต้องทำการตรวจสอบอย่างละเอียดก่อนการวัดความต้านทานเพื่อหลีกเลี่ยงการทดสอบในห้องก๊าซที่ถูกดูดสูญญากาศ

2.6 การทดสอบทนแรงดัน

คุณสมบัติการฉนวนที่ดีของแก๊ส SF₆ ทำให้ GIS สามารถออกแบบให้มีขนาดกะทัดรัด GIS ใช้โครงสร้างอลูมิเนียมผสมที่ต่อพื้นฐาน และภายใต้แรงดันการใช้งาน ช่องว่างระหว่างสายไฟภายในหรือระหว่างสายไฟกับโครงสร้างที่ต่อพื้นฐานมีขนาดเล็กมาก เนื่องจากการประกอบล่วงหน้าในโรงงานสูง ส่วนประกอบสำคัญถูกส่งออกไปพร้อมกับการติดตั้งล่วงหน้า แต่การเคลื่อนที่ของส่วนประกอบระหว่างการขนส่งหรือการนำสิ่งเจือปนเล็กๆ น้อยๆ เข้ามาในระหว่างการติดตั้งหน้างานอาจทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าภายในผิดเพี้ยน ต่างจากอุปกรณ์ที่ใช้ฉนวนเซรามิก แม้แต่ขอบคมหรืออนุภาคเล็กๆ ในวงจร GIS ก็สามารถทำให้เกิดการปล่อยประจุหรือการแตกได้

ดังนั้น การทดสอบทนแรงดันหน้างานเป็นการป้องกันสุดท้ายเพื่อยืนยันประสิทธิภาพและคุณภาพการติดตั้งของ GIS

ตามข้อกำหนดการทดสอบการยอมรับ แรงดันทดสอบหน้างานคือ 80% ของแรงดันทดสอบในโรงงาน ตัวอย่างเช่น สำหรับ GIS 110 kV แรงดันทดสอบทนของวงจรหลักคือ 80% ของแรงดันทดสอบในโรงงาน: 230 kV × 80% = 184 kV นำมาใช้เป็นเวลา 1 นาที การทดสอบควรดำเนินการอย่างน้อย 24 ชั่วโมงหลังจากการเติมก๊าซครบ ตัวป้องกันไฟฟ้าฟ้าและตัวแปลงแรงดันไม่ควรรวมอยู่ในการทดสอบ สายส่งไฟฟ้าแรงสูงควรทดสอบร่วมกับ GIS หลังจากเชื่อมต่อ ควรวัดความต้านทานฉนวนและยืนยันว่าอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ก่อนการทดสอบ

ขั้นตอนการทดสอบ: เพิ่มแรงดันที่อัตรา 3 kV/s ถึงแรงดันการใช้งานตามกำหนด (63.5 kV) รักษาไว้ 1–3 นาทีเพื่อดูสภาพของอุปกรณ์ แล้วเพิ่มขึ้นเป็น 184 kV และรักษาไว้ 1 นาที ทำซ้ำขั้นตอนนี้สำหรับแต่ละเฟส

GIS ที่ผ่านการทดสอบทนแรงดันสามารถนำไปใช้งานได้ แต่การทดสอบนี้ไม่สามารถตรวจพบข้อบกพร่องทั้งหมดได้ ในระหว่างการใช้งาน GIS ต้องทนต่อแรงดันไฟฟ้าความถี่พลังงาน แรงดันไฟฟ้าฟ้า และแรงดันไฟฟ้าจากการเปลี่ยนแปลง ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้ SF₆ แตกต่างกันตามประเภทของแรงดัน สำหรับระบบอิเล็กโทรดทรงกระบอกโคแอ็กซิล แรงดันที่ทำให้แตก 50% ของ SF₆ สามารถแสดงเป็น:

U₅₀ = (AP + B)μd

ที่:
P — แรงดันห้องก๊าซ
d — ระยะทางไฟฟ้า (มม.)
μ — ปัจจัยการใช้งานสนามไฟฟ้า
A, B — ค่าคงที่ที่ขึ้นอยู่กับรูปแบบแรงดัน

ดังนั้น แรงดันที่ทำให้แตกต่างกันตามประเภทและขั้วของแรงดัน ข้อบกพร่องภายในต่างๆ มีความไวต่อรูปแบบแรงดันต่างๆ แตกต่างกัน แรงดันไฟฟ้าความถี่พลังงานมีความไวต่อการแตกของฉนวนที่เกิดจากความชื้น สิ่งเจือปน หรืออนุภาคโลหะใน SF₆ แต่ไม่ไวต่อรอยขีดข่วนหรือสภาพผิวของสายไฟที่ไม่ดี

ดังนั้น การทดสอบทนแรงดันความถี่พลังงานไม่สามารถตรวจพบข้อบกพร่องภายในทั้งหมด การควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวดในการติดตั้งและการปรับปรุงคุณภาพการติดตั้งโดยรวมยังคงเป็นมาตรการที่สำคัญที่สุดเพื่อให้ GIS สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย

3. สรุป

บทความนี้วิเคราะห์จุดควบคุมกระบวนการและคุณภาพที่สำคัญในการติดตั้งและทดสอบหน้างานของอุปกรณ์ GIS แสดงให้เห็นว่าการทดสอบทนแรงดันหน้างานสามารถสะท้อนคุณภาพและงานติดตั้งของ GIS ได้เพียงบางส่วน สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ การควบคุมอย่างเข้มงวดทุกกระบวนการติดตั้ง ให้ปฏิบัติตามขั้นตอนและคำแนะนำอย่างครบถ้วน เพื่อให้ GIS สามารถใช้งานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ตั้งแต่เริ่มต้น

หวังว่าสรุปนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับเพื่อนร่วมงานในวงการการก่อสร้างระบบไฟฟ้า