Топ-5 критичних процесуальних контролів для встановлення та введення в експлуатацію ГІС

Ця стаття коротко описує переваги та технічні характеристики обладнання GIS (газозаповненого комутаційного пристрою) та детально розглядає кілька ключових точок контролю якості та заходів з контролю процесу під час монтажу на місці. Підкреслюється, що випробування на стійкість до напруги на місці можуть лише частково відображати загальну якість та якість монтажу обладнання GIS. Лише посилення всебічного контролю якості протягом всього процесу монтажу, особливо у ключових аспектах, таких як середовище монтажу, обробка адсорбентів, обробка газових камер та випробування опору контуру, може гарантувати безпечне та гладке введення в експлуатацію обладнання GIS.

З розвитком систем електропостачання висунуто більш високі вимоги до механічних та електричних характеристик основного обладнання підстанцій. В результаті все ширшому застосуванню підлягають більш сучасні електричні пристрої на підстанціях. Серед них, Газозаповнений Металевий Об’ємний Комутаційний Пристрій (GIS) отримує все ширші застосування завдяки своїм численним перевагам. Тому монтаж та введення в експлуатацію GIS стало центральним аспектом будівництва підстанцій.

1. Технічні характеристики обладнання GIS

• Компактна конструкція з малим просторовим використанням

• Висока надійність роботи та відмінні безпекові характеристики

• Виключення негативних зовнішніх впливів

• Короткий термін монтажу

• Легке обслуговування та довгі інтервали між перевірками

2. Ключові точки контролю процесу та заходи з контролю при монтажі GIS

Завдяки високій інтеграції та компактному дизайну обладнання GIS, будь-які помилки під час монтажу на місці можуть залишити приховані ризики, що можуть призвести до виходу з ладу обладнання або навіть аварій на мережі. На основі досвіду багатьох монтажів GIS підстанцій, необхідно строго контролювати наступні ключові аспекти під час монтажу та введення в експлуатацію.

2.1 Контроль середовища монтажу

Газ SF₆ високо чутливий до вологи та забруднень, тому середовище монтажу на місці повинно бути строго контроловане. Оскільки під час монтажу необхідно відкривати газові камери, робота повинна проводитися в суху, ясну погоду з вологостю оточуючого середовища нижче 80%. Одразу після відкриття камери повинна починатися вакуумна обробка, щоб мінімізувати час викладення. Для зовнішнього монтажу швидкість вітру не повинна перевищувати 3 бали за шкалою Бофорта. Якщо це необхідно, навколо відкритої області камери слід впровадити місцеві захисні заходи, а утворення пилу в безпечній зоні повинно бути строго контроловане. Область монтажу повинна бути чистою та впорядкованою.

Персонал не повинен носити одяг з вільноволокнистими матеріалами або рукавичками. Волосся повинно бути повністю покрите капелюшком, а також повинні бути надіяні маски. У високих температурних умовах слід приймати заходи для охолодження, щоб запобігти внесення вологи через пот.

2.2 Обробка адсорбенту в газових камерах GIS

Адсорбент, використовуваний в GIS, зазвичай є 4A молекулярним ситом, яке є некондуктивним, має низьку диелектричну сталу та відсутність пилу. Він має сильну адсорбційну здатність та може витримувати високі температури та вплив дуги. Адсорбент повинен бути просушений в вакуумній сушильній печі при температурі 200–300°C протягом 12 годин. Негайно після сушіння його треба видалити та встановити в камеру протягом 15 хвилин. Камера з встановленим адсорбентом повинна почати вакуумну обробку, щоб мінімізувати викладення повітря.

Перед встановленням адсорбент повинен бути зважений та записаний для подальшого використання під час обслуговування. Якщо маса збільшується більше ніж на 25% під час перевірки, це свідчить про значну абсорбцію вологи та потребу в регенерації. Адсорбент з камер гашення дуги не може бути регенерований.

2.3 Вакуумна обробка газових камер

Вакуумна обробка повинна починатися негайно після зборки камери. У з'єднуючому трубопроводі повинен бути встановлений клапан, а спеціалізована людина повинна контролювати процес, щоб запобігти поверненню насосного масла в камеру у разі відключення живлення. Спочатку повинен бути запущений вакуумний насос, щоб перевірити правильну роботу, перед відкриттям всіх клапанів трубопроводу. Коли зупиняєте, спочатку закрийте клапани, а потім вимкніть насос.

Після досягнення внутрішнього абсолютного тиску нижче 133 Па, вакуумний насос повинен продовжувати працювати ще 30 хвилин, а потім зупинитися та бути ізольованим. Абсолютний тиск (PA) записується після 30 хвилин перебування в стані спокою. Після ще 5-годинного перебування в стані спокою, тиск (PB) знову зчитується. Камера вважається добре герметизованою, якщо PB – PA < 67 Па. Лише після успішного проходження цього тесту на герметичність можна заправляти камеру кваліфікованим газом SF₆.

Під час вакуумної обробки слід уникати тривалого стану, коли одна сторона дискового ізолятора знаходиться під номінальним робочим тиском, а інша — під високим вакуумом, оскільки це може призвести до механічних пошкоджень. Якщо це необхідно, зменшіть тиск на стороні, яка під тиском, нижче 50% номінального значення.

2.4 Заземлення корпусу

Завдяки густій внутрішній розташуванні GIS, електрична відстань між провідниками та між провідниками та металевим корпусом дуже мала. У разі внутрішнього зламу великі токи збудження пройдуть через заземлюючі провідники в заземлюючу сітку. Крім того, оскільки корпус GIS виготовлений з замкнутого металевого матеріалу, асиметричні системні злами можуть викликати значні напруги на корпусі через магнітну індукцію, що може пошкодити обладнання або загрожувати особам.

Тому робота з заземленням повинна відповідати високим стандартам. Рекомендується використовувати медні заземлюючі сітки на підстанціях, які використовують GIS, щоб мінімізувати загальний опір заземлення. Усі з'єднання між корпусом та заземлюючою сіткою також повинні використовувати медні матеріали. Через наявність дискового ізолятора та резинових уплотнень між газовими камерами, медні з'єднуючі рейки повинні бути встановлені між корпусами. Площа перерізу цих з'єднуючих рейок повинна відповідати площі перерізу головної заземлюючої сітки.

GIS використовує багатоточкову схему заземлення. Кількість та розташування точок заземлення повинні відповідати виробничим та проектним специфікаціям.

2.5 Випробування опору головного контуру

Випробування опору головного контуру є важливим елементом монтажу GIS. Воно не тільки перевіряє цілісність контактних з'єднань між модулями, але й підтверджує правильну фазування головної шини. Для повністю закритого комутаційного пристрою правильне фазування та надійні з'єднання є особливо критичними. На практиці відбувається передроботка через неправильне фазування або неправильні з'єднання провідників.

Виробники зазвичай надають стандартні значення опору контакту для внутрішніх з'єднань. Опору контуру слід випробовувати послідовно під час зборки, щоб вчасно виявити та виправити погані контакти. Виміряний опір кожного розділу не повинен перевищувати суми вказаних виробником значень для всіх з'єднань в цьому розділі.

Після повної зборки повинно бути проведено повне випробування опору контуру, і результат не повинен перевищувати теоретично розраховане значення.

Особлива зауваження: Випробування опору контуру не може проводитися на камерах, які піддаються вакуумній обробці. При підатмосферному тиску диелектрична стійкість всередині камери дуже низька. Навіть кілька десятків вольт можуть призвести до поверхневого розряду на дисковому ізоляторі, залишаючи сліди розряду, які стають слабкими точками ізоляції та потенційними джерелами вад під час роботи. Тому перед будь-яким вимірюванням опору слід проводити обережні перевірки, щоб уникнути випробування на евакуованих камерах.

2.6 Випробування на стійкість до напруги

Відмінні диелектричні властивості газу SF₆ дозволяють GIS досягати компактного дизайну. GIS використовує заземлені алюмінієві сплави, і при робочому тиску зазор між внутрішніми провідниками або між провідниками та заземленим корпусом дуже малий. Завдяки високій заводській попередньої зборки, ключові компоненти відправляються з вже встановленими. Проте, переміщення компонентів під час транспортування або введення малих забруднень під час монтажу на місці може спотворити внутрішнє розподілення електричного поля. На відміну від порцеляново-ізоляційного обладнання, навіть мізерні занози або частинки в GIS можуть призвести до аномального розряду або зламу.

Тому випробування на стійкість до напруги на місці служить останнім захистом для перевірки продуктивності та якості монтажу GIS.

Згідно з регламентом приймальних випробувань, напруга випробування на місці становить 80% від напруги випробування на заводі. Наприклад, для GIS 110 кВ, напруга випробування на стійкість до напруги головного контуру становить 80% від напруги випробування на заводі: 230 кВ × 80% = 184 кВ, прикладена на 1 хвилину. Випробування повинно проводитися не раніше, ніж через 24 години після повного заповнення газом. Захисні пристрої від грозових перенапруг та перетворювачі напруги не повинні бути включеними в випробування. Високовольтні вихідні кабелі повинні бути випробовані разом після з'єднання з GIS. Перед випробуванням слід виміряти опір ізоляції та підтвердити його задовільний рівень.

Процедура випробування: Збільшуйте напругу зі швидкістю 3 кВ/с до номінальної робочої напруги (63,5 кВ), утримуйте 1-3 хвилини, щоб спостерігати стан обладнання, а потім підвищуйте до 184 кВ та утримуйте 1 хвилину. Повторіть цю процедуру для кожного фази.

GIS, який пройшов випробування на стійкість до напруги, може бути введений в експлуатацію. Проте, це випробування не може виявити всі потенційні вади. В експлуатації GIS повинен витримувати не тільки напругу промислової частоти, але й грозові та комутаційні перенапруги. Поле розпаду газу SF₆ змінюється залежно від типу напруги. Для коаксіальної циліндричної системи електродів, 50% напруги розпаду SF₆ можна емпірично виразити як:

U₅₀ = (AP + B)μd

Де:
P — тиск в камері
d — електрична відстань (мм)
μ — фактор використання електричного поля
A, B — константи, що залежать від форми напруги

Отже, напруга розпаду змінюється залежно від типу напруги та полярності. Різні внутрішні вади мають різну чутливість до різних форм напруги. Напруга промислової частоти чутлива до зламу ізоляції, спричиненого вологою, забрудненнями або металевими частинками в SF₆, але менш чутлива до поверхневих царапин або поганого стану поверхні провідника.

Тому випробування на стійкість до напруги промислової частоти не може виявити всі внутрішні вади. Посилення контролю процесів під час монтажу та покращення загальної якості монтажу залишаються найважливішими заходами для забезпечення безпечного функціонування GIS.

3. Висновок

Ця стаття аналізує ключові точки контролю процесу та якості під час монтажу та введення в експлуатацію обладнання GIS. Вона демонструє, що випробування на стійкість до напруги на місці може лише частково відображати загальну якість та якість монтажу GIS. Більш важливо, вона підкреслює, що лише через строгий контроль кожного процесу монтажу, забезпечуючи повне дотримання процедур та інструкцій, можна безпечно та надійно ввести в експлуатацію обладнання GIS з самого початку.

Сподівається, що цей підсумок може бути корисним посібником для колег у сфері будівництва електроенергетики.