Navorsing oor die Installasietegnologie van GIS-toerusting in die Konstruksie van 'n 110 kV-transformasiepost

Gasgeïsoleerde schakeltoestellen (GIS) bestaan uit stroomonderbrekers, afkopplers, aardingsschakelaars, stroomsensoren, spanningssensoren, overvoltagebeveiligingen, busbalken, verbindingen en uitgangsterminals. Met hogere betrouwbaarheid, veiligheid en relatief kleine ruimte-inname, wordt het wijdverspreid gebruikt in de ontwerp- en bouw van hoogspanningsonderstations. In stedelijke en dichtbevolkte gebieden is GIS de voorkeur omdat het een compacte structuur en uitstekende isolatie-eigenschappen heeft.

Echter, 110 kV-klasse onderstations staan voor veel uitdagingen bij de installatie van GIS-apparatuur. Dit omvat nauwkeurige positiebepaling van apparatuur, complexe elektrische verbindingen, en systeemopstart en -testen. Bovendien moet de ingenieursontwerp van onderstations ook rekening houden met de ruimte voor bedrijf en onderhoud van de apparatuur, waarbij gewaarborgd wordt dat alle elektrische componenten betrouwbaar kunnen werken en in de toekomst gemakkelijk kunnen worden geüpgraded of onderhouden.

Installatievereisten voor GIS-apparatuur in 110 kV onderstations

De kernvoordelen van IEC 62271-203 gecertificeerde GIS-apparatuur liggen in de compacte ontwerp en uitstekende elektrische prestaties, waardoor het in staat is om hoogspanningsstroom binnen een beperkte ruimte te transporteren en te verdelen. Daarom moet bij de installatie in 110 kV onderstations zorgvuldig rekening worden gehouden met de configuratie van de apparatuur, de ruimtelijke indeling en de compatibiliteit met bestaande systemen.

Ten eerste moeten de afmetingen van de vooraf bepaalde installatieplaats worden gemeten voordat de installatie plaatsvindt, en moet ervoor gezorgd worden dat deze locatie voldoet aan de milieuvereisten voor de werking van de apparatuur, zoals temperatuur, luchtvochtigheid en seismische prestaties. Deze stap is cruciaal, omdat de prestaties van IEC 62271-203 gecertificeerde GIS-apparatuur aanzienlijk worden beïnvloed door de installatieomgeving.

Ten tweede moet er een zorgvuldig plan worden opgesteld voor de elektrische installatieschema om ervoor te zorgen dat alle elektrische verbindingen strikt volgens de specificaties van de fabrikant worden uitgevoerd en voldoen aan de veiligheidsnormen van de State Grid. Dit omvat het ontwerp en de indeling van het aardingsysteem, kabelroutes en beschermingssystemen voor IEC 62271-203 gecertificeerde GIS-apparatuur. Elk aspect moet nauwkeurig worden uitgevoerd om potentiële veiligheidsrisico's te voorkomen.

GIS-apparatuurinstallatietechnologie
Apparatuurtransport en -voorbereiding

Tijdens het transport vereist GIS-apparatuur, bestaande uit zware metalen behuizingen (typisch enkele tonnen) en gevoelige elektrische componenten, trillingcontrole binnen 3-60 Hz en versnelling ≤0,3g (zwaartekrachtversnelling). Transportprotocollen moeten voldoen aan elektrische uitrustingnormen om schokken voor gevoelige componenten te minimaliseren en de faalfrequentie voor de installatie te verlagen.

Verpakkingen moeten trillingsbestendig en waterdicht zijn. Bijvoorbeeld, hoofdschakelaars moeten volledig worden ingepakt in ≥10 cm dik schuim en versterkt met harde PVC-hulzen, volgens de specificaties van de fabrikant. Desiccanten moeten de interne luchtvochtigheid ≤40% handhaven om vochtinbreng te voorkomen.

Opslagcondities vereisen temperatuurcontrole tussen -10°C en 40°C met een relatieve luchtvochtigheid ≤70% om metaal en isolatiematerialen te beschermen. Opslagruimten moeten beschermd zijn tegen elektromagnetische storing, stof en corrosieve middelen. Aangezien de gewichten van GIS-apparatuur vaak meer dan 25 ton bedragen, moet hefapparatuur een capaciteit hebben van ≥30 ton met stabiliteit die voldoet aan de bouwvereisten. Handlesnelheden mogen niet boven de 2 m/min uitkomen om schade door impact te voorkomen.

Voortesten ter plaatse zijn cruciaal, inclusief isolatieweerstand, aardingweerstand en fasecontroles. Alle resultaten moeten voldoen aan normen om te garanderen dat de prestaties van de apparatuur voldoen aan de ontwerpspecificaties. Technische vereisten voor transport en voorbereiding staan gedetailleerd in Tabel 1. Bovendien is de prijs van 145 kV-schakelaars een belangrijk factor in de aankoop en de algemene projectkostenanalyse.

Apparatuurhantering en -positiebepaling
Bij het verplaatsen van GIS-apparatuur is de ontwerpbelasting van algemeen hefapparatuur meestal meer dan 25% hoger dan het eigen gewicht van de apparatuur om een veiligheidsmarge tijdens het verplaatsproces te waarborgen. Bijvoorbeeld, als het gewicht van de GIS-module 20 ton is, dan moet de gebruikte kraan een hijsvermogen van minimaal 25 ton hebben. Tegelijkertijd moet de stabiliteit van de kraan worden geëvalueerd om te voorkomen dat deze omvalt door belastingsverschuiving tijdens de operatie. Tijdens het daadwerkelijke transport van GIS-apparatuur mag de transportsnelheid niet boven de 2 m/min uitkomen. Dit kan de trilling en potentiële schade aan de apparatuur veroorzaakt door te hoge snelheid verminderen. Voor elke verplaatsing is het nodig om te controleren of er voldoende ruimte en stabiele ondersteuningsoppervlakken zijn op het pad om te voorkomen dat de apparatuur kantelt of valt door beweging op oneffen terrein. Tijdens het positiebepalingsproces is nauwkeurigheid een cruciale factor. De positieafwijking bij het installeren van GIS-apparatuur moet binnen ± 5 mm worden gecontroleerd om de juiste verbinding van de apparatuurinterfaces en de integriteit van het systeem te waarborgen. Deze precisie wordt meestal bereikt met behulp van hoogprecisie laserafstandsmeeters en elektronische niveaus voor positiebepaling. De voorbereidende werkzaamheden op het installatiepunt omvatten de meting van de vlakheid van de grond, met een standaard van maximaal 3 mm hoogteverschil per vierkante meter. Het milieuvereiste voor het installeren van GIS-apparatuur is dat het aantal deeltjes met een diameter groter dan 0,5 µm in de lucht van het installatiegebied niet mag overschrijden 352.000 per kubieke meter. Daarom wordt er meestal een tijdelijke schoonruimtemilieu ingesteld op de installatieplaats, en worden high-efficiency particulate air (HEPA)-filters gebruikt om de luchtkwaliteit te handhaven en stof en deeltjes te voorkomen die de apparatuur tijdens het installatieproces kunnen binnendringen. De technische vereisten voor apparatuurhantering en -positiebepaling staan weergegeven in Tabel 2.

Componentassemblage

De verbindingen van componenten moeten een uiterst hoge dichtheid hebben om gaslekken te voorkomen. Voor GIS-apparatuur mag het jaarlijkse lekpercentage van SF₆-gas niet boven de 0,5% uitkomen. Deze indicator is direct gerelateerd aan de isolatiesterkte en de boogweerstand van de apparatuur. Om aan dit vereiste te voldoen, moet het materiaal van de dichtingsringen dat in het assemblageproces wordt gebruikt, uitstekende temperatuurbestendige en drukbestendige eigenschappen hebben. Bovendien moet de compressie-instelling van de dichtingsring 35%-50% zijn om de langdurige dichtheid te waarborgen.

Tijdens de specifieke operatie van componentassemblage moeten alle verbindingpunten met een momentwrench worden vastgezet volgens het moment dat door de fabrikant is gespecificeerd. Bijvoorbeeld, voor de verbindingsschroeven die voornamelijk stroom dragen, moet het moment 100-120 N·m zijn om de stabiliteit en betrouwbaarheid van de elektrische verbinding te waarborgen.

Elektrische verbindingen

De primaire taak van elektrische verbindingen is om te zorgen dat alle geleidende componenten en verbindingpunten voldoende elektrische geleidbaarheid en mechanische stabiliteit vertonen. Tijdens het verbindingproces moet het moment op alle elektrische verbindingpunten voldoen aan de door de fabrikant gespecificeerde eisen om stevige en langdurig stabiele verbindingen te garanderen. Alle bouten en contactoppervlakken moeten passend worden gereinigd en voorbehandeld, wat meestal inhoudt dat oxidelagen worden verwijderd en geleidende smeermiddelen worden aangebracht om de contactweerstand te verlagen.

Het meten van de contactweerstand is een cruciale stap in de kwaliteitscontrole van elektrische verbindingen. De contactweerstand op verbindingpunten mag het micro-ohm niveau niet overschrijden, met specifieke waarden die afhankelijk zijn van het type en formaat van de verbinding [5]. Om aan deze norm te voldoen, moet elk verbindingpunt worden getest met een precisieresistancemeter om te zorgen dat alle verbindingen binnen het gespecificeerde weerstandsbereik vallen.

In hoogspanningsomgevingen is elektrische isolatie ook een cruciaal aspect van elektrische verbindingen. Elk verbindingpunt en elk isolatiecomponent moeten minstens 1,5 keer de normale werkspanning kunnen weerstaan. Voor 110 kV GIS-apparatuur betekent dit minimaal 165 kV. Waterdichte en vochtbestendige behandelingen voor alle elektrische verbindingen zijn essentieel, vooral voor onderstationfaciliteiten die in buitenlucht of vochtige omgevingen werken. Verbindingen en terminalapparatuur moeten verzegeltechnologieën gebruiken die voldoen aan IP65 of hogere beschermingsklassen om vocht en vervuiling te voorkomen die het elektrische systeem kunnen binnendringen. Belangrijke technische vereisten voor elektrische verbindingen staan weergegeven in Tabel 3.

Opstarttests

Opstarttests beginnen meestal met eenheidsniveau-tests en gaan geleidelijk over naar algehele systeemtests. Bij isolatieweerstandstests is het doel om te zorgen dat alle elektrische isolatiematerialen in goede conditie blijven en vrij zijn van mogelijke schade die tijdens het installatieproces is opgelopen. Om de isolatiesterkte van GIS-apparatuur te beoordelen, zijn spanninghoudbaarheidstests noodzakelijk. Voor 110 kV GIS-apparatuur is de AC-testspanning die in de spanninghoudbaarheidstest wordt toegepast ten minste 230 kV, met een duur van 1 minuut, om de systeemprestaties onder hoogspanningsomstandigheden te evalueren.

Gedeeltelijke ontlading (PD) tests zijn van bijzonder belang voor het evalueren van de veiligheid van GIS-apparatuur. Gedeeltelijke ontlading is een vroege indicatie van degradatie van isolatiematerialen. Daarom is het monitoren en reguleren van PD-activiteit cruciaal om apparatuurfalen te voorkomen. De hoeveelheid ontlading die tijdens de test wordt geregistreerd, mag de 5 pC niet overschrijden. PD-tests worden uitgevoerd met akoestische emissiedetectieapparatuur op specifieke frequenties om ervoor te zorgen dat alle gedetecteerde ontladingsactiviteiten correct worden geïdentificeerd en geëvalueerd.

Mechanische operationele tests van stroomonderbrekers maken ook deel uit van de opstarttests. Dit omvat meerdere opeenvolgende openen en sluiten van de stroomonderbrekers. Meestal zijn minstens 50 mechanische operaties zonder fout vereist om de operationele betrouwbaarheid te verifiëren. De tijd voor elke operatie wordt geregistreerd en vergeleken met de standaardoperatietijd die door de fabrikant wordt verstrekt, die meestal tussen 30-50 ms ligt. Synchronisatietests van het systeem zijn ook onmisbaar. Deze test wordt gebruikt om de synchrone prestaties van componenten zoals stroomonderbrekers en afkopplers tijdens de werkelijke operaties te verifiëren. De synchronisatiefout moet binnen ±10 ms worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat alle operaties soepel worden voltooid binnen het tijdvenster dat door het elektriciteitsnetwerk wordt vereist.

Tot slot worden algehele systeemfunctietests uitgevoerd, inclusief inspectie van bescherming- en controle-systemen. Deze stap zorgt ervoor dat alle beschermrelais, controlemodules en communicatieapparatuur correct kunnen reageren op vooraf ingestelde storingen en bedrijfsomstandigheden. Tijdens de test worden verschillende storingsscenario's gesimuleerd om de reactietijd en actieaccuratesse van het systeem te verifiëren. De reactietijd voor alle acties is meestal vereist om binnen 100 ms te liggen.

Conclusie

De toepassing van GIS-apparatuur in 110 kV onderstations optimaliseert niet alleen het bestaande installatieproces en verhoogt de algehele systeemprestaties, maar biedt ook sterke ondersteuning voor technologische vooruitgang in de elektriciteitsindustrie. Door de installatietechnieken van GIS-apparatuur te onderzoeken, kunnen waardevolle referentiemateriaal worden geleverd voor ontwerpers. Dit stelt hen in staat om wetenschappelijker en effectievere beslissingen te nemen wanneer ze geconfronteerd worden met complexe ingenieursuitdagingen, waardoor de succesratio van onderstationprojecten wordt verbeterd.