Изследване на технологията за монтаж на GIS оборудване при строителството на подстанция от 110 кВ
Изолираното с газ електроуредство (GIS) се състои от автоматични прекъсвачи, разединители, заземящи ключове, токови трансформатори, напреженчески трансформатори, ограничители на перенапрежение, шинопроводи, свързващи елементи и изходни терминали. С по-висока надеждност, безопасност и относително малко занимаемо пространство, то е широко използвано в проектирането и строителството на високо-напрегнати подстанции. В градски и плътно населени области GIS е предпочитан избор поради компактната си структура и отличните изолационни характеристики.
Въпреки това, 110 кV-класните подстанции срещат много предизвикателства при инсталирането на GIS оборудване. Тези включват точното позициониране на оборудването, сложни електрически връзки, както и изпитване и пускане в експлоатация на системата. Освен това, проектното решение на подстанциите трябва да вземе предвид и пространството за експлоатация и поддръжка на оборудването, гарантирайки, че всички електрически компоненти работят надеждно и могат лесно да бъдат обновявани или поддържани в бъдеще.
Изисквания за инсталиране на GIS оборудване в 110 кV подстанции
Основните предимства на сертифицираното според IEC 62271-203 GIS оборудване са в компактния му дизайн и отличните електрически характеристики, които позволяват пренос и разпределение на високо-напрегнат ток в ограничен пространствен обем. Затова при инсталирането в 110 кV подстанции трябва точно да се вземат предвид конфигурацията на оборудването, пространствената разположеност и съвместимостта със съществуващите системи.
Първо, преди инсталирането, размерите на предварително определеното място за инсталиране трябва да бъдат измерени, и трябва да се гарантира, че това място може да удовлетвори околните условия за експлоатация на оборудването, като температура, влажност и сейсмична устойчивост. Този етап е критичен, тъй като производителността на сертифицираното според IEC 62271-203 GIS оборудване значително зависи от околните условия при инсталирането.
Второ, трябва да се изготви внимателен план за електрическата инсталация, за да се осигури, че всички електрически връзки се извършват в строго съответствие с указанията на производителя и са в съответствие с безопасностните стандарти на държавната мрежа. Това включва проектирането и разположението на система за заземяване, маршрути за кабели и защитни системи за сертифицираното според IEC 62271-203 GIS оборудване. Всяка част трябва да бъде точно изпълнена, за да се избегнат всякакви потенциални рискове за безопасност.
Технология за инсталиране на GIS оборудване
Транспортиране и подготовка на оборудването
По време на транспортиране, GIS оборудването – състоящо се от тежки метални обвивки (обикновено няколко тона) и чувствителни електрически компоненти – изисква контрол на вибрациите в диапазона 3–60 Hz и ускорение ≤0.3g (гравитационно ускорение). Протоколите за транспортиране трябва да съответстват на стандартите за електрическо оборудване, за да се минимизират ударите върху чувствителните компоненти и да се намалят вероятностите за неуспех преди инсталирането.
Опаковането трябва да използва материал, устойчив на вибрации и водонепроницаем. Например, главните ключове трябва да бъдат напълно обвити с ≥10 см дебела пяна и усилени с жестки PVC обвивки, в съответствие с указанията на производителя. Влагопоглъщащи вещества трябва да поддържат влажността във вътрешността ≤40%, за да се предотврати проникването на влага.
Условията за съхранение изискват контрол на температурата между -10°C и 40°C с относителна влажност ≤70%, за да се защитят металните и изолационните материали. Местата за съхранение трябва да бъдат защитени от електромагнитно въздействие, прах и коррозиращи вещества. Учитывайки, че теглото на GIS оборудването често надвишава 25 тона, повдигащите устройства трябва да имат капацитет ≥30 тона, с устойчивост, отговаряща на изискванията за строителството. Скоростта на обработване не трябва да надвишава 2 м/мин, за да се избегне повреда от удар.
Предиинсталационните тестове на местоположението са критични, включително измерване на изолационното съпротивление, заземителното съпротивление и фазови проверки. Всички резултати трябва да съответстват на стандарти, за да се гарантира, че производителността на оборудването отговаря на проектните спецификации. Техническите изисквания за транспортиране и подготовка са детайлно описани в таблица 1. Допълнително, цената на 145 кV прекъсвач е ключов фактор в закупуването и оценката на общата стоимость на проекта.
Обработка и позициониране на оборудването
Когато се премества GIS оборудване, конструктивната нагрузка на общите повдигащи устройства обикновено е с поне 25% по-висока от собственото тегло на оборудването, за да се осигури запас за безопасност по време на преместването. Например, когато теглото на GIS модула е 20 тона, то кранът, който се използва, трябва да има капацитет за повдигане от поне 25 тона. Едновременно с това, стабилността на крана трябва да бъде оценена, за да се предотврати опрокачването му поради отклонение на товара по време на работа. По време на реалното транспортиране на GIS оборудване, скоростта на транспортиране не трябва да надвишава 2 м/мин. Това намалява вибрациите и потенциалните повреди на оборудването, причинени от прекомерна скорост. Преди всяко преместване, е необходимо да се провери дали има достатъчно пространство и стабилна опорна повърхност по пътя, за да се избегне наклоняване или падане на оборудването поради работа върху неравна повърхност. В процеса на позициониране, точността е критичен фактор. Отклонението при инсталирането на GIS оборудване трябва да бъде контролирано в рамките на ± 5 мм, за да се гарантира правилната връзка на интерфейсите на оборудването и целостта на системата. Постигането на тази прецизност обикновено се осъществява с помощта на високопрецизни лазерни мерачи и електронни нивели за позициониране. Подготовката на инсталирачната точка включва измерване на равнинността на земната повърхност, с стандарт до 3 мм височина на разлика за квадратен метър. Околността за инсталиране на GIS оборудване изисква, че броят на частици с диаметър по-голям от 0.5 μm във въздуха на областта за инсталиране не трябва да надвишава 352,000 на кубически метър. За тази цел, обикновено се създава временна чиста среда на мястото за инсталиране, и се използват високоэффективни филтри за частици (HEPA), за да се поддържа качеството на въздуха и да се предотврати проникването на прах и частици в оборудването по време на инсталирането. Техническите изисквания за обработка и позициониране на оборудването са показани в таблица 2.
Събиране на компоненти
Съединенията на компонентите трябва да имат изключително висока герметичност, за да се предотврати утечка на газ. За GIS оборудване годишната норма за утечка на SF₆ газ не трябва да надвишава 0.5%. Този показател е директно свързан с изолационната сила и способността на оборудването да устоява на дъга. За да се удовлетвори това изискване, материалът на герметизиращата прокладка, използван в процеса на събиране, трябва да има отлични свойства на устойчивост към температура и налягане. Освен това, степента на компресия на прокладката трябва да бъде 35% - 50%, за да се гарантира дългосрочната герметичност.
По време на конкретната операция по събиране на компоненти, всички точки на връзка трябва да бъдат затягани с моментен ключ, според момента, указан от производителя. Например, за болтовете, които предимно носят ток, моментът трябва да бъде 100 - 120 Н·м, за да се гарантира стабилността и надеждността на електрическата връзка.
Електрически връзки
Основната задача на електрическите връзки е да се гарантира, че всички проводими компоненти и точки на връзка показват достатъчна електрическа проводимост и механична стабилност. По време на процеса на връзка, моментът във всички точки на електрическа връзка трябва да съответства на изискванията, указани от производителя, за да се гарантира здрава и дългосрочно стабилна връзка. Всички болтове и контактни повърхности трябва да бъдат подложени на подходящо почистване и предварителна обработка, обикновено включващи премахване на оксидни слоеве и приложение на проводими смазки, за да се намали контактното съпротивление.
Измерването на контактното съпротивление е важен етап в контрола на качеството на електрическите връзки. Контактното съпротивление в точки на връзка не трябва да надвишава микроОм ниво, с конкретни стойности, определени в зависимост от типа и размера на връзката [5]. За да се отговори на този стандарт, всяка точка на връзка трябва да бъде тествана с прецизен съпротивителен тестер, за да се гарантира, че всички връзки попадат в зададената съпротивителна рамка.
В условия на високо напрежение, електрическата изолация е също важен аспект на електрическите връзки. Всяка точка на връзка и изолационен компонент трябва да издържат поне 1.5 пъти нормалното рабочо напрежение. За 110 кV GIS оборудване, това означава издържане на минимум 165 кV. Водонепроницаемостта и защитата срещу влага за всички електрически връзки са основни, особено за подстанционни съоръжения, функциониращи в открито или влажно окружение. Връзки и терминални устройства трябва да използват технологии за герметизация, отговарящи на IP65 или по-високи класове на защита, за да се предотврати проникването на влага и контаминанти в електрическата система. Ключовите технически изисквания за електрическите връзки са показани в таблица 3.
Изпитвания при пускане в експлоатация
Изпитванията при пускане в експлоатация обикновено започват с тестове на ниво единица и постепенно се развиват към общи системни тестове. В тестовете на изолационното съпротивление, целта е да се гарантира, че всички електрически изолационни материали са в добър състояние и не са повредени по време на процеса на инсталиране. За оценка на изолационната сила на GIS оборудването, са необходими изпитвания на устойчивост към напрежение. За 110 кV GIS оборудване, приложеното AC изпитно напрежение в теста на устойчивостта към напрежение е поне 230 кV, с продължителност 1 минута, за да се изследва производителността на системата при високо напрежение.
Частичните разряди (PD) са особено важни за оценка на безопасността на GIS оборудването. Частичните разряди са ранен знак за декомпозиция на изолационните материали. Затова, мониторингът и контролът на активността на PD е от ключово значение за предотвратяване на откази на оборудването. Количество разряд, записано по време на теста, не трябва да надвишава 5 pC. Тестовете на PD се извършват с устройства за детекция на акустични емисии на специфични честоти, за да се гарантира, че всички регистрирани активности на разряд са правилно идентифицирани и оценени.
Механичните изпитвания на прекъсвачите също са част от изпитванията при пускане в експлоатация. Те включват многократни последователни операции за отваряне и затваряне на прекъсвачите. Обикновено са необходими поне 50 механични операции без отказ, за да се потвърди оперативната надеждност. Времето за всяка операция се записва и сравнява с стандартното оперативно време, предоставено от производителя, което обикновено е между 30-50 ms. Системните тестове за синхронизация също са незадължителни. Този тест се използва, за да се провери синхронната производителност на компоненти като прекъсвачи и разединители по време на реални операции. Грешката на синхронизация трябва да бъде контролирана в рамките на ±10 ms, за да се гарантира, че всички операции се извършват гладко във времевото прозорец, изискван от електрическата мрежа.
Накрая, се извършват общи системни функционални тестове, включително проверка на защитни и контролни системи. Този етап гарантира, че всички защитни реле, контролни модули и комуникационни устройства могат да реагират правилно на предварително зададени дефектни и оперативни условия. По време на теста се моделират различни сценарии на дефект, за да се провери времето за реакция и точността на действията на системата. Времето за реакция на всички действия обикновено е изисквано да бъде в рамките на 100 ms.
Заключение
Приложението на GIS оборудване в 110 кV подстанции не само оптимизира съществуващия процес на инсталиране и подобрява общата системна производителност, но и предоставя силна подкрепа за технологичните напредъци в енергийната индустрия. Изучаването на техниките за инсталиране на GIS оборудване може да предостави ценни референтни материали за проектиращите инженери. Това им дава възможност да взимат по-научни и ефективни решения при сблъскването с комплексни инженерни предизвикателства, което подобрява успеха на проектите за подстанции.
