Recerca sobre la tecnologia d'instal·lació d'equips GIS en la construcció de la subestació de 110 kV
L'equipament de commutació aïllat amb gas (GIS) consta d'interrumpidors, interruptors de separació, interruptors de terra, transformadors de corrent, transformadors de tensió, parafulmers, barres de bus, connectores i terminals de sortida. Amb una fiabilitat més alta, seguretat i ocupació d'espai relativament petita, és ampliament utilitzat en el disseny i construcció de subestacions d'alta tensió. En zones urbanes i densament poblades, el GIS és l'opció preferida degut a la seva estructura compacta i excel·lents prestacions d'aïllament.
No obstant això, les subestacions de classe 110 kV es troben amb molts reptes durant la instal·lació de l'equipament GIS. Aquests inclouen la posició precisa de l'equipament, connexions elèctriques complexes i la puesta en marcha i proves del sistema. A més, el disseny enginyerístic de les subestacions també ha de tenir en compte l'espai per a l'operació i manteniment de l'equipament, assegurant que tots els components elèctrics funcionin de manera fiable i puguin ser actualitzats o mantenuts fàcilment en el futur.
Requisits d'instal·lació de l'equipament GIS en subestacions de 110 kV
Les principals avantatges de l'equipament GIS certificat per IEC 62271 - 203 es troben en el seu disseny compacte i excel·lents prestacions elèctriques, permetent-li assumir la transmissió i distribució de corrent d'alta tensió en un espai limitat. Per tant, durant la instal·lació en subestacions de 110 kV, s'ha de donar una consideració precisa a la configuració de l'equipament, la disposició espacial i la compatibilitat amb els sistemes existents.
En primer lloc, abans de la instal·lació, s'han de mesurar les dimensions de la ubicació d'instal·lació preestablerta i s'ha de garantir que aquesta ubicació compleixi els requisits ambientals per al funcionament de l'equipament, com la temperatura, humitat i resistència sísmica. Aquest pas és crucial, ja que el rendiment de l'equipament GIS certificat per IEC 62271 - 203 es veu significativament afectat pel medi d'instal·lació.
En segon lloc, s'ha de planificar amb cura l'esquema d'instal·lació elèctrica per assegurar que totes les connexions elèctriques es realitzen estrictament segons les especificacions del fabricant i compleixin les normes de seguretat de la Xarxa Estatal. Això inclou el disseny i disposició del sistema de terra, rutes de cablats i sistemes de protecció per a l'equipament GIS certificat per IEC 62271 - 203. Cada aspecte s'ha de implementar amb precisió per evitar qualsevol risc potencial de seguretat.
Tecnologia d'instal·lació d'equipament GIS
Transport i preparació de l'equipament
Durant el transport, l'equipament GIS, que consta de caixes metàl·liques pesants (normalment diverses tones) i components elèctrics sensibles, requereix un control de vibracions dins de 3-60 Hz i una acceleració ≤0,3g (acceleració gravitacional). Els protocols de transport han de seguir les normes d'equipament elèctric per minimitzar els xocs als components sensibles i reduir les taules de falla pre-instal·lació.
El paquetatge hauria d'utilitzar materials resistent als vibres i a l'aigua. Per exemple, els interruptors principals han de ser envoltats completament amb espuma d'un groc d'almenys 10 cm i reforçats amb cares rígides de PVC, segons les especificacions del fabricant. Els dessicants han de mantenir l'humitat interna ≤40% per prevenir l'entrada d'humitat.
Les condicions d'emmagatzematge requereixen un control de temperatura entre -10°C i 40°C amb una humitat relativa ≤70% per protegir els materials metàl·lics i d'aïllament. Les àrees d'emmagatzematge han de estar protegides de la interferència electromagnètica, pols i agents corrosius. Donat que el pes de l'equipament GIS sovint supera les 25 tones, l'equipament de elevació ha de tenir una capacitat ≥30 tones amb estabilitat que compleixi els requisits de construcció. Les velocitats de manipulació no han de superar els 2 m/min per evitar danys per impacte.
Les proves pre-instal·lació in situ són crítiques, incloent la resistència a l'aïllament, la resistència a terra i les comprovacions de fase. Tots els resultats han de complir les normes per assegurar que el rendiment de l'equipament compleix les especificacions de disseny. Els requisits tècnics per al transport i la preparació es detallen a la Taula 1. A més, el preu del circuit breaker de 145kV és un factor clau en la contractació i l'avaluació del cost total del projecte.
Manipulació i posicionament de l'equipament
Quan es mou l'equipament GIS, la càrrega de disseny de l'equipament de elevació general sol ser més del 25% superior al pes propi de l'equipament per assegurar un marge de seguretat durant el procés de moviment. Per exemple, si el pes del mòdul GIS és de 20 tones, llavors la grua adoptada necessita tenir una capacitat de elevació d'almenys 25 tones. Alhora, s'ha d'avaluar l'estabilitat de la grua per prevenir que es tombi a causa d'una desviació de càrrega durant l'operació. Durant el procés real de transport de l'equipament GIS, la velocitat de transport no ha de superar els 2 m/min. Això pot reduir la vibració i el possible dañament de l'equipament causat per una velocitat excessiva. Abans de cada moviment, cal comprovar si hi ha suficient espai i una superfície de suport estable al camí per evitar que l'equipament s'inclinis o caigui a causa de la operació en terreny irregular. En el procés de posicionament, la precisió és un factor crucial. La desviació posicional de l'instal·lació de l'equipament GIS s'ha de controlar dins de ±5 mm per assegurar la connexió correcta de les interfícies de l'equipament i la integritat del sistema. L'assoliment d'aquesta precisió normalment es facilita mitjançant rangefinders láser de alta precisió i nivells electrònics per al posicionament.La feina preparatòria al punt d'instal·lació inclou la mesura de la planitud del terra, amb un estàndard de no més de 3 mm de diferència d'altura per metre quadrat. El requisit ambiental per a l'instal·lació de l'equipament GIS és que el nombre de partícules amb un diàmetre superior a 0,5 μm en l'aire de l'àrea d'instal·lació no hagi de superar els 352.000 per metre cúbic. Per això, normalment es configura un entorn de sala blanca temporal al lloc d'instal·lació, i es fan servir filtres d'aire de partícules eficients (HEPA) per mantenir la qualitat de l'aire i prevenir que el pols i les partícules entren a l'equipament durant el procés d'instal·lació. Els requisits tècnics per a la manipulació i el posicionament de l'equipament es mostren a la Taula 2.
Montatge de components
Les juntes dels components han de tenir una capacitat de sellat extremadament alta per prevenir la fugida de gas. Per a l'equipament GIS, la taxa anual de fugida de gas SF₆ no hauria de superar el 0,5%. Aquest indicador està directament relacionat amb la força d'aïllament i la capacitat de resistència a l'arc de l'equipament. Per complir aquest requisit, el material de la junta de sellat utilitzat en el procés de montatge ha de tenir excel·lents propietats de resistència a la temperatura i a la pressió. A més, la compressió de la junta hauria de ser de 35% - 50% per assegurar l'efectivitat del sellat a llarg termini.
Durant la operació específica de montatge de components, tots els punts de connexió s'han d'apretar amb una clau dinamomètrica segons el moment de torsió especificat pel fabricant. Per exemple, per als bolts de connexió que porten principalment corrent, el moment de torsió hauria de ser de 100 - 120 N·m per assegurar l'estabilitat i la fiabilitat de la connexió elèctrica.
Connexions elèctriques
La tasca principal de les connexions elèctriques és assegurar que tots els components conductors i punts de connexió presentin suficient conductivitat elèctrica i estabilitat mecànica. Durant el procés de connexió, el moment de torsió a tots els punts de connexió elèctrica ha de complir amb els requisits especificats pel fabricant per garantir connexions fermes i estables a llarg termini. Tots els bolts i superfícies de contacte han de passar per una neteja i tractament prèvi adequats, que normalment implica la eliminació de les capes d'òxid i l'aplicació de lubrificants conductors per reduir la resistència de contacte.
La mesura de la resistència de contacte és un pas crucial en el control de qualitat de les connexions elèctriques. La resistència de contacte als punts de connexió no hauria de superar el nivell de micro-ohms, amb valors específics determinats segons el tipus i la mida de la junta [5]. Per complir aquest estàndard, cada punt de connexió s'ha de provar amb un tester de resistència de precisió per assegurar que totes les connexions estiguin dins del rang de resistència especificat.
En entorns d'alta tensió, l'aïllament elèctric també és un aspecte vital de les connexions elèctriques. Cada punt de connexió i component d'aïllament han de resistir almenys 1,5 vegades la tensió de funcionament normal. Per a l'equipament GIS de 110 kV, això significa resistir un mínim de 165 kV. El tractament a prova d'aigua i humitat per a totes les connexions elèctriques és essencial, especialment per a les instal·lacions de subestacions que operen en entorns exteriors o humits. Les juntures i dispositius terminal han d'utilitzar tecnologies de sellat que compleixin les classificacions de protecció IP65 o superiors per prevenir l'entrada d'humitat i contaminants al sistema elèctric. Els requisits tècnics clau per a les connexions elèctriques es mostren a la Taula 3.
Proves de puesta en marcha
Les proves de puesta en marcha generalment comencen amb proves a nivell d'unitat i gradualment passen a proves de sistema global. En les proves de resistència a l'aïllament, l'objectiu és assegurar que tots els materials d'aïllament elèctric romanguen en bon estat i estiguin lliures de possibles danys inclosos durant el procés d'instal·lació. Per avaluar la fortalesa d'aïllament de l'equipament GIS, són necessàries proves de tensió de resistència. Per a l'equipament GIS de 110 kV, la tensió de prova AC aplicada en la prova de resistència a la tensió és d'almenys 230 kV, amb una durada d'1 minut, per examinar el rendiment del sistema en condicions d'alta tensió.
Les proves de descàrrega parcial (PD) són particularment importants per avaluar la seguretat de l'equipament GIS. La descàrrega parcial és un primer senyal de degradació del material d'aïllament. Per tant, monitoritzar i controlar l'activitat de PD és crucial per prevenir falles d'equipament. La quantitat de descàrrega registrada durant la prova no hauria de superar els 5 pC. Les proves de PD es realitzen utilitzant dispositius de detecció d'emissió acústica a freqüències específiques per assegurar que totes les activitats de descàrrega detectades siguin identificades i avaluatues correctament.
Les proves d'operació mecànica dels interruptors també formen part de les proves de puesta en marcha. Aquestes inclouen múltiples operacions consecutives d'obertura i tancament dels interruptors. Normalment, són necessàries com a mínim 50 operacions mecàniques sense fallar per verificar la seva fiabilitat operativa. El temps de cada operació s'enregistra i es compara amb el temps d'operació estàndard proporcionat pel fabricant, que normalment és entre 30-50 ms. Les proves de sincronització del sistema també són indispenzables. Aquesta prova s'utilitza per verificar el rendiment sincrònic de components com els interruptors i els interruptors de separació durant les operacions reals. L'error de sincronització s'ha de controlar dins de ±10 ms per assegurar que totes les operacions es compleixin de manera fluida dins la finestra de temps requerida per la xarxa elèctrica.
Finalment, es realitzen proves de funció del sistema global, incloent l'inspecció dels sistemes de protecció i control. Aquest pas assegura que tots els relés de protecció, mòduls de control i dispositius de comunicació puguin respondre correctament a les condicions de falla i operació preestablertes. Diversos escenaris de falla es simulen durant la prova per verificar el temps de resposta i la precisió de l'acció del sistema. El temps de reacció per a totes les accions generalment s'exigeix que sigui dins de 100 ms.
Conclusió
L'aplicació de l'equipament GIS en subestacions de 110 kV no només optimitza el procés d'instal·lació existent i millora el rendiment global del sistema, sinó que també ofereix un fort suport per als avanços tecnològics en la indústria elèctrica. Mediante l'exploració de les tècniques d'instal·lació de l'equipament GIS, es poden proporcionar materials de referència valuosa per als dissenyadors. Això els permet prendre decisions més científiques i efectives quan es troben amb reptes enginyerístics complexos, millorant així la taxa d'èxit dels projectes de subestacions.
