پژوهش درباره فناوری نصب تجهیزات GIS در ساخت زیرстанسیون ۱۱۰ کیلوولت

تجهیزات تغذیه‌ای عایق‌شده با گاز (GIS) شامل شیرهای قطع، جداکننده‌ها، شیرهای زمین‌ساز، ترانسفورماتورهای جریان، ترانسفورماتورهای ولتاژ، محدودکننده‌های فشار، اتوبوس‌ها، اتصال‌گرهای و دستگاه‌های خروجی است. با قابلیت اطمینان بالاتر، ایمنی و فضای کوچکتر نسبی، این تجهیزات به طور گسترده در طراحی و ساخت زیرстанسیون‌های فشار بالا استفاده می‌شود. در مناطق شهری و پرجمعیت، GIS به دلیل ساختار فشرده و عملکرد عایق‌بندی بسیار خوب، انتخاب مرجح است.

با این حال، زیرستانسیون‌های رده ۱۱۰ کیلوولت با چالش‌های متعددی در زمان نصب تجهیزات GIS مواجه می‌شوند. این چالش‌ها شامل موقعیت‌یابی دقیق تجهیزات، اتصالات الکتریکی پیچیده و آزمایش و راه‌اندازی سیستم هستند. علاوه بر این، طراحی مهندسی زیرستانسیون‌ها باید فضا برای عملیات و نگهداری تجهیزات را نیز در نظر بگیرد تا اطمینان حاصل شود که تمام مولفه‌های الکتریکی به صورت قابل اعتماد عمل می‌کنند و در آینده به راحتی به‌روزرسانی یا نگهداری می‌شوند.

نیازمندی‌های نصب تجهیزات GIS در زیرستانسیون‌های ۱۱۰ کیلوولت

مزایای اصلی تجهیزات GIS معتبر شده با استاندارد IEC 62271 - 203 در طراحی فشرده و عملکرد الکتریکی عالی آن‌ها نهفته است که این تجهیزات را قادر می‌سازد تا جریان فشار بالا را در فضای محدود منتقل و توزیع کنند. بنابراین، در زمان نصب در زیرستانسیون‌های ۱۱۰ کیلوولت، باید به ترکیب تجهیزات، طرح فضایی و سازگاری با سیستم‌های موجود به صورت دقیق توجه شود.

اولاً، قبل از نصب، باید ابعاد محل نصب تعیین شده اندازه‌گیری شود و اطمینان حاصل شود که این محل می‌تواند شرایط محیطی لازم برای عملکرد تجهیزات را تأمین کند، مانند دما، رطوبت و مقاومت لرزه‌ای. این مرحله بسیار مهم است، زیرا عملکرد تجهیزات GIS معتبر شده با استاندارد IEC 62271 - 203 به شدت تحت تأثیر محیط نصب قرار می‌گیرد.

ثانیاً، باید برنامه دقیقی برای طرح نصب الکتریکی تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که تمام اتصالات الکتریکی به صورت دقیق و مطابق مشخصات سازنده و استانداردهای ایمنی شبکه ملی انجام می‌شود. این شامل طراحی و طرح سیستم زمین‌سازی، مسیرهای کابل و سیستم‌های محافظت برای تجهیزات GIS معتبر شده با استاندارد IEC 62271 - 203 است. هر جنبه باید به صورت دقیق اجرایی شود تا هرگونه خطر احتمالی ایمنی را از بین ببرد.

فن‌آوری نصب تجهیزات GIS
حمل و آماده‌سازی تجهیزات

در طول حمل، تجهیزات GIS - که شامل پوشش‌های فلزی سنگین (معمولاً چند تن) و مولفه‌های الکتریکی حساس هستند - نیاز به کنترل ارتعاش در محدوده ۳-۶۰ هرتز و شتاب ≤۰٫۳g (شتاب گرانشی) دارد. پروتکل‌های حمل باید با استانداردهای تجهیزات الکتریکی سازگار باشند تا شوک‌های وارد به مولفه‌های حساس را کاهش دهند و نرخ خرابی قبل از نصب را کاهش دهند.

بسته‌بندی باید از مواد ضد ارتعاش و آب‌بندی استفاده کند. به عنوان مثال، شیرهای اصلی باید به طور کامل در پناه فوم با ضخامت ≥۱۰ سانتی‌متر و با پوشش‌های PVC سخت تقویت شده، مطابق مشخصات سازنده، بسته‌بندی شوند. مواد خشک‌کن باید رطوبت داخلی را ≤۴۰٪ حفظ کنند تا ورود رطوبت را جلوگیری کنند.

شرایط ذخیره‌سازی الزام به کنترل دما در محدوده -۱۰ درجه سلسیوس تا ۴۰ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی ≤۷۰٪ برای حفاظت از مواد فلزی و عایقی است. مناطق ذخیره‌سازی باید از تداخل الکترومغناطیسی، غبار و عوامل فرسایشی محافظت شوند. با توجه به وزن تجهیزات GIS که غالباً بیش از ۲۵ تن است، تجهیزات بلندکننده باید ظرفیت ≥۳۰ تن داشته باشد و پایداری آن‌ها باید مطابق با نیازهای ساخت باشد. سرعت مدیریت نباید بیش از ۲ متر در دقیقه باشد تا خسارت ناشی از ضربه را جلوگیری کند.

آزمایش‌های آزمایشگاهی قبل از نصب در محل بسیار مهم است، از جمله مقاومت عایق، مقاومت زمین و بررسی فازها. تمام نتایج باید با استانداردها مطابقت داشته باشند تا اطمینان حاصل شود که عملکرد تجهیزات با مشخصات طراحی مطابقت دارد. نیازمندی‌های فنی برای حمل و آماده‌سازی در جدول ۱ توضیح داده شده‌اند. علاوه بر این، قیمت شیر ۱۴۵ کیلوولت یک عامل کلیدی در خرید و ارزیابی هزینه کل پروژه است.

مدیریت و موقعیت‌یابی تجهیزات
در زمان حرکت تجهیزات GIS، بار طراحی تجهیزات بلندکننده معمولاً بیش از ۲۵٪ بالاتر از وزن خود تجهیزات است تا یک حاشیه ایمنی در طول فرآیند حرکت فراهم شود. به عنوان مثال، وقتی وزن ماژول GIS ۲۰ تن است، بلندکننده مورد استفاده باید ظرفیت بلند کردن حداقل ۲۵ تن داشته باشد. همچنین، پایداری بلندکننده باید ارزیابی شود تا از خرابی آن به دلیل انحراف بار در طول عملیات جلوگیری شود. در طول حمل واقعی تجهیزات GIS، سرعت حمل نباید بیش از ۲ متر در دقیقه باشد. این می‌تواند ارتعاش و خسارت پотنتیل تجهیزات ناشی از سرعت بیش از حد را کاهش دهد. قبل از هر حرکت، باید بررسی شود که آیا فضای کافی و سطح پشتیبانی پایدار در مسیر وجود دارد تا از خم شدن یا سقوط تجهیزات به دلیل حرکت در سطح نامساوی جلوگیری شود. در فرآیند موقعیت‌یابی، دقت یک عامل کلیدی است. انحراف موقعیت نصب تجهیزات GIS باید در محدوده ±۵ میلی‌متر کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که اتصالات دستگاه‌ها صحیح و سیستم کامل باشد. این دقت معمولاً با استفاده از دستگاه‌های تخمین فاصله لیزری با دقت بالا و سطوح الکترونیکی برای موقعیت‌یابی تحقق می‌یابد. کارهای آماده‌سازی در نقطه نصب شامل اندازه‌گیری صافی سطح زمین با استاندارد عدم اختلاف بیش از ۳ میلی‌متر در هر متر مربع است. شرط محیطی برای نصب تجهیزات GIS این است که تعداد ذرات با قطر بیش از ۰٫۵ میکرون در هوا در منطقه نصب نباید بیش از ۳۵۲۰۰۰ ذره در هر متر مکعب باشد. به همین دلیل، معمولاً در محل نصب یک محیط تمپوراری تمیز تأسیس می‌شود و از فیلترهای هوایی با کارایی بالا (HEPA) برای حفظ کیفیت هوا و جلوگیری از ورود غبار و ذرات به تجهیزات در طول فرآیند نصب استفاده می‌شود. نیازمندی‌های فنی برای مدیریت و موقعیت‌یابی تجهیزات در جدول ۲ نشان داده شده‌اند.

montage مولفه‌ها

اتصالات مولفه‌ها باید عملکرد پایین‌دستی بسیار بالایی داشته باشند تا از نشت گاز جلوگیری شود. برای تجهیزات GIS، نرخ نشت گاز SF₆ سالانه نباید بیش از ۰٫۵٪ باشد. این شاخص مستقیماً با قوت عایقی و توانایی مقاومت در برابر قوس الکتریکی تجهیزات مرتبط است. برای تأمین این نیاز، مواد پایین‌دستی استفاده شده در فرآیند montage باید خصوصیات مقاومت در برابر دما و فشار بسیار خوبی داشته باشند. علاوه بر این، تنظیم فشار پایین‌دستی باید ۳۵٪-۵۰٪ باشد تا اطمینان حاصل شود که عملکرد پایین‌دستی در طول دوره طولانی حفظ شود.

در طول عملیات خاص montage مولفه‌ها، تمام نقاط اتصال باید با استفاده از کلید گشتاور مطابق با گشتاور مشخص شده توسط سازنده سفت شوند. به عنوان مثال، برای پل‌های اتصال که عمدتاً جریان را منتقل می‌کنند، گشتاور باید ۱۰۰-۱۲۰ N·m باشد تا اطمینان حاصل شود که اتصال الکتریکی پایدار و قابل اعتماد است.

اتصالات الکتریکی

وظیفه اصلی اتصالات الکتریکی اطمینان حاصل کردن از اینکه تمام مولفه‌های هادی و نقاط اتصال نفوذ الکتریکی و ثبات مکانیکی کافی دارند. در طول فرآیند اتصال، گشتاور در تمام نقاط اتصال الکتریکی باید با نیازمندی‌های مشخص شده توسط سازنده مطابقت داشته باشد تا اتصالات محکم و پایدار در طول دوره طولانی تضمین شود. تمام پل‌ها و سطوح تماس باید به طور مناسب تمیز شده و پیش‌پردازی شوند، معمولاً شامل حذف لایه‌های اکسید و اعمال چربی‌های هادی برای کاهش مقاومت تماس.

اندازه‌گیری مقاومت تماس یک مرحله کلیدی در کنترل کیفیت اتصالات الکتریکی است. مقاومت تماس در نقاط اتصال نباید بیش از سطح میکروام باشد، با مقادیر خاص که بر اساس نوع و اندازه اتصال [۵] مشخص می‌شوند. برای تأمین این استاندارد، هر نقطه اتصال باید با استفاده از دستگاه تست مقاومت با دقت بالا آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که تمام اتصالات در محدوده مقاومت مشخص قرار دارند.

در محیط‌های فشار بالا، عایق‌بندی الکتریکی نیز یک جنبه مهم اتصالات الکتریکی است. هر نقطه اتصال و مولفه عایق‌بندی باید قادر باشد حداقل ۱٫۵ برابر ولتاژ عادی را تحمل کند. برای تجهیزات GIS ۱۱۰ کیلوولت، این بدان معناست که حداقل ۱۶۵ کیلوولت را تحمل کند. تیمارهای مقاوم در برابر آب و رطوبت برای تمام اتصالات الکتریکی ضروری است، به خصوص برای تسهیلات زیرستانسیون که در محیط‌های خارجی یا رطوبتی عمل می‌کنند. اتصالات و دستگاه‌های پایانه باید از تکنولوژی‌های پایین‌دستی با حداقل درجه حفاظت IP65 یا بالاتر استفاده کنند تا جلوی ورود رطوبت و آلاینده‌ها به سیستم الکتریکی گرفته شود. نیازمندی‌های فنی کلیدی برای اتصالات الکتریکی در جدول ۳ نشان داده شده‌اند.

آزمایش‌های راه‌اندازی

آزمایش‌های راه‌اندازی معمولاً با آزمایش‌های سطح واحد شروع می‌شوند و به تدریج به آزمایش‌های سیستم کلی می‌رسند. در آزمایش‌های مقاومت عایق، هدف اطمینان حاصل کردن از این است که تمام مواد عایقی الکتریکی در حالت خوب باقی مانده و از خسارت‌های احتمالی ناشی از فرآیند نصب آزاد هستند. برای ارزیابی قوت عایقی تجهیزات GIS، آزمایش‌های تحمل ولتاژ ضروری است. برای تجهیزات GIS ۱۱۰ کیلوولت، ولتاژ آزمایش AC در آزمایش تحمل ولتاژ حداقل ۲۳۰ کیلوولت است و مدت زمان آن یک دقیقه است تا عملکرد سیستم در شرایط فشار بالا مورد بررسی قرار گیرد.

آزمایش‌های تخلیه جزئی (PD) از اهمیت خاصی برای ارزیابی ایمنی تجهیزات GIS برخوردار است. تخلیه جزئی یک علامت اولیه تخریب مواد عایقی است. بنابراین، نظارت و کنترل فعالیت PD برای جلوگیری از خرابی تجهیزات بسیار مهم است. مقدار تخلیه ثبت شده در طول آزمایش نباید بیش از ۵ pC باشد. آزمایش‌های PD با استفاده از دستگاه‌های تشخیص انتشار صوتی در فرکانس‌های خاص انجام می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که تمام فعالیت‌های تخلیه شناسایی و ارزیابی شده‌اند.

آزمایش‌های عملکرد مکانیکی شیرهای قطع نیز بخشی از آزمایش‌های راه‌اندازی هستند. این شامل عملیات باز و بسته شدن متوالی شیرهای قطع است. معمولاً حداقل ۵۰ عملیات مکانیکی بدون خطا برای تأیید قابلیت اطمینان عملکردی آن‌ها مورد نیاز است. زمان هر عملیات ثبت و با زمان عملیات استاندارد فراهم شده توسط سازنده که معمولاً بین ۳۰-۵۰ میلی‌ثانیه است، مقایسه می‌شود. آزمایش‌های همگام‌سازی سیستم نیز غیرقابل اجتناب هستند. این آزمایش برای تأیید عملکرد همگام شیرهای قطع و جداکننده‌ها در عملیات واقعی استفاده می‌شود. خطای همگام‌سازی باید در محدوده ±۱۰ میلی‌ثانیه کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که تمام عملیات در پنجره زمانی مورد نیاز شبکه برق به صورت هموار انجام می‌شود.

در نهایت، آزمایش‌های عملکرد سیستم کلی انجام می‌شود که شامل بررسی سیستم‌های حفاظت و کنترل است. این مرحله اطمینان حاصل می‌کند که تمام رеле‌های محافظ، ماژول‌های کنترل و دستگاه‌های ارتباطی به درستی به شرایط خطا و عملیات پیش‌فرض واکنش نشان می‌دهند. در طول آزمایش، سناریوهای مختلف خطا شبیه‌سازی می‌شوند تا زمان واکنش و دقت عمل سیستم مورد بررسی قرار گیرد. زمان واکنش برای تمام عملیات معمولاً باید در محدوده ۱۰۰ میلی‌ثانیه باشد.

نتیجه‌گیری

استفاده از تجهیزات GIS در زیرستانسیون‌های ۱۱۰ کیلوولت نه تنها فرآیند نصب موجود را بهینه می‌کند و عملکرد سیستم کلی را افزایش می‌دهد، بلکه پشتیبانی قوی برای پیشرفت‌های فنی در صنعت برق فراهم می‌کند. با مطالعه عمیق فنون نصب تجهیزات GIS، مراجع ارزشمندی برای طراحان فراهم می‌شود. این امر به آن‌ها امکان می‌دهد تصمیمات علمی و مؤثرتری در مواجهه با چالش‌های مهندسی پیچیده بگیرند و در نتیجه موفقیت پروژه‌های زیرستانسیون را افزایش دهند.