110 kV alukunnan rakentamisessa käytettyjen GIS-laitteiden asennustekniikkaa koskeva tutkimus

Kaasipäällystetty kytkentälaite (GIS) koostuu sähkökytkimiä, irrotuskytkimiä, maakytimistä, virtasensorit, jännitesensorit, tukahäiriösuojureista, busbarseista, yhdistimistä ja ulosjohtoista. Korkeammalla luotettavuudella, turvallisuudella ja suhteellisen pienellä tila-vaatimuksella se on laajalti käytössä korkean jännitteen alihankintayksiköiden suunnittelussa ja rakentamisessa. Kaupunkialueilla ja tiheästi asutuilla alueilla GIS on suosittu valinta sen tiivikan rakenteen ja erinomaisen eristysominaisuuden vuoksi.

Kuitenkin 110 kV -luokan alihankintayksiköt kohtaavat monia haasteita GIS-laitteiston asennuksen aikana. Nämä sisältävät tarkat laiterakenteet, monimutkaiset sähköiset yhteydet sekä järjestelmän ottamisen käyttöön ja testauksen. Lisäksi alihankintayksikön insinöörisuunnittelun on myös otettava huomioon laitteiston toiminnan ja huollon tila, varmistaen, että kaikki sähkökomponentit toimivat luotettavasti ja ovat helposti päivitettäviä tai huoltovarmia tulevaisuudessa.

GIS-laitteiston asennuksen vaatimukset 110 kV -alihankintayksiköissä

IEC 62271-203 -sertifioitu GIS-laitteiston ydinhyödyt piilevät sen tiiviissä suunnittelussa ja erinomaisissa sähköisissä ominaisuuksissa, mikä mahdollistaa korkean jännitteen kuljetuksen ja jakelun rajoitetussa tilassa. Siksi 110 kV -alihankintayksiköiden asennuksen aikana on tarkkaan harkittava laiterakennetta, tila-asettelua ja yhteensopivuutta olemassa olevien järjestelmien kanssa.

Ensiksi, ennen asennusta, on mitattava etukäteen määritetty asennuspaikan mitat, ja on varmistettava, että tämä paikka vastaa laitteiston toiminnan ympäristöedellytyksiä, kuten lämpötila, kosteus ja maanjäristyksen suorituskyky. Tämä askel on ratkaisevan tärkeä, sillä IEC 62271-203 -sertifioitu GIS-laitteiston suorituskyky on merkittävästi riippuvainen asennusympäristöstä.

Toiseksi, on tehtävä huolellinen suunnitelma sähköiselle asennusjärjestelmälle, varmistaen, että kaikki sähköiset yhteydet toteutetaan tiukasti valmistajan määritysten mukaan ja noudattavat valtion verkon turvallisuusstandardeja. Tämä sisältää IEC 62271-203 -sertifioitu GIS-laitteiston maadoitusjärjestelmän, kabeleiden reittien ja suojajärjestelmien suunnittelun ja asettelun. Jokainen näkökohta on toteutettava tarkasti välttääksesi mahdolliset turvallisuusriskit.

GIS-laitteiston asennusteknologia
Laitteiston kuljetus ja valmistelu

Kuljetuksen aikana GIS-laitteisto, joka koostuu painavista metallirunkoista (yleensä useita tonneja) ja herkkistä sähkökomponenteista, vaatii vibraation hallinnan 3–60 Hz:n välillä ja kiihtyvyyden ≤0,3g (painovoiman kiihtyvyys). Kuljetusprotokollat on noudatettava sähköisen laitevarusteen standardeja, vähentääksesi herkkien komponenttien sokkiin altistumista ja vähentääksesi ennakkovian osuutta asennuksen edeltä.

Pakkaus on käytettävä värähtelykestäviä ja vesitiheyttä vastustavia materiaaleja. Esimerkiksi pääkytkimet on täysin peitettävä ≥10 cm paksulla muovinpeitevillä ja vahvistettava jäykällä PVC-kalvoilla, noudattaen valmistajan määrityksiä. Kosteusharjaaja pitää ylläpitää sisäisen kosteuden ≤40 %, estääksesi kosteuden pääsyn.

Varastointiedellytykset vaativat lämpötilan säätelyn välillä -10°C ja 40°C sekä suhteellisen kosteuden ≤70 %, suojellakseen metallisia ja eristysmateriaaleja. Varastointialueet on suojauduttava sähkömagneettiselta häiritsevältä, pölyltä ja korroosioagentteilta. Koska GIS-laitteiston paino ylittää usein 25 tonnia, nostolaitteiden on oltava kapasiteettina ≥30 tonnin ja vakaus on täytettävä rakennustyöjen vaatimukset. Käsittelynopeudet eivät saa ylittää 2 m/min välttääksesi vaikutuksen aiheuttaman vaurion.

Ennakkoasennuksen paikkatestaus on kriittinen, mukaan lukien eristyksen vastus, maadoitusvastus ja vaiheen tarkistukset. Kaikki tulokset on oltava standardien mukaisia, varmistaen, että laitevarusteen suorituskyky vastaa suunnitteluspesifikaatioita. Kuljetuksen ja valmistelun tekniset vaatimukset on yksityiskohtaisesti esitetty taulukossa 1. Lisäksi 145 kV -kytkimen hinta on avainfaktori ostamisessa ja kokonaisprojektikustannuksissa.

Laitteiston käsittely ja paikantaminen
Kun siirretään GIS-laitteisto, yleisten nostolaitteiden suunnitelluksi kuormaksi on yleensä oltava ainakin 25 % suurempi kuin laitteen oma paino, varmistaen turvamarginaalin liikennöinnin aikana. Esimerkiksi, kun GIS-moduulin paino on 20 tonnia, niin käytettyyn kraaniin on oltava nostokapasiteetti vähintään 25 tonnia. Samalla kraanan vakauden on arvioitava, välttääksesi sen kipuamisen kuorman poikkeavan aikana toimintaa. GIS-laitteiston todellisessa kuljetuksessa kuljetusnopeuden ei pidä ylittää 2 m/min. Tämä vähentää laitteen värähtelyä ja potentiaalista vauriota liian nopeasta nopeudesta johtuen. Jokaisen siirron ennen on tarkistettava, onko polulla riittävästi tilaa ja vakautettu tukipinta, välttääksesi laitteen kallistumisen tai pudotuksen epätasaisella maaperällä. Paikannuksen aikana tarkkuus on avaintekijä. GIS-laitteiston asennuksen paikallinen poikkeama on ohjattava ±5 mm:ään, varmistaen oikean yhteyden laitteen rajapinnille ja järjestelmän yhtenäisyydelle. Tämän tarkkuuden saavuttamiseen on yleensä apuna tarkkuuslaserkeilaus ja sähköinen tasaus.Asennuspisteen valmistelutyö sisältää maan tasaisuuden mittauksen, jonka standardi on enintään 3 mm korkeusero neliömetrillä. GIS-laitteiston asennuksen ympäristöedellytykset määrittelevät, että asennusalueen ilmaan yli 0,5 μm halkaisijaltaan olevien hiukkasten määrä ei saa ylittää 352 000 per kuutiometri. Siksi asennuspaikalle on yleensä määritelty väliaikainen puhdas huone, ja tehokkaat partikkulifiltrit (HEPA) on käytetty ilma laatua ylläpitäessä ja estämässä pölyn ja partikkelien pääsyn laitteeseen asennuksen aikana. Laitteiston käsittely- ja paikannusvaatimukset on esitetty taulukossa 2.

Komponenttien yhdistäminen

Komponenttien yhdisteiden on oltava erittäin hyvin suljettuja, estääksemme kaasun pääsyn. GIS-laitteiston kohdalla SF₆-kaasun vuotoa vuodessa ei saa ylittää 0,5 %. Tämä indikaattori on suoraan sidoksissa laitteen eristysvoimaan ja kaaren vastustamiskykyyn. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi yhdistämismenettelyssä käytettävän suljetussuojan materiaalin on oltava erinomainen lämpö- ja painekestävä. Lisäksi suljetussuojan puristusasetus on oltava 35% - 50% varmistaen pitkäaikaisen sulkeutumisen tehokkuuden.

Komponenttien yhdistämisen konkreettisessa toiminnassa kaikki yhteydet on kiristettävä torquematkalauella valmistajan määrittämään torquemäärään. Esimerkiksi sähkövirtaa kuljettavien yhdistävien ruuvien torque on oltava 100 - 120 N·m, varmistaen sähköyhteyden vakauden ja luotettavuuden.

Sähköiset yhteydet

Sähköisten yhteyksien ensisijainen tehtävä on varmistaa, että kaikki johtavat komponentit ja yhteydet näyttävät riittävää sähköistä johtavuutta ja mekaanista vakautta. Yhteyksien aikana kaikki sähköiset yhteydenpisteet on noudattanut valmistajan määrittämiä vaatimuksia, varmistaen vakaan ja pitkäaikaisen yhteyden. Kaikki ruuvit ja yhteydenpinnat on käsiteltävä asianmukaisesti puhdistamalla ja ennakkokäsittelyllä, yleensä poistamalla oksidikerros ja levittämällä johtavaa siltausta vähentääksesi yhteydenpisteen vastusta.

Yhteydenpistevastuksen mittaaminen on olennainen osa sähköisten yhteyksien laadunvalvontaa. Yhteydenpisteen vastus ei saa ylittää mikro-ohm-tasoa, tarkat arvot määräytyvät yhdisteen tyypin ja koon mukaan [5]. Tämän standardin täyttämiseksi jokaisen yhteydenpisteen on testattava tarkkuusvastusmittari, varmistaen, että kaikki yhteydet ovat määritettyjen vastusalueiden sisällä.

Korkean jännitteen ympäristöissä sähköinen eristys on myös olennainen osa sähköisiä yhteyksiä. Jokainen yhteydenpiste ja eristyskomponentti on kestänyt vähintään 1,5 kertaa normaalin toimintajännitteen. 110 kV GIS-laitteiston käsittelyssä tämä tarkoittaa vähintään 165 kV:ta. Kaikkien sähköisten yhteyksien vedeltävä ja kosteustehdään on oleellista, erityisesti ulkona tai kosteissa ympäristöissä toimiville alihankintayksiköille. Yhdisteet ja loppulaitevaiheet pitävät käyttää IP65:ää tai parempaa suojaluokkaa, estääkseen kosteuden ja kontaminaanttien pääsyn sähköjärjestelmään. Sähköisten yhteyksien keskeiset tekniset vaatimukset on esitetty taulukossa 3.

Ottamisen käyttöön testit

Ottamisen käyttöön testit alkavat yleensä yksikkötestejä ja edistyvät vähitellen koko järjestelmän testejä. Eristysvastustesteissä tavoitteena on varmistaa, että kaikki sähköiset eristysmateriaalit pysyv hyvässä kunnossa ja vapaana mahdollisesta vahingosta asennuksen aikana. Arvioidakseen GIS-laitteiston eristysvoiman, on tarpeen suorittaa sietokykytestit. 110 kV GIS-laitteiston käsittelyssä sietokykytestissä sovelletaan vähintään 230 kV jännitettä, kestoaikana 1 minuutti, tarkastelemalla järjestelmän suorituskykyä korkean jännitteen olosuhteissa.

Osittaisen sähköntuotannon (PD) testit ovat erityisen tärkeitä GIS-laitteiston turvallisuuden arvioinnissa. Osittainen sähköntuotanto on varhainen merkki eristysmateriaalin rappeutumisesta. Siksi PD-aktiviteetin seuranta ja hallinta on olennainen osa laitteen epäonnistumisen estämistä. Testin aikana havaittu sähköntuotanto ei saa ylittää 5 pC:ta. PD-testit suoritetaan akustisen emissioiden havaintolaite tietyillä taajuilla, varmistaen, että kaikki havaitut sähköntuotantotoimet tunnistetaan ja arvioidaan oikein.

Kytkimien mekaaniset toimintatestit ovat myös osa ottamisen käyttöön testejä. Nämä sisältävät useita jatkuvia kytkimen avaamista ja sulkevat toimintoja. Yleensä vähintään 50 mekaanista toimintoa ilman epäonnistumista on tarpeen vahvistaa toiminnallinen luotettavuus. Jokaisen toiminnon aika on kirjattu ja verrattu valmistajan antamaan standarditoimintaaikaan, joka on yleensä 30 - 50 ms. Järjestelmän synkronointitestit ovat myös välttämättömiä. Tämä testi käytetään vahvistamaan komponenttien, kuten kytkimien ja irrotuskytkimien, synkronointisuorituskykyä todellisissa toiminnoissa. Synkronointivirhe on ohjattava ±10 ms:ään, varmistaen, että kaikki toiminnot suoritetaan sujuvasti sähköverkon vaatimassa aikavälissä.

Lopuksi suoritetaan koko järjestelmän toimintatestit, mukaan lukien suojajärjestelmien ja ohjausjärjestelmien tarkastus. Tämä vaihe varmistaa, että kaikki suojarelayt, ohjausmoduulit ja viestintälaitteet voivat oikein reagoida asetetuille virhe- ja toimintatilanteille. Testauksen aikana simuloidaan erilaisia virhetilanteita, vahvistaen järjestelmän vastausaikaa ja toiminnan tarkkuutta. Kaikkien toimintojen reagointiaika on yleensä vaadittu olevan alle 100 ms.

Yhteenveto

GIS-laitteiston soveltaminen 110 kV -alihankintayksiköissä optimoi olemassa olevan asennusprosessin, parantaa koko järjestelmän suorituskykyä ja tarjoaa vahvan tuen teknologiselle edistymiselle sähköalan. Syventymällä GIS-laitteiston asennusteihin, voidaan tarjota arvokasta viitetietoa suunnittelijoille. Tämä mahdollistaa heille tehdä tieteellisempia ja tehokkaampia päätöksiä, kohtaessaan monimutkaisia insinööritehtäviä, parantamalla siten alihankintayksiköiden projektien menestyksellisyyttä.