Investigación sobre a Tecnoloxía de Instalación de Equipos GIS na Construción de Subestacións de 110 kV
O equipamento de manobra isolado a gás (GIS) consiste en interruptores, seccionadores, chaves de terra, transformadores de corrente, transformadores de tensión, pararraios, barras colectoras, conectores e terminais de saída. Con maior fiabilidade, seguridade e ocupación espacial relativamente pequena, é amplamente utilizado no deseño e construción de subestacións de alta tensión. Nas áreas urbanas e altamente povoadas, o GIS é a opción preferida debido á súa estrutura compacta e óptimo desempeño de aislamento.
No entanto, as subestacións de clase 110 kV enfrentan moitos desafíos durante a instalación do equipo GIS. Estes inclúen a colocación precisa do equipo, conexións eléctricas complexas e a puesta en marcha e proba do sistema. Ademais, o deseño de xénie das subestacións tamén debe ter en conta o espazo para a operación e manutención do equipo, asegurando que todos os compoñentes eléctricos funcionen de maneira fiable e que poidan ser facilmente actualizados ou mantidos no futuro.
Requisitos de Instalación para Equipos GIS en Subestacións de 110 kV
As principais vantaxes do equipo GIS certificado IEC 62271 - 203 residem no seu deseño compacto e excelente desempeño eléctrico, permitindo que realize a transmisión e distribución de corrente de alta tensión nun espazo limitado. Polo tanto, durante a instalación en subestacións de 110 kV, debe prestarxese atención precisa á configuración do equipo, ao deseño espacial e á compatibilidade con sistemas existentes.
En primeiro lugar, antes da instalación, deben medirse as dimensións da localización previamente determinada e asegurarse de que esta localización poida cumprir cos requisitos ambientais para a operación do equipo, como a temperatura, humidade e resistencia sísmica. Este paso é crucial, xa que o desempeño do equipo GIS certificado IEC 62271 - 203 está significativamente afectado polo ambiente de instalación.
En segundo lugar, debe elaborarse un plan cuidadoso para o esquema de instalación eléctrica para asegurar que todas as conexións eléctricas se realizan en estrita conformidade coas especificacións do fabricante e cumprir coas normas de seguridade da Rede Estatal. Esto inclúe o deseño e disposición do sistema de aterramento, rutas de cables e sistemas de protección para o equipo GIS certificado IEC 62271 - 203. Cada aspecto debe implementarse con precisión para evitar calquera risco potencial de seguridade.
Tecnoloxía de Instalación de Equipos GIS
Transporte e Preparación do Equipo
Durante o transporte, o equipo GIS, que consta de carcaxas metálicas pesadas (tipicamente varias toneladas) e compoñentes eléctricos sensibles, require un control de vibración entre 3-60 Hz e aceleración ≤0,3g (aceleración gravitatoria). Os protocolos de transporte deben aderirse ás normas de equipos eléctricos para minimizar os choques aos compoñentes sensibles e reducir as taxas de fallos antes da instalación.
O embalaxe debe utilizar materiais resistentes a vibracións e impermeables. Por exemplo, os interruptores principais deben estar completamente envoltos en espuma de ≥10 cm de grosor e reforzados con carcasas rígidas de PVC, de acordo coas especificacións do fabricante. Os desecantes deben manter a humidade interna ≤40% para evitar a entrada de humidade.
As condicións de almacenamento requiriren un control de temperatura entre -10°C e 40°C con humidade relativa ≤70% para protexer os materiais metálicos e de aislamento. As áreas de almacenamento deben estar protegidas de interferencias electromagnéticas, pol, e agentes corrosivos. Dado que o peso do equipo GIS adoita superar as 25 toneladas, o equipo de elevación debe ter unha capacidade ≥30 toneladas con estabilidade que cumpra coas especificacións de construción. As velocidades de manuseo non deben superar os 2 m/min para evitar danos por impacto.
A proba in situ previa á instalación é crítica, incluíndo resistencia de aislamento, resistencia de aterramento e comprobacións de fase. Todos os resultados deben cumprir coas normas para asegurar que o desempeño do equipo cumple coas especificacións de deseño. Os requisitos técnicos para o transporte e preparación detállanse na Táboa 1. Ademais, o prezo do interruptor de 145kV é un factor clave na adquisición e na avaliación do custo total do proxecto.
Manuseo e Posicionamento do Equipo
Ao mover o equipo GIS, a carga de deseño do equipo de elevación xeralmente é máis de 25% superior ao peso propio do equipo para asegurar un margen de seguridade durante o proceso de movemento. Por exemplo, cando o peso do módulo GIS é de 20 toneladas, o guindaste adoptado debe ter unha capacidade de elevación de polo menos 25 toneladas. Ao mesmo tempo, debe avaliarse a estabilidade do guindaste para evitar que se volte debido a desvío da carga durante a operación. Durante o proceso real de transporte do equipo GIS, a velocidade de transporte non debe superar os 2 m/min. Isto pode reducir a vibración e o posible dano do equipo causado por velocidades excesivas. Antes de cada movemento, é necesario comprobar se hai suficiente espazo e superficie de apoio estable no camiño para evitar que o equipo se incline ou caia debido á operación en terrenos irregulares. No proceso de posicionamento, a precisión é un factor crucial. A desviación posicional na instalación do equipo GIS debe controlarse dentro de ± 5mm para asegurar a correcta conexión das interfaces do equipo e a integridade do sistema. A realización desta precisión xeralmente é axudada por telemetros láser de alta precisión e niveis electrónicos para o posicionamento.O traballo preparatorio no punto de instalación inclúe a medida da planitude do terreo, con un estándar de non máis de 3mm de diferenza de altura por metro cadrado. O requisito ambiental para a instalación do equipo GIS é que o número de partículas con diámetro superior a 0,5 μm no aire da área de instalación non debe superar os 352.000 por metro cúbico. Por iso, xeralmente se establece un ambiente limpo temporal no lugar de instalación, e utilizanse filtros de aire de partículas de alta eficiencia (HEPA) para manter a calidade do aire e evitar que o polvo e as partículas entren no equipo durante o proceso de instalación. Os requisitos técnicos para o manuseo e posicionamento do equipo móstranse na Táboa 2.
Montaxe de Compoñentes
As articulacións dos compoñentes deben ter un alto desempeño de selado para evitar a fuga de gas. Para o equipo GIS, a taxa anual de fuga de gas SF₆ non debe superar o 0,5%. Este indicador está directamente relacionado coa forza de aislamento e a capacidade de resistencia ao arco do equipo. Para cumprir este requisito, o material do juntas utilizado no proceso de montaxe debe ter excelentes propiedades resistentes á temperatura e á presión. Ademais, a configuración de compresión da junta debe ser de 35% - 50% para asegurar a efectividade do selado a longo prazo.
Durante a operación específica de montaxe de compoñentes, todos os puntos de conexión deben apertarse con unha llave dinamométrica de acordo coa torque especificada polo fabricante. Por exemplo, para os parafusos de conexión que portan principalmente a corrente, a torque debe ser de 100 - 120 N·m para asegurar a estabilidade e fiabilidade da conexión eléctrica.
Conexións Eléctricas
A tarefa principal das conexións eléctricas é asegurar que todos os compoñentes conductores e puntos de conexión exhiban suficiente conductividad eléctrica e estabilidade mecánica. Durante o proceso de conexión, a torque en todos os puntos de conexión eléctrica debe cumprir coas especificacións do fabricante para garantir conexións firmes e estables a longo prazo. Todos os parafusos e superficies de contacto deben someterse a unha limpeza e pretratamento adecuados, que xeralmente implican a eliminación de capas de óxido e a aplicación de lubrificantes conductores para reducir a resistencia de contacto.
Medir a resistencia de contacto é un paso crucial no control de calidade das conexións eléctricas. A resistencia de contacto nos puntos de conexión non debe superar o nivel micro-ohm, con valores específicos determinados de acordo co tipo e tamaño da articulación [5]. Para cumprir este estándar, cada punto de conexión debe ser probado utilizando un tester de resistencia de precisión para asegurar que todas as conexións están dentro do rango de resistencia especificado.
En entornos de alta tensión, o aislamento eléctrico tamén é un aspecto vital das conexións eléctricas. Cada punto de conexión e compoñente aislante debe resistir polo menos 1,5 veces a tensión de funcionamento normal. Para o equipo GIS de 110 kV, isto significa resistir un mínimo de 165 kV. Os tratamentos contra a auga e a humidade para todas as conexións eléctricas son esenciais, especialmente para as instalacións de subestación que operan en entornos exteriores ou húmidos. As articulacións e dispositivos de terminal deben empregar tecnoloxías de sellado que cumpran coas clasificacións de protección IP65 ou superiores para evitar que a humidade e os contaminantes entren no sistema eléctrico. Os requisitos técnicos clave para as conexións eléctricas móstranse na Táboa 3.
Pruebas de Puesta en Marcha
As probas de puesta en marcha xeralmente comezan con probas a nivel de unidade e progresivamente pasan a probas de sistema global. Nas probas de resistencia de aislamento, o obxectivo é asegurar que todos os materiais de aislamento eléctrico permanezan en bo estado e libres de posibles danos sufridos durante o proceso de instalación. Para avaliar a forza de aislamento do equipo GIS, son necesarias as probas de resistencia a tensión. Para o equipo GIS de 110 kV, a tensión de proba AC aplicada na proba de resistencia a tensión debe ser polo menos de 230 kV, cunha duración de 1 minuto, para examinar o rendemento do sistema en condicións de alta tensión.
As probas de descarga parcial (PD) son particularmente importantes para avaliar a seguridade do equipo GIS. A descarga parcial é un sinal precoz de degradación do material de aislamento. Polo tanto, o monitorizado e control da actividade de PD é crucial para prevenir fallos no equipo. A cantidade de descarga rexistrada durante a proba non debe superar os 5 pC. As probas de PD realizanse utilizando dispositivos de detección de emisión acústica a frecuencias específicas para asegurar que todas as actividades de descarga detectadas sexan correctamente identificadas e avaliadas.
As probas de operación mecánica dos interruptores tamén forman parte das probas de puesta en marcha. Estas implican múltiples operacións consecutivas de apertura e pechado dos interruptores. Xeralmente, son necesarias polo menos 50 operacións mecánicas sen fallo para verificar a súa fiabilidade operativa. O tempo de cada operación rexistrase e compárase co tempo de operación estándar proporcionado polo fabricante, que xeralmente está entre 30-50 ms. As probas de sincronización do sistema tamén son imprescindibles. Esta proba utilízase para verificar o desempeño sincronizado de compoñentes como interruptores e seccionadores durante as operacións reais. O erro de sincronización debe controlarse dentro de ±10 ms para asegurar que todas as operacións se completen de maneira fluida no intervalo de tempo requerido pola rede eléctrica.
Finalmente, realizanse as probas de función do sistema global, incluíndo a inspección dos sistemas de protección e control. Este paso asegura que todos os relevadores de protección, módulos de control e dispositivos de comunicación poidan responder correctamente a condicións de fallo e funcionamento predefinidas. Durante a proba, simuláronse varios escenarios de fallo para verificar o tempo de resposta do sistema e a precisión das accións. O tempo de reacción para todas as accións xeralmente debe estar dentro de 100 ms.
Conclusión
A aplicación do equipo GIS en subestacións de 110 kV non só optimiza o proceso de instalación existente e mellora o rendemento global do sistema, senón que tamén ofrece un forte soporte para os avances tecnolóxicos na industria eléctrica. Ao profundizar nas técnicas de instalación do equipo GIS, poden fornecerse materias de referencia valiosas para os deseñadores. Isto permite que tomen decisións máis científicas e efectivas cando se atopan con desafíos de xénie complexos, mellorando así a taxa de éxito dos proxectos de subestación.
