Istraživanje tehnologije instalacije GIS opreme u izgradnji podstanice od 110 kV

Gazno izolirano prekidačko opremu (GIS) čine prekidaci, odvojači, zemljišni prekidaci, transformatori struja, transformatori napona, zaštitni uređaji, šinasti sustav, spojevi i izlazni terminali. S većom pouzdanosti, sigurnosti i relativno malim zauzećem prostora, GIS se široko koristi u dizajnu i izgradnji visokonaponskih pretvorilaca. U urbanih i gusto naseljenim područjima, GIS je omiljeni izbor zbog svoje kompaktne konstrukcije i odličnih izolacijskih svojstava.

Međutim, 110 kV razred pretvorilaca suočen je s mnogim izazovima tijekom instalacije GIS opreme. To uključuje točnu pozicioniranje opreme, složene električne spojeve i pustanje u rad i ispitivanje sustava. Također, inženjerski dizajn pretvorilaca mora uzeti u obzir prostor za operativnost i održavanje opreme, osiguravajući da sve električne komponente pouzdano funkcioniraju i mogu se lako nadograditi ili održavati u budućnosti.

Zahtjevi za instalaciju GIS opreme u 110 kV pretvorima

Glavna prednost IEC 62271 - 203 certificirane GIS opreme leži u njenom kompaktnom dizajnu i odličnim električnim performansama, što joj omogućuje prenos i distribuciju visokonaponske struje unutar ograničenog prostora. Stoga, tijekom instalacije u 110 kV pretvorima, mora se precizno promatrati konfiguracija opreme, prostorna raspodjela i kompatibilnost s postojećim sustavima.

Prvo, prije instalacije, trebaju se izmjeriti dimenzije predodređenog mjesta instalacije, te osigurati da to mjesto zadovoljava okružne uvjete potrebne za rad opreme, poput temperature, vlažnosti i seizmičke otpornosti. Ovaj korak je ključan, jer su performanse IEC 62271 - 203 certificirane GIS opreme značajno utjecane na okruženje instalacije.

Drugo, treba napraviti pažljiv plan električne instalacijske sheme kako bi se osiguralo da se svi električni spojevi vrše strogo prema proizvođačevim specifikacijama i u skladu sa sigurnosnim standardima Državnog mreže. To uključuje dizajn i raspored zemljišnog sustava, rute kabela i zaštitnih sustava za IEC 62271 - 203 certificiranu GIS opremu. Svaki aspekt mora biti točno implementiran kako bi se spriječili bilo kakvi potencijalni sigurnosni rizici.

Tehnologija instalacije GIS opreme
Prijenos i priprema opreme

Tijekom prijenosa, GIS oprema koja se sastoji od teških metalnih kućišta (obično nekoliko tona) i osjetljivih električnih komponenti, zahtijeva kontrolu vibracija u rasponu od 3-60 Hz i akceleraciju ≤0,3g (gravitacijska akceleracija). Protokoli prijenosa moraju pridržavati standarde električne opreme kako bi se smanjila vibračna opterećenja osjetljivih komponenti i smanjila stopa propada prije instalacije.

Ambalaža treba koristiti materijale otporne na vibracije i vodu. Na primjer, glavni prekidaci moraju biti potpuno obloženi penom debljine ≥10 cm i pojačani tvrdim PVC ljuskom, prema specifikacijama proizvođača. Sušilice trebaju održavati unutrašnju vlažnost ≤40% kako bi se spriječilo penetriranje vlage.

Uvjeti za skladištenje zahtijevaju kontrolu temperature između -10°C i 40°C s relativnom vlažnošću ≤70% kako bi se zaštitile metaličke i izolacijske materijale. Skladišne površine moraju biti zaštićene od elektromagnetskih interferencija, prašine i korozivnih agensa. Uzimajući u obzir da GIS oprema često prelazi 25 tona, podignuta oprema mora imati kapacitet ≥30 tona s stabilnošću koja zadovoljava građevinske zahtjeve. Brzina rukovanja ne smije prelaziti 2 m/min kako bi se spriječila oštećenja od udara.

Pre-installacijsko ispitivanje na terenu je ključno, uključujući otpornost izolacije, zemljišnu otpornost i provjere faza. Svi rezultati moraju biti u skladu s standardima kako bi se osiguralo da performanse opreme odgovaraju projektiranim specifikacijama. Tehnički zahtjevi za prijenosom i pripremom detaljno su navedeni u Tablici 1. Također, cijena 145kV prekidnika je ključni faktor u nabavi i ukupnoj procjeni troškova projekta.

Rukovanje i pozicioniranje opreme
Pri premještanju GIS opreme, dizajnska opterećenja opće podignute opreme obično su viša od 25% od vlastite težine opreme kako bi se osigurala sigurnosna margina tijekom procesa premještanja. Na primjer, ako je težina GIS modula 20 tona, tada je potrebno da kran ima kapacitet podizanja najmanje 25 tona. U isto vrijeme, stabilnost krana treba procijeniti kako bi se spriječilo padanje zbog odstupanja opterećenja tijekom rada. Tijekom stvarnog prijenosa GIS opreme, brzina prijenosa ne smije prelaziti 2 m/min. Time se smanjuju vibracije i potencijalno oštećenje opreme zbog previsoke brzine. Prije svakog premještanja, potrebno je provjeriti ima li dovoljno prostora i stabilne podloge na putu kako bi se spriječilo nagibanje ili pada opreme zbog rada na neravnom terenu. U procesu pozicioniranja, točnost je ključan faktor. Pozicioni odstupanj kod instalacije GIS opreme mora biti kontroliran unutar ±5 mm kako bi se osigurala točna vezivanje sučelja opreme i integritet sustava. Realizacija ove točnosti obično se pomaže visoko preciznim laserskim dalekovodom i elektroničkim nivoima za pozicioniranje. Priprema na mjestu instalacije uključuje mjerenje ravnoteže tla, s standardom da visinska razlika ne prelazi 3 mm po kvadratnom metru. Okružni zahtjev za instalaciju GIS opreme je da broj čestica s prečnikom većim od 0,5 μm u zraku instalacijskog područja ne prelazi 352.000 po kubnom metru. Zbog toga, obično se na mjestu instalacije postavlja privremeno čisto prostorno okruženje, a koriste se visoko efikasni partikularni filtri zraka (HEPA) kako bi se održala kvaliteta zraka i spriječilo penetriranje prašine i čestica u opremu tijekom procesa instalacije. Tehnički zahtjevi za rukovanjem i pozicioniranjem opreme prikazani su u Tablici 2.

Montaža komponenti

Spojevi komponenti moraju imati izuzetno visoku hermetičnost kako bi se spriječilo curenje plinova. Za GIS opremu, godišnja stopa curenja SF₆ plina ne smije prelaziti 0,5%. Taj pokazatelj je direktno povezan s izolacijskom čvrstoćom i otpornosti na lukove opreme. Da bi se ispuni ovaj zahtjev, materijal gume koji se koristi u procesu montaže mora imati izvanredne temperaturne i tlakovne osobine. Također, stupanj kompresije gume treba biti 35-50% kako bi se osigurala dugoročna hermetičnost.

Tijekom specifične operacije montaže komponenti, sve spojne tačke moraju biti zategnute torznim ključem prema torzu navedenom od strane proizvođača. Na primjer, za spojne vijake koji uglavnom nose struju, torz bi trebao biti 100-120 N·m kako bi se osigurala stabilnost i pouzdanost električnog spoja.

Električni spojevi

Glavna zadaća električnih spojeva je osigurati da sve vodiće i spojne tačke pokazuju dovoljnu električnu vodljivost i mehaničku stabilnost. Tijekom procesa spojivanja, torzi na svim električnim spojnim tačkama moraju biti u skladu s zahtjevima proizvođača kako bi se osigurali čvrsti i dugotrajno stabilni spojevi. Svi vijaci i kontaktne površine moraju podvrhati odgovarajuće čišćenje i pretprocesiranje, obično uključujući uklanjanje oksidnih slojeva i nanosenje vodljivih masti kako bi se smanjio kontakt otpor.

Mjerenje kontaktnog otpora je ključan korak u kontroli kvalitete električnih spojeva. Kontaktni otpor na spojnim tačkama ne smije prelaziti mikro-ohmski nivo, a specifične vrijednosti se određuju prema vrsti i veličini spoja [5]. Da bi se ispunio ovaj standard, svaka spojna tačka mora biti testirana upotrebom preciznog tester za otpor kako bi se osiguralo da svi spojevi padaju unutar određenog opsega otpora.

U visokonaponskim okruženjima, električna izolacija također je važan aspekt električnih spojeva. Svaka spojna tačka i izolacijska komponenta mora podnijeti barem 1,5 puta normalni radni napon. Za 110 kV GIS opremu, to znači podnijeti barem 165 kV. Vodootpornost i zaštita od vlage svih električnih spojeva su nužne, posebno za objekte podstanica koji rade na otvorenom ili u vlažnim okruženjima. Spojevi i terminalni uređaji trebaju koristiti tehnologije za zatvaranje koje zadovoljavaju zaštite IP65 ili više kako bi se spriječilo penetriranje vlage i kontaminanata u električni sustav. Ključni tehnički zahtjevi za električne spojeve prikazani su u Tablici 3.

Ispitivanja pri pustanju u rad

Ispitivanja pri pustanju u rad obično započinju na razini jedinica i postepeno napreduju do ispitivanja cjelokupnog sustava. U ispitivanjima otpornosti izolacije cilj je osigurati da su svi električni izolacijski materijali u dobrim stanjima i slobodni od potencijalnog oštećenja tijekom procesa instalacije. Da bi se ocijenila izolacijska čvrstoća GIS opreme, potrebna su ispitivanja izdržljivosti na napon. Za 110 kV GIS opremu, AC ispitni napon primjenjen u ispitivanju izdržljivosti na napon iznosi barem 230 kV, s trajanjem od 1 minutu, kako bi se ispitao rad sustava u visokonaponskim uvjetima.

Ispitivanja djelomičnog ispuštanja (PD) su posebno važna za procjenu sigurnosti GIS opreme. Djelomično ispuštanje je rani znak degradacije izolacijskog materijala. Stoga je nadzor i kontrola aktivnosti PD ključni za sprečavanje propada opreme. Količina ispuštenog zabeležena tijekom ispitivanja ne smije prelaziti 5 pC. Ispitivanja PD obavljaju se upotrebom uređaja za detekciju akustičke emisije na određenim frekvencijama kako bi se osiguralo da su svi otkriveni događaji PD pravilno identificirani i procijenjeni.

Mehanička ispitivanja prekidaca također su dio ispitivanja pri pustanju u rad. To uključuje više uzastopnih operacija otvaranja i zatvaranja prekidaca. Obično je potrebno najmanje 50 mehaničkih operacija bez propada kako bi se verificirala njihova operativna pouzdanost. Vrijeme svake operacije se bilježi i uspoređuje s standardnim operativnim vremenom navedenim od strane proizvođača, što obično iznosi 30-50 ms. Ispitivanja sinkronizacije sustava također su neizostavna. Ovo ispitivanje služi za verifikaciju sinkronizacijskog performansa komponenti poput prekidaca i odvojača tijekom stvarnih operacija. Greška sinkronizacije mora biti kontrolirana unutar ±10 ms kako bi se osiguralo da su sve operacije uspješno završene unutar vremenskog prozora zahtijevanog od strane mreže.

Na kraju, obavljaju se ispitivanja funkcionalnosti cjelokupnog sustava, uključujući pregled sustava za zaštitu i upravljanje. Ovaj korak osigurava da svi zaštitni releji, kontrolni moduli i komunikacijski uređaji točno reagiraju na unaprijed postavljene scenarije grešaka i radne uvjete. Tijekom ispitivanja simuliraju se različiti scenariji grešaka kako bi se verificiralo vremensko odzivanje i točnost radnji sustava. Reakcijsko vrijeme za sve radnje obično je zahtijevano da bude unutar 100 ms.

Zaključak

Primjena GIS opreme u 110 kV pretvorima ne samo optimizira postojeći proces instalacije i poboljšava ukupnu performansu sustava, već pruža snažnu podršku tehnološkim napretcima u energetskom sektoru. Dubljim ulaskom u tehnike instalacije GIS opreme, može se pružiti dragocjena referentna literatura dizajnerima. To im omogućuje da donose znanstvenije i učinkovitije odluke kada su suočeni s kompleksnim inženjerskim izazovima, time poboljšavajući stopu uspjeha projekata podstanica.