Ricerca sulla tecnologia di installazione delle apparecchiature GIS nella costruzione della sottostazione 110 kV
L'apparecchiatura GIS (Gas Insulated Switchgear) è composta da interruttori, disgiuntori, interruttori di messa a terra, trasformatori di corrente, trasformatori di tensione, parafulmini, barre di raccordo, connettori e terminali di uscita. Con una maggiore affidabilità, sicurezza e occupazione spaziale relativamente ridotta, viene ampiamente utilizzata nella progettazione e costruzione di sottostazioni ad alta tensione. Nelle aree urbane e densamente popolate, la GIS è la scelta preferita grazie alla sua struttura compatta e alle eccellenti prestazioni di isolamento.
Tuttavia, le sottostazioni di classe 110 kV affrontano molte sfide durante l'installazione dell'equipaggiamento GIS. Queste includono la posizionamento preciso dell'equipaggiamento, connessioni elettriche complesse e la messa in servizio e il collaudo del sistema. Inoltre, la progettazione ingegneristica delle sottostazioni deve anche tenere conto dello spazio per l'operatività e la manutenzione dell'equipaggiamento, assicurando che tutti i componenti elettrici funzionino in modo affidabile e possano essere facilmente aggiornati o mantenuti in futuro.
Requisiti di Installazione per l'Equipaggiamento GIS nelle Sottostazioni 110 kV
I principali vantaggi dell'equipaggiamento GIS certificato IEC 62271-203 risiedono nel suo design compatto e nelle ottime prestazioni elettriche, consentendogli di gestire la trasmissione e distribuzione di corrente ad alta tensione in uno spazio limitato. Pertanto, durante l'installazione nelle sottostazioni 110 kV, è necessario considerare con precisione la configurazione dell'equipaggiamento, la disposizione spaziale e la compatibilità con i sistemi esistenti.
In primo luogo, prima dell'installazione, è necessario misurare le dimensioni della posizione predefinita per l'installazione e assicurarsi che questa posizione possa soddisfare i requisiti ambientali per il funzionamento dell'equipaggiamento, come temperatura, umidità e resistenza sismica. Questo passaggio è cruciale, poiché le prestazioni dell'equipaggiamento GIS certificato IEC 62271-203 sono significativamente influenzate dall'ambiente di installazione.
In secondo luogo, è necessario elaborare un piano accurato per lo schema di installazione elettrica per garantire che tutte le connessioni elettriche vengano eseguite in stretto accordo con le specifiche del produttore e in conformità con gli standard di sicurezza della rete elettrica statale. Ciò include la progettazione e la disposizione del sistema di messa a terra, dei percorsi dei cavi e dei sistemi di protezione per l'equipaggiamento GIS certificato IEC 62271-203. Ogni aspetto deve essere implementato con precisione per evitare qualsiasi potenziale rischio di sicurezza.
Tecnologia di Installazione dell'Equipaggiamento GIS
Trasporto e Preparazione dell'Equipaggiamento
Durante il trasporto, l'equipaggiamento GIS, composto da pesanti involucri metallici (tipicamente diversi tonnellate) e componenti elettrici sensibili, richiede un controllo delle vibrazioni entro 3-60 Hz e un'accelerazione ≤0,3g (accelerazione gravitazionale). I protocolli di trasporto devono conformarsi agli standard per l'equipaggiamento elettrico per minimizzare gli shock ai componenti sensibili e ridurre i tassi di guasto prima dell'installazione.
L'imballaggio dovrebbe utilizzare materiali antivibranti e impermeabili. Ad esempio, gli interruttori principali devono essere completamente avvolti in schiuma di almeno 10 cm di spessore e rinforzati con gusci rigidi in PVC, secondo le specifiche del produttore. I desiccanti devono mantenere l'umidità interna ≤40% per prevenire l'ingresso di umidità.
Le condizioni di stoccaggio richiedono un controllo della temperatura tra -10°C e 40°C con umidità relativa ≤70% per proteggere i materiali metallici e isolanti. Le aree di stoccaggio devono essere protette dalle interferenze elettromagnetiche, dalla polvere e dagli agenti corrosivi. Dato che il peso dell'equipaggiamento GIS spesso supera i 25 tonnellate, l'attrezzatura di sollevamento deve avere una capacità ≥30 tonnellate con stabilità conforme ai requisiti di costruzione. Le velocità di manovra non dovrebbero superare i 2 m/min per evitare danni da impatto.
I test preliminari sul sito sono critici, inclusi la resistenza d'isolamento, la resistenza di messa a terra e i controlli di fase. Tutti i risultati devono conformarsi agli standard per garantire che le prestazioni dell'equipaggiamento soddisfino le specifiche di progettazione. I requisiti tecnici per il trasporto e la preparazione sono dettagliati nella Tabella 1. Inoltre, il prezzo dell'interruttore 145kV è un fattore chiave nell'acquisto e nella valutazione del costo complessivo del progetto.
Maneggio e Posizionamento dell'Equipaggiamento
Quando si sposta l'equipaggiamento GIS, il carico di progettazione dell'attrezzatura di sollevamento è solitamente superiore del 25% o più al peso dell'equipaggiamento per garantire un margine di sicurezza durante il processo di spostamento. Ad esempio, se il peso del modulo GIS è di 20 tonnellate, allora il gru adottata deve avere una capacità di sollevamento di almeno 25 tonnellate. Allo stesso tempo, la stabilità del gru deve essere valutata per prevenire il rovesciamento a causa di deviazioni del carico durante l'operazione. Durante il trasporto effettivo dell'equipaggiamento GIS, la velocità di trasporto non dovrebbe superare i 2 m/min. Ciò può ridurre le vibrazioni e i potenziali danni all'equipaggiamento causati da una velocità eccessiva. Prima di ogni spostamento, è necessario verificare se c'è spazio sufficiente e una superficie di supporto stabile lungo il percorso per evitare il ribaltamento o la caduta dell'equipaggiamento a causa di un terreno irregolare. Nel processo di posizionamento, l'accuratezza è un fattore cruciale. La deviazione posizionale dell'installazione dell'equipaggiamento GIS deve essere controllata entro ±5 mm per garantire la corretta connessione delle interfacce dell'equipaggiamento e l'integrità del sistema. L'ottenimento di questa precisione è solitamente assistito da telemetri laser ad alta precisione e livelli elettronici per il posizionamento. Il lavoro preparatorio al punto di installazione include la misurazione della piana del terreno, con uno standard di non oltre 3 mm di differenza di altezza per metro quadrato. Il requisito ambientale per l'installazione dell'equipaggiamento GIS è che il numero di particelle con diametro superiore a 0,5 μm nell'aria dell'area di installazione non deve superare 352.000 per metro cubo. Per questo motivo, è solitamente impostato un ambiente pulito temporaneo sul sito di installazione, e si utilizzano filtri HEPA (High-Efficiency Particulate Air) per mantenere la qualità dell'aria e prevenire l'ingresso di polvere e particelle nell'equipaggiamento durante il processo di installazione. I requisiti tecnici per il maneggio e il posizionamento dell'equipaggiamento sono mostrati nella Tabella 2.
Assemblaggio dei Componenti
Le giunzioni dei componenti devono presentare un'altissima prestazione di sigillamento per prevenire perdite di gas. Per l'equipaggiamento GIS, il tasso di perdita annuale di gas SF₆ non dovrebbe superare lo 0,5%. Questo indicatore è direttamente correlato alla forza di isolamento e alla resistenza all'arco dell'equipaggiamento. Per soddisfare questo requisito, il materiale del guarnizione utilizzato nel processo di assemblaggio deve avere eccellenti proprietà di resistenza termica e pressione. Inoltre, la compressione del guarnizione dovrebbe essere del 35%-50% per garantire l'efficacia del sigillamento a lungo termine.
Durante l'operazione specifica di assemblaggio dei componenti, tutti i punti di connessione devono essere serrati con una chiave dinamometrica secondo la coppia di serraggio specificata dal produttore. Ad esempio, per i bulloni di connessione che portano principalmente la corrente, la coppia di serraggio dovrebbe essere di 100-120 N·m per garantire la stabilità e l'affidabilità della connessione elettrica.
Connessioni Elettriche
Il compito primario delle connessioni elettriche è garantire che tutti i componenti conduttori e i punti di connessione abbiano una sufficiente conduttività elettrica e stabilità meccanica. Durante il processo di connessione, la coppia di serraggio in tutti i punti di connessione elettrica deve conformarsi ai requisiti specificati dal produttore per garantire connessioni ferme e stabili a lungo termine. Tutti i bulloni e le superfici di contatto devono subire un'adeguata pulizia e trattamento preventivo, che solitamente coinvolge la rimozione degli strati ossidativi e l'applicazione di lubrificanti conduttivi per ridurre la resistenza di contatto.
La misurazione della resistenza di contatto è un passaggio cruciale nel controllo di qualità delle connessioni elettriche. La resistenza di contatto nei punti di connessione non dovrebbe superare il livello micro-ohm, con valori specifici determinati in base al tipo e alle dimensioni della giunzione [5]. Per soddisfare questo standard, ogni punto di connessione deve essere testato utilizzando un tester di resistenza di precisione per garantire che tutte le connessioni rientrino nell'intervallo di resistenza specificato.
In ambienti ad alta tensione, l'isolamento elettrico è anche un aspetto vitale delle connessioni elettriche. Ogni punto di connessione e componente isolante deve resistere a almeno 1,5 volte la tensione operativa normale. Per l'equipaggiamento GIS 110 kV, ciò significa resistere a una tensione minima di 165 kV. Trattamenti idrorepellenti e antiumidità per tutte le connessioni elettriche sono essenziali, specialmente per le strutture di sottostazione che operano in ambienti esterni o umidi. Giunzioni e dispositivi terminali dovrebbero utilizzare tecnologie di sigillamento che soddisfino le classi di protezione IP65 o superiori per prevenire l'ingresso di umidità e contaminanti nel sistema elettrico. I requisiti tecnici chiave per le connessioni elettriche sono mostrati nella Tabella 3.
Test di Messa in Servizio
I test di messa in servizio iniziano generalmente con test a livello unità e procedono gradualmente a test di sistema complessivo. Nei test di resistenza d'isolamento, l'obiettivo è garantire che tutti i materiali di isolamento elettrico rimangano in buone condizioni e siano privi di potenziali danni subiti durante il processo di installazione. Per valutare la forza di isolamento dell'equipaggiamento GIS, sono necessari test di resistenza a tensione. Per l'equipaggiamento GIS 110 kV, la tensione di prova AC applicata nel test di resistenza a tensione è di almeno 230 kV, con una durata di 1 minuto, per esaminare le prestazioni del sistema in condizioni di alta tensione.
I test di scarica parziale (PD) sono particolarmente importanti per valutare la sicurezza dell'equipaggiamento GIS. La scarica parziale è un segno precoce della degradazione dei materiali di isolamento. Pertanto, il monitoraggio e il controllo dell'attività PD sono cruciali per prevenire i guasti dell'equipaggiamento. L'entità della scarica registrata durante il test non dovrebbe superare 5 pC. I test PD vengono eseguiti utilizzando dispositivi di rilevamento di emissione acustica a frequenze specifiche per garantire che tutte le attività di scarica rilevate siano correttamente identificate e valutate.
I test di operazione meccanica degli interruttori fanno parte dei test di messa in servizio. Questi includono multiple operazioni consecutive di apertura e chiusura degli interruttori. Tipicamente, sono richieste almeno 50 operazioni meccaniche senza guasti per verificare la loro affidabilità operativa. Il tempo di ogni operazione viene registrato e confrontato con il tempo di operazione standard fornito dal produttore, che è solitamente tra i 30-50 ms. I test di sincronizzazione del sistema sono anch'essi indispensabili. Questo test viene utilizzato per verificare la performance sincrona di componenti come interruttori e disgiuntori durante le operazioni reali. L'errore di sincronizzazione deve essere controllato entro ±10 ms per garantire che tutte le operazioni siano completate in modo fluido entro la finestra temporale richiesta dalla rete elettrica.
Infine, vengono eseguiti test di funzionalità del sistema complessivo, inclusa l'ispezione dei sistemi di protezione e controllo. Questo passaggio garantisce che tutti i relè di protezione, i moduli di controllo e i dispositivi di comunicazione possano rispondere correttamente a condizioni di guasto e operazione preimpostate. Durante il test, vengono simulate varie scenari di guasto per verificare il tempo di reazione e l'accuratezza dell'azione del sistema. Il tempo di reazione per tutte le azioni è generalmente richiesto di essere entro 100 ms.
Conclusione
L'applicazione dell'equipaggiamento GIS nelle sottostazioni 110 kV non solo ottimizza il processo di installazione esistente e migliora le prestazioni complessive del sistema, ma fornisce anche un forte supporto per gli avanzamenti tecnologici nell'industria elettrica. Approfondendo le tecniche di installazione dell'equipaggiamento GIS, si possono fornire materiali di riferimento preziosi ai progettisti. Ciò consente loro di prendere decisioni più scientifiche ed efficaci quando si confrontano con complesse sfide ingegneristiche, migliorando così il tasso di successo dei progetti di sottostazione.
