110kV変電所建設におけるGIS装置の設置技術に関する研究

ガス絶縁スイッチギア（GIS）は、遮断器、分離器、接地スイッチ、電流変換器、電圧変換器、避雷器、バスバー、コネクタ、および出力端子で構成されています。高い信頼性と安全性、比較的小さなスペース占有により、高電圧変電所の設計と建設に広く使用されています。都市や人口密集地域では、コンパクトな構造と優れた絶縁性能により、GISが選択されることが多いです。

しかし、110 kVクラスの変電所では、GIS設備の設置に多くの課題があります。これらには、精密な設備配置、複雑な電気接続、システムの調整と試験などが含まれます。さらに、変電所のエンジニアリング設計では、設備の操作とメンテナンスのためのスペースも考慮し、すべての電気部品が信頼性を持って動作し、将来簡単にアップグレードまたはメンテナンスできるようにする必要があります。

110 kV変電所におけるGIS設備の設置要件

IEC 62271-203認証のGIS設備の主な利点は、コンパクトな設計と優れた電気性能であり、限られたスペース内で高電圧電流の送電と配電を行うことができます。したがって、110 kV変電所での設置時には、設備の構成、空間レイアウト、既存システムとの互換性について精密に考慮する必要があります。

まず、設置前に予定された設置場所の寸法を測定し、この場所が温度、湿度、耐震性能などの設備運転の環境要件を満たしていることを確認する必要があります。このステップは非常に重要です。IEC 62271-203認証のGIS設備の性能は、設置環境によって大きく影響を受けます。

次に、電気設置計画を慎重に立て、すべての電気接続が製造元の仕様に従って厳密に行われ、国家電網の安全基準を満たすようにしなければなりません。これには、IEC 62271-203認証のGIS設備の接地システム、ケーブルルート、保護システムの設計とレイアウトが含まれます。各側面が正確に実施されなければ、潜在的な安全リスクを回避することはできません。

GIS設備の設置技術
設備の輸送と準備

輸送中に、重い金属ケース（通常は数トン）と敏感な電気部品で構成されるGIS設備は、3〜60 Hzの振動制御と加速度≦0.3g（重力加速度）が必要です。輸送プロトコルは、電子機器の標準に従って、敏感な部品への衝撃を最小限に抑え、設置前の故障率を減らす必要があります。

梱包には、振動耐性と防水性のある材料を使用します。例えば、主スイッチは、メーカーの仕様に従って厚さ≧10 cmのフォームで完全にラップし、硬質PVCシェルで補強する必要があります。乾燥剤は内部の湿度を≦40%に保ち、湿気の侵入を防ぎます。

保管条件では、金属と絶縁材料を保護するために、温度を-10℃から40℃に制御し、相対湿度を≦70%に維持する必要があります。保管場所は、電磁干渉、塵埃、腐食物質から保護する必要があります。GIS設備の重量がしばしば25トンを超えるため、リフティング設備は≧30トンの容量を持ち、建設要件に適合する安定性が必要です。取り扱い速度は2 m/minを超えてはならず、衝撃による損傷を避ける必要があります。

設置前の現場での試験は非常に重要であり、絶縁抵抗、接地抵抗、位相反転チェックが含まれます。すべての結果は標準に適合し、設備の性能が設計仕様を満たすことが必要です。輸送と準備に関する技術要件は表1に詳細に記載されています。また、145kV遮断器の価格は調達と全体プロジェクトコスト評価の重要な要素です。

設備の取り扱いと配置
GIS設備を移動する際、一般的なリフティング設備の設計負荷は通常、設備の自重より25%以上高く、移動過程での安全マージンを確保します。例えば、GISモジュールの重量が20トンの場合、使用するクレーンは少なくとも25トンの吊り上げ能力を持つ必要があります。同時に、クレーンの安定性を評価し、作業中に荷重の偏りによる倒壊を防ぐ必要があります。GIS設備の実際の輸送過程では、輸送速度は2 m/minを超えてはなりません。これにより、過度の速度による設備の振動と潜在的な損傷を減らすことができます。各移動の前に、経路上に十分なスペースと安定した支持面があるかどうかを確認し、不整地での作業による設備の傾きや落下を避ける必要があります。配置過程では、精度が重要な要素です。GIS設備の設置位置偏差は±5mm以内に制御され、設備インターフェースの正しい接続とシステムの整合性を確保する必要があります。この精度の実現には通常、高精度レーザー距離計と電子レベルを使用して位置決めを行います。設置点での準備作業には、地面の平坦性の測定が含まれ、1平方メートルあたりの高さ差は3mm以下が標準です。GIS設備の設置環境要件は、設置エリアの空気中の直径0.5μm以上の粒子数が1立方メートルあたり352,000個以下であることです。そのため、設置現場では通常、一時的なクリーンルーム環境を設け、高効率微粒子エア（HEPA）フィルターを使用して空気品質を維持し、設置過程で塵や粒子が設備内に入らないようにします。設備の取り扱いと配置に関する技術要件は表2に示されています。

部品組立

部品の接合部は、ガス漏れを防ぐために極めて高い密封性能を持つ必要があります。GIS設備の場合、SF₆ガスの年間漏洩率は0.5%以下でなければなりません。この指標は、設備の絶縁強度とアーク耐性能力に直接関連しています。この要件を満たすため、組立過程で使用するシールゴムの材質は、優れた耐熱性と耐圧性を持つ必要があります。さらに、シールゴムの圧縮設定は35%〜50%でなければならず、長期的な密封効果を確保します。

具体的な部品組立操作では、すべての接続点は、製造元が指定したトルクでトルクレンチを使用して締め付けられます。例えば、主に電流を伝導する接続ボルトのトルクは100〜120 N・mで、電気接続の安定性と信頼性を確保します。

電気接続

電気接続の主要な任務は、すべての導体部品と接続点が十分な電気導通性と機械的安定性を持つことを確保することです。接続過程では、すべての電気接続点のトルクは、製造元が指定した要件に従って、堅固で長期的に安定した接続を保証する必要があります。すべてのボルトと接触面は適切な清掃と前処理を受ける必要があります。これは通常、酸化層の除去と導電性潤滑剤の塗布を含み、接触抵抗を減らします。

接触抵抗の測定は、電気接続の品質管理において重要なステップです。接続点の接触抵抗はマイクロオームレベルを超えてはならず、具体的な値は接続部の種類とサイズによって決定されます[5]。この基準を満たすため、各接続点は精密抵抗計を使用してテストされ、すべての接続が指定された抵抗範囲内にあることを確認する必要があります。

高電圧環境では、電気絶縁も電気接続の重要な側面です。各接続点と絶縁部品は、少なくとも通常の動作電圧の1.5倍を耐えられる必要があります。110 kV GIS設備の場合、これは最低でも165 kVを耐えられることを意味します。防水と防湿処理はすべての電気接続にとって不可欠であり、特に屋外や湿度の高い環境で動作する変電所施設においては特に重要です。接続部と端末装置は、IP65以上の保護等級を満たすシーリング技術を使用して、水分や汚染物質が電気システムに入らないようにする必要があります。電気接続に関する主要な技術要件は表3に示されています。

調整試験

調整試験は通常、ユニットレベルの試験から始まり、徐々に全体システムの試験へと進展します。絶縁抵抗試験では、すべての電気絶縁材料が良好な状態で、設置過程で発生する可能性のある損傷がないことを確認します。GIS設備の絶縁強度を評価するためには、耐電圧試験が必要です。110 kV GIS設備の場合、耐電圧試験で適用される交流試験電圧は少なくとも230 kVで、持続時間は1分間で、高電圧条件下でのシステムの性能を検証します。

部分放電（PD）試験は、GIS設備の安全性評価において特に重要です。部分放電は絶縁材料の劣化の初期兆候です。したがって、PD活動の監視と制御は、設備の故障を防ぐ上で重要です。試験中に記録される放電量は5 pCを超えてはなりません。PD試験は特定の周波数で音響放出検出装置を使用して行われ、すべての検出された放電活動が適切に識別され評価されるようにします。

遮断器の機械動作試験も調整試験の一部です。これは、遮断器の複数回の連続開閉動作を含みます。通常、少なくとも50回の機械動作に失敗しないことを確認して、その動作信頼性を検証します。各動作の時間は記録され、製造元が提供する標準動作時間（通常30〜50 ms）と比較されます。システム同期試験も不可欠です。この試験は、実際に動作する際に遮断器や分離器などの部品の同期性能を検証するために使用されます。同期誤差は±10 ms以内に制御され、電力網が要求する時間枠内ですべての動作が円滑に完了するようにします。

最後に、全体システム機能試験が行われ、保護制御システムの検査が含まれます。このステップでは、すべての保護リレー、制御モジュール、通信デバイスが事前に設定された故障と動作条件に対して正しく応答できることを確認します。試験中には、さまざまな故障シナリオがシミュレーションされ、システムの反応時間と動作精度が検証されます。すべての動作の反応時間は通常100 ms以内と求められます。

結論

110 kV変電所でのGIS設備の適用は、既存の設置プロセスを最適化し、全体的なシステム性能を向上させるとともに、電力産業の技術革新に強力な支援を提供します。GIS設備の設置技術に深く掘り下げることで、デザイナーに貴重な参考資料を提供することができます。これにより、複雑なエンジニアリング課題に直面したときに、より科学的かつ効果的な決定を下すことができ、変電所プロジェクトの成功率を向上させることができます。