Pētījums par GIS ierīču uzstādīšanas tehnoloģiju 110 kV pārvadātavas būvniecībā

Gāzē insulētās uzlādes (GIS) ierīces sastāv no strāvas atsekošanas automātiem, atsekošanas līdzekļiem, zemes apjukšanas spēkiem, strāvas transformatoriem, sprieguma transformatoriem, pārpiekāju aizsargiem, šķidrādu trassām, savienojumiem un izlidošanas termināļiem. Ar augstāku uzticamību, drošību un salīdzinoši mazu telpu ieņemšanu, tā tiek plaši izmantota augstsprieguma pārvadājumu staciju projektēšanā un būvniecībā. Pilsētu un blīvi apdzīvotajos rajonos GIS ir izvēlētais risinājums, ņemot vērā tās kompakto struktūru un izcilās izolācijas īpašības.

Tomēr 110 kV klases pārvadājumu stacijām, instalējot GIS ierīces, jāsaskaras ar daudziem izaicinājumiem. Tie ietver precīzu ierīču pozicionēšanu, sarežģītus elektriskos savienojumus un sistēmas ieviešanu un testēšanu. Tāpat pārvadājumu staciju inženierzinātniskajā plānā jāņem vērā telpa ierīču darbībai un apkopei, nodrošinot, ka visi elektriskie komponenti darbojas uzticami un var viegli tikt atjaunināti vai apkopoti nākotnē.

110 kV pārvadājumu stacijās instalējamās GIS ierīces prasības

IEC 62271-203 sertificētās GIS ierīces galvenās priekšrocības atrodas tās kompaktnajā dizainā un izcilajās elektriskajās īpašībās, kas ļauj tos veikt augstsprieguma strāvas pārvadāšanu un sadalīšanu ierobežotā telpā. Tādēļ, instalējot 110 kV pārvadājumu stacijās, jāņem precīza rēķins ar ierīču konfigurāciju, telpisku izkārtojumu un saderību ar esošajām sistēmām.

Pirmkārt, pirms instalēšanas, jāmēra iepriekš noteiktā instalēšanas vietas izmēri, un jānodrošina, ka šī vieta atbilst ierīču darbības vides prasībām, piemēram, temperatūrai, mitrumam un seismiskajai izturībai. Šis solis ir būtisks, jo IEC 62271-203 sertificētās GIS ierīces veiktspēja būtiski atkarīga no instalēšanas vides.

Otrkārt, jāveido rūpīgs plāns elektriskajam instalēšanas shēmai, lai nodrošinātu, ka visi elektriskie savienojumi tiek veikti stingri saskaņā ar ražotāja specifikācijām un atbilst Valsts tīkla drošības standartiem. Tas ietver arī zemes sistēmas, kabēļu maršrutu un IEC 62271-203 sertificēto GIS ierīču aizsardzības sistēmu dizainu un izkārtojumu. Katrs aspekts jāievieš precīzi, lai izvairītos no jebkādiem potenciālajiem drošības riskiem.

GIS ierīču instalēšanas tehnoloģija
ierīču transportēšana un sagatavošana

Transportēšanas laikā GIS ierīces, kas sastāv no smagiem metāla ārējiem korpusiem (parasti vairākas tonnas) un jūtīgām elektriskām detaļām, prasa vibrācijas kontrolēšanu 3–60 Hz diapazonā un paātrinājumu ≤0,3g (gravitācijas paātrinājums). Transporta protokoli jāievēro, lai samazinātu jūtīgo detaļu triecienu un samazinātu iepriekšējo instalācijas neveiksmju skaitu.

Iepakojumā jāizmanto vibrācijas noturīgi un ūdensnietiekli materiāli. Piemēram, galvenie slēdzieni jāpaklāj ar vismaz 10 cm biezu muļķu un jāpalielina ar cietiem PVC putniem, saskaņā ar ražotāja specifikācijām. Saussprāvis jāuzturu internālā mitruma līmenī ≤40%, lai novērstu mitruma ieeju.

Krājēšanas nosacījumi prasa temperatūras kontrolēšanu starp -10°C un 40°C ar relatīvo mitrumu ≤70%, lai aizsargātu metāla un izolācijas materiālus. Krājēšanas vietas jāaizsargā no elektromagnētiskās interferences, putekļa un korižu vielām. Ņemot vērā, ka GIS ierīču svars bieži pārsniedz 25 tonnas, paceltās ierīces jāspēj pacelt vismaz 30 tonnas ar stabilitāti, kas atbilst būvniecības prasībām. Pārvadāšanas ātrums nedrīkst pārsniegt 2 m/min, lai izvairītos no impulsa kaitējuma.

Pirms instalēšanas vietējie testi ir būtiski, tostarp izolācijas rezistences, zemes rezistences un fāzes pārbaudes. Visi rezultāti jāatbilst standartiem, lai nodrošinātu, ka ierīču veiktspēja atbilst projekta specifikācijām. Tehniskās prasības transportēšanai un sagatavošanai aprakstītas Tabulā 1. Papildus tam, 145kV strāvas atsekošanas automāta cena ir galvenais faktors piegādē un kopējā projekta izmaksu novērtēšanā.

Ierīču pārvešana un pozicionēšana
Pārvadājot GIS ierīces, parasti izmantojamā paceltās ierīces projektēšanas slodze ir vismaz 25% lielāka par ierīču savu svaru, lai nodrošinātu drošības mākoņu pārvešanas procesā. Piemēram, ja GIS moduļa svars ir 20 tonnas, tad jāizmanto paceltās ierīces ar vismaz 25 tonnu paceltspēju. Tāpat paceltās ierīces stabilitātei jāveic novērtējums, lai novērstu to krenšanos slodzes novirzes dēļ darbības laikā. Faktiskajā GIS ierīču pārvadāšanas procesā pārvadāšanas ātrums nedrīkst pārsniegt 2 m/min. Tas samazina vibrāciju un potenciālo kaitējumu, ko var izraisīt pārāk liels ātrums. Pirms katra pārvadāšanas gājiena jāpārbauda, vai ceļā ir pietiekams telpas apjoms un stabils atbalstošs virsma, lai izvairītos no ierīču krenšanās vai krituma neatbilstošā zemes virsma dēļ. Pozicionēšanas procesā precizitāte ir būtiska faktora. Instalējot GIS ierīces, pozicionēšanas novirzei jākontrolē ±5 mm, lai nodrošinātu pareizu ierīču interfeisu savienojumu un sistēmas veselību. Šī precizitātes sasniegšanai parasti palīdz augstprecīzās lazeres attālumu mērītāji un elektroniskie līmeņmērītāji pozicionēšanai. Instalēšanas punktā sagatavošanas darbi ietver arī zemes plakanuma mērīšanu, ar standartu, ka kvadrātmētra augstuma atšķirība nedrīkst pārsniegt 3 mm. Instalējot GIS ierīces, vides prasība ir, ka instalēšanas teritorijas gaisā lielāki par 0,5 μm diametru daudzums nedrīkst pārsniegt 352 000 kubikmetru. Tādēļ, instalēšanas vietā parasti tiek izveidots pagaidu tīrs istabas vidi, un izmanto augstefektīvus partikulu filtres, lai uzturētu gaisa kvalitāti un novērstu putekļa un partikulu ieeju ierīcēm instalēšanas procesā. Tehniskās prasības ierīču pārvešanai un pozicionēšanai redzamas Tabulā 2.

Komponenšu montāža

Komponenšu savienojumiem jābūt ļoti augstai izolācijas veiktspējai, lai novērstu gāzes noplūšanu. GIS ierīcēm SF₆ gāzes gada noplūšanas līmenis nedrīkst pārsniegt 0,5%. Šis rādītājs tieši saistīts ar ierīču izolācijas stiprumu un loka izturību. Lai apmierinātu šo prasību, montāžas procesā izmantotajam izolācijas gāzkrājuma materiālam jābūt izcilām temperatūras un spiediena izturības īpašībām. Turklāt gāzkrājuma kompresijas iestatījums jābūt 35%–50%, lai nodrošinātu ilgtermiņa izolācijas efektivitāti.

Konkrētā komponenšu montāžas operācijā visi savienojumi jāuzstaipā ar momenta rāmis, saskaņā ar ražotāja norādīto momentu. Piemēram, galvenajiem strāvas nesējiem jābūt momentam 100–120 N·m, lai nodrošinātu elektriskā savienojuma stabilitāti un uzticamību.

Elektriski savienojumi

Elektriskā savienojuma galvenais uzdevums ir nodrošināt, ka visi elektriski vedēji un savienojuma punkti parāda pietiekamu elektrisko vedību un mehānisko stabilitāti. Savienojuma procesā visiem elektriskajiem savienojuma punktiem jāievēro ražotāja norādītā momenta prasības, lai garantētu stiprus un ilgtermiņa stabilus savienojumus. Visi šķidrādi un kontaktvirsmas jāattīra un jāapgriež, parasti noņemot oksidu slāni un pielietojot elektriski vedīgu smaržu, lai samazinātu kontaktresistenci.

Kontaktresistences mērīšana ir būtisks solis elektriskā savienojuma kvalitātes kontrolei. Savienojuma punktu kontaktresistence nedrīkst pārsniegt mikrouomu līmeni, ar konkrētām vērtībām, kas noteiktas saskaņā ar savienojuma veida un izmēra [5]. Lai apmierinātu šo standartu, katrs savienojuma punkts jātestē ar precīzu reostata testeru, lai nodrošinātu, ka visi savienojumi atrodas noteiktajā rezistences diapazonā.

Augstsprieguma vides elektriskās izolācijas arī ir būtiska elektriskajiem savienojumiem. Katrs savienojuma punkts un izolācijas komponents jāiztur vismaz 1,5 reizes normālo darbības spriegumu. 110 kV GIS ierīcēm tas nozīmē, ka jāiztur vismaz 165 kV. Visiem elektriskajiem savienojumiem ir būtiski ūdensnietiekla un mitruma aizsardzības procedūras, īpaši pārvadājumu stacijām, kas darbojas ārpusē vai mitrumā. Savienojumi un beigu ierīces jāizmanto izolācijas tehnoloģijas, kas atbilst IP65 vai augstākajiem aizsardzības rādītājiem, lai novērstu mitruma un kontaminantu ieeju elektriskajā sistēmā. Galvenās elektriskā savienojuma tehnikas prasības redzamas Tabulā 3.

Uzsākšanas tests

Uzsākšanas testi parasti sākas ar vienības līmeņa testiem un pēc tam postupiski pāriet uz vispārējo sistēmas testiem. Izolācijas rezistences testos mērķis ir nodrošināt, ka visas elektriskās izolācijas materiālu saglabā labu stāvokli un nav potenciālas kaitējuma, kas radies instalēšanas procesā. Lai novērtētu GIS ierīču izolācijas stiprumu, nepieciešami izturības sprieguma testi. 110 kV GIS ierīcēm izturības sprieguma testa AC testa spriegums jābūt vismaz 230 kV, ar ilgumu 1 minūte, lai pārbaudītu sistēmas veiktspēju augstsprieguma apstākļos.

Daļējās deklastrācijas (PD) testi ir īpaši svarīgi, lai novērtētu GIS ierīču drošību. Daļējā deklastrācija ir agrīgs signāls par izolācijas materiālu degradāciju. Tādēļ, PD aktivitātes monitorings un kontrole ir būtisks faktors, lai novērstu ierīču kaitējumu. Testa laikā reģistrētais deklastrācijas daudzums nedrīkst pārsniegt 5 pC. PD testi tiek veikti, izmantojot akustiskās emisijas detektājus konkrētajos frekvences diapazonos, lai nodrošinātu, ka visi reģistrētie deklastrācijas notikumi tiek pareizi identificēti un novērtēti.

Strāvas atsekošanas automātu mehāniskie darbības testi arī ir daļa no uzsākšanas testiem. Tie ietver vairākus secīgu atsekošanas automātu atveršanas un aizveršanas darbības. Parasti nepieciešamas vismaz 50 bezkaitējumu mehāniskas darbības, lai pārbaudītu to darbības uzticamību. Katras darbības laiks tiek reģistrēts un salīdzināts ar ražotāja sniegto standarta darbības laiku, kas parasti ir 30–50 ms. Sistēmas sinhronizācijas testi arī ir nepieciešami. Šis tests tiek izmantots, lai pārbaudītu komponentu, piemēram, strāvas atsekošanas automātu un atsekošanas līdzekļu, sinhronizācijas veiktspēju faktiskajā darbībā. Sinhronizācijas kļūda jākontrolē ±10 ms robežās, lai nodrošinātu, ka visas darbības tiek veiktas gludi tīkla prasīto laika logā.

Visbeidzot, tiek veikti vispārējie sistēmas funkcijas testi, tostarp aizsardzības un kontrolēšanas sistēmu pārbaude. Šis solis nodrošina, ka visi aizsardzības releji, kontrolēšanas moduļi un sakariekārtas pareizi reaģē uz iepriekš noteiktām kļūdas un darbības situācijām. Dažādas kļūdas situācijas tiek simulētas testa laikā, lai pārbaudītu sistēmas reaģēšanas laiku un darbības precizitāti. Visu darbību reaģēšanas laiks parasti jābūt 100 ms robežās.

Secinājums

GIS ierīču izmantošana 110 kV pārvadājumu stacijās ne tikai optimizē esošo instalēšanas procesu un uzlabo vispārējo sistēmas veiktspēju, bet arī nodrošina spēcīgu atbalstu tehnoloģisko progresu enerģētikas nozarē. Izmantojot GIS ierīču instalēšanas tehnoloģiju, var nodrošināt vērtīgu referenču materiālu projektētājiem. Tas ļauj viņiem pieņemt zinātniskākus un efektīvākus lēmumus, saskaroties ar sarežģītiem inženierzinātniskajiem izaicinājumiem, tādējādi uzlabojot pārvadājumu staciju projektu panākumus.