Forskning på installasjonsteknologi for GIS-utstyr i anlegget av 110 kV-transformasjonsstasjon

Gassisoleret spenningsutstyr (GIS) består av strømbrytere, skilleknapper, jordingskilleknapper, strømtransformatorer, spenningstransformatorer, overvoltagebeskyttere, busser, kobler og utgangsterminaler. Med høyere pålitelighet, sikkerhet og relativt liten plassbeholder, blir det bredt brukt i design og konstruksjon av høyspenningsanlegg. I byområder og tette befolkningsområder er GIS foretrukket valg på grunn av sin kompakte struktur og fremragende isolasjonsytelse.

Imidlertid står 110 kV-klassens anlegg overfor mange utfordringer under installasjon av GIS-utstyr. Dette inkluderer nøyaktig plassering av utstyr, komplekse elektriske forbindelser, samt systemkommissjonering og testing. I tillegg må anleggets tekniske design også ta hensyn til plassen for utstyrsdrift og vedlikehold, med sikte på at alle elektriske komponenter fungerer pålitelig og kan enkelt oppgraderes eller vedlikeholdes i fremtiden.

Installasjonskrav for GIS-utstyr i 110 kV-anlegg

De sentrale fordeler ved IEC 62271-203-sertifisert GIS-utstyr ligger i dets kompakte design og fremragende elektriske ytelse, som gjør at det kan håndtere overføring og distribusjon av høystrøm i begrenset rom. Derfor må det under installasjon i 110 kV-anlegg legges stor vekt på utstyrskonfigurasjon, romlig oppsett og kompatibilitet med eksisterende systemer.

Først må dimensjonene til den forhåndsbestemte installasjonslokasjonen måles, og det må sikres at denne lokasjonen kan oppfylle miljøkravene for utstyrets drift, som temperatur, fuktighet og seismisk ytelse. Dette trinnet er avgjørende, da ytelsen til IEC 62271-203-sertifisert GIS-utstyr er betydelig påvirket av installasjonsmiljøet.

For det andre skal et omhyggelig plan for elektrisk installasjonsskjema utarbeides for å sikre at alle elektriske forbindelser utføres i streng overensstemmelse med produsentens spesifikasjoner og samsvarer med statlige nettverks sikkerhetsstandarder. Dette inkluderer design og oppsett av jordingsystem, kabelbaner og beskyttelsessystemer for IEC 62271-203-sertifisert GIS-utstyr. Hver aspekt må implementeres nøyaktig for å unngå potensielle sikkerhetsrisikoer.

Installasjonsteknologi for GIS-utstyr
Transport av utstyr og forberedelser

Under transport krever GIS-utstyr, som består av tunge metallbeholder (typisk flere tonn) og sensitive elektriske komponenter, vibrasjonkontroll innen 3–60 Hz og akselerasjon ≤0,3g (tyngdeakselerasjon). Transportprotokoller må følge elektriske utstyrsstandarder for å minimere sjokk til sensitive komponenter og redusere feilrater før installasjon.

Emballasje bør bruke vibrasjonsresistente og vannavvisende materialer. For eksempel må hovedbryterne være fullstendig pakket i ≥10 cm tykk skum og forsterket med stive PVC-skaller, ifølge produsentens spesifikasjoner. Tørkemiddel skal opprettholde intern fuktighet ≤40% for å forhindre fuktighetens inntrang.

Lagringsbetingelser krever temperaturkontroll mellom -10°C og 40°C med relativ fuktighet ≤70% for å beskytte metall og isolasjonsmaterialer. Lagringsområder må være skjermet mot elektromagnetisk støy, støv og korrodenter. Ettersom GIS-utstyr ofte veier over 25 tonn, må heiseutstyr ha kapasitet ≥30 tonn med stabilitet som oppfyller bygningskrav. Håndteringshastigheter bør ikke overskride 2 m/min for å unngå påslagsskader.

Forkontroll på stedet er viktig, inkludert isolasjonsmotstand, jordingsmotstand og fasestyring. Alle resultater må oppfylle standarder for å sikre at utstyrsytelsen samsvarer med designspesifikasjoner. Tekniske krav for transport og forberedelser er detaljert i tabell 1. I tillegg er prisen på 145 kV-strømbryter en viktig faktor i innkjøp og totalprosjektkostnadsevaluering.

Håndtering og plassering av utstyr
Når GIS-utstyr flyttes, er det vanlige løftningsutstyrets designbelastning vanligvis mer enn 25% høyere enn utstyrets egenvekt for å sikre en sikkerhetsmargin under flyttingen. For eksempel, hvis vekten av GIS-modulen er 20 tonn, må kranen som benyttes ha en løftekapasitet på minst 25 tonn. Samtidig skal kranens stabilitet evalueres for å unngå at den tipper over på grunn av lasteforskyvninger under operasjon. Under den faktiske transporten av GIS-utstyr, bør transportfarten ikke overskride 2 m/min. Dette kan redusere vibrasjon og potensiell skade på utstyret som følge av for høy fart. Før hver flytting, er det nødvendig å sjekke om det er tilstrekkelig plass og stabil støtteflate langs ruten for å unngå at utstyret tilter eller faller på grunn av operasjon på ujevnt terreng. I posisjonsprosessen er nøyaktighet en viktig faktor. Posisjonsavviket ved installasjon av GIS-utstyr må kontrolleres innen ±5 mm for å sikre riktig kobling av utstyrsgränser og integriteten i systemet. Realiseringen av denne nøyaktigheten skjer vanligvis med hjelp av høypræcis laseravstandsmåler og elektroniske niveller for posisjonering. Forberedelsesarbeidet på installasjonspunktet inkluderer måling av bakkenivået, med en standard på ikke mer enn 3 mm i høydeforskjell per kvadratmeter. Miljøkravet for installasjon av GIS-utstyr er at antallet partikler med diameter større enn 0,5 μm i luften i installasjonsområdet ikke skal overskride 352 000 per kubikkmeter. Derfor settes vanligvis opp et midlertidig rencentralmiljø på installasjonsplassen, og høyeffektive partikelfiltre (HEPA) brukes for å opprettholde luftkvaliteten og forhindre at støv og partikler kommer inn i utstyret under installasjonsprosessen. De tekniske kravene for håndtering og posisjonering av utstyr er vist i tabell 2.

Komponentmontering

Koblinger av komponenter må ha ekstremt høy tettetegnsevne for å forhindre gasslek. For GIS-utstyr bør SF₆-gassens årlige lekkasje ikke overstige 0,5%. Dette indikatoren er direkte knyttet til utstyrets isolasjonsstyrke og buelmodstandsdyktighet. For å oppfylle dette kravet, må tettpakningsmaterialet som brukes i monteringsprosessen, ha fremragende temperatur- og trykkbestandighet. I tillegg bør tettpakningens komprimeringsinnstilling være 35%–50% for å sikre langvarig tettetegnsevne.

Under den spesifikke operasjonen med komponentmontering, må alle koblingspunkter strammes med et momentnøkkel i henhold til momentet spesifisert av produsenten. For eksempel, for de koblingsbolter som hovedsakelig bærer strøm, bør momentet være 100–120 N·m for å sikre stabilitet og pålitelighet i elektrisk kobling.

Elektriske koblinger

Den primære oppgaven for elektriske koblinger er å sikre at alle ledende komponenter og koblingspunkter viser tilstrekkelig elektrisk ledeevne og mekanisk stabilitet. Under koblingsprosessen må momentet på alle elektriske koblingspunkter være i samsvar med produsentens spesifikasjoner for å sikre faste og langvarig stabile koblinger. Alle bolter og kontaktflater må undergå passende rensing og forhåndsbehandling, typisk involverende fjerning av oksidlag og anvendelse av ledeglidemiddel for å redusere kontaktmotstand.

Måling av kontaktmotstand er et viktig trinn i kvalitetskontroll av elektriske koblinger. Kontaktmotstanden ved koblingspunkter bør ikke overstige mikro-ohmnivå, med spesifikke verdier fastsatt etter koblings type og størrelse [5]. For å oppfylle denne standarden, må hvert koblingspunkt testes med en presis motstandsmåler for å sikre at alle koblinger ligger innenfor den spesifiserte motstandsbredde.

I høyspenningsmiljøer er også elektrisk isolasjon en viktig del av elektriske koblinger. Hvert koblingspunkt og isolerende komponent må standholde minst 1,5 ganger normal driftsspennings. For 110 kV GIS-utstyr betyr dette å standholde minst 165 kV. Vandtette og fuktighetstette behandlinger for alle elektriske koblinger er essensielle, spesielt for anleggsfasiliteter som opererer i utendørs eller fuktige miljøer. Koblinger og sluttede enheter bør bruke tetteteknologier som oppfyller IP65 eller høyere beskyttelsesklasse for å forhindre at fuktighet og forurensninger kommer inn i elektrisk system. De viktigste tekniske kravene for elektriske koblinger er vist i tabell 3.

Kommissjoneringstester

Kommissjoneringstester starter generelt med enhetsnivåtester og gradvis over til helhetlige systemtester. I isolasjonsmotstandstester har målet å sikre at alle elektriske isolasjonsmaterialer holder seg i godt stand og er fri fra potensiell skade oppstått under installasjonen. For å vurdere isolasjonsstyrken til GIS-utstyr, er det nødvendig med standfasthetstester. For 110 kV GIS-utstyr, er det minst 230 kV vekselspenning som må anbringes i standfasthetstesten, med varighet på 1 minutt, for å undersøke systemets ytelse under høyspenningsforhold.

Delvis utslipp (PD) tester er spesielt viktige for å evaluere sikkerheten til GIS-utstyr. Delvis utslipp er et tidlig tegn på nedbryting av isolasjonsmaterialer. Derfor er overvåking og kontroll av PD-aktivitet nødvendig for å forhindre utstyrsfeil. Mængden utslipp registrert under testen bør ikke overstige 5 pC. PD-tester utføres med akustisk emisjonsdeteksjonsenheter på spesifikke frekvenser for å sikre at alle registrerte utslippsaktiviteter blir riktig identifisert og vurdert.

Mekaniske driftstester av strømbrytere er også en del av kommissjoneringstestene. Dette involverer flere consecutive åpning og lukking av strømbryterne. Typisk kreves minst 50 mekaniske operasjoner uten feil for å verifisere deres driftsfiabilitet. Tiden for hver operasjon registreres og sammenlignes med standardoperasjonstiden gitt av produsenten, som vanligvis ligger mellom 30–50 ms. Systemsynkroniseringstester er også uunngåelige. Denne testen brukes for å verifisere synkroniseringsytelsen til komponenter som strømbrytere og skilleknapper under faktiske operasjoner. Synkroniseringsfeilen må kontrolleres innen ±10 ms for å sikre at alle operasjoner fullføres smidig innenfor tidsvinduet kreves av strømnätet.

Til slutt utføres helhetlige systemfunksjonstester, inkludert inspeksjon av beskyttelses- og kontrollsystemer. Dette trinnet sikrer at alle beskyttelsesreléer, kontrollmoduler og kommunikasjonsenheter kan riktig reagere på forhåndsbestemte feil- og driftsforhold. Forskjellige feilsituasjoner simuleres under testen for å verifisere systemets reaksjonstid og handlingsnøyaktighet. Reaksjonstiden for alle handlinger kreves generelt å være innen 100 ms.

Konklusjon

Bruken av GIS-utstyr i 110 kV-anlegg optimiserer ikke bare den eksisterende installasjonsprosessen og forbedrer den totale systemytelsen, men gir også sterkt støtte for teknologisk fremgang i energibransjen. Ved å dykke ned i installasjonsteknikker for GIS-utstyr, kan verdifulle referansematerialer leveres til designere. Dette lar dem ta mer vitenskapelige og effektive beslutninger når de står overfor komplekse ingeniørutfordringer, noe som øker suksessraten for anleggsprosjekter.