Badania nad technologią montażu sprzętu GIS w budowie stacji transformatorowej 110 kV
Gazowe obudowy rozłączników (GIS) składają się z przełączników, rozłączników, przestawiaczy ziemnych, transformatorów prądowych, transformatorów napięciowych, ograniczników napięcia, szyn, łączników i wyprowadzeń. Dzięki wyższej niezawodności, bezpieczeństwu i stosunkowo małemu zużyciu przestrzeni, są szeroko stosowane w projektowaniu i budowie stacji elektrowni wysokiego napięcia. W obszarach miejskich i gęsto zaludnionych GIS jest preferowanym wyborem ze względu na swoją zwartą konstrukcję i doskonałe właściwości izolacyjne.
Jednak podczas instalacji sprzętu GIS w stacjach 110 kV występuje wiele wyzwań. Do tych wyzwań należą precyzyjne pozycjonowanie sprzętu, skomplikowane połączenia elektryczne oraz uruchamianie i testowanie systemu. Ponadto projekt inżynieryjny stacji musi również uwzględniać przestrzeń do obsługi i konserwacji sprzętu, zapewniając, że wszystkie elementy elektryczne działają niezawodnie i mogą być łatwo modernizowane lub utrzymywane w przyszłości.
Wymagania dotyczące instalacji sprzętu GIS w stacjach 110 kV
Główne zalety certyfikowanego sprzętu GIS zgodnego z normą IEC 62271-203 polegają na jego zwartej konstrukcji i doskonałych właściwościach elektrycznych, co umożliwia przesyłanie i dystrybucję prądu wysokiego napięcia w ograniczonej przestrzeni. Dlatego podczas instalacji w stacjach 110 kV należy dokładnie uwzględnić konfigurację sprzętu, układ przestrzenny i zgodność z istniejącymi systemami.
Po pierwsze, przed instalacją należy zmierzyć wymiary wcześniej wyznaczonego miejsca instalacji i upewnić się, że to miejsce spełnia warunki środowiskowe niezbędne do działania sprzętu, takie jak temperatura, wilgotność i odporność na trzęsienia ziemi. Ten krok jest kluczowy, ponieważ wydajność sprzętu GIS z certyfikatem IEC 62271-203 znacznie zależy od środowiska instalacji.
Po drugie, należy dokładnie opracować plan schematu instalacji elektrycznej, aby zapewnić, że wszystkie połączenia elektryczne są wykonane w ścisłym zgodzie z specyfikacjami producenta i zgodnie z normami bezpieczeństwa Państwowego Sieci Elektrycznej. Obejmuje to projekt i układ systemu uziemienia, tras kabli i systemów ochrony dla sprzętu GIS z certyfikatem IEC 62271-203. Każdy aspekt musi być precyzyjnie zrealizowany, aby uniknąć potencjalnych ryzyk związanych z bezpieczeństwem.
Technologia instalacji sprzętu GIS
Transport i przygotowanie sprzętu
Podczas transportu sprzęt GIS – składający się z ciężkich metalowych obudów (zwykle kilka ton) i czułych komponentów elektrycznych – wymaga kontroli drgań w zakresie 3–60 Hz i przyspieszenia ≤0,3g (przyspieszenie ziemskie). Protokoły transportowe muszą przestrzegać standardów sprzętu elektrycznego, aby zminimalizować wstrząsy dla czułych komponentów i zredukować awarie przed instalacją.
Opakowania powinny korzystać z materiałów odpornych na wibracje i wodoodpornych. Na przykład główne przełączniki muszą być całkowicie owinięte pianką o grubości ≥10 cm i wzmacniane sztywnymi obudowami PVC, zgodnie ze specyfikacjami producenta. Sachary powinny utrzymywać wewnętrzną wilgotność ≤40%, aby zapobiec penetracji wilgoci.
Warunki przechowywania wymagają kontroli temperatury między -10°C a 40°C z względną wilgotnością ≤70%, aby chronić metale i materiały izolacyjne. Obszary przechowywania muszą być chronione przed interferencją elektromagnetyczną, kurzem i substancjami korodującymi. Biorąc pod uwagę, że masa sprzętu GIS często przekracza 25 ton, urządzenia do podnoszenia muszą mieć przepustowość ≥30 ton, a stabilność musi spełniać wymagania budowlane. Prędkość obsługi nie powinna przekraczać 2 m/min, aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych uderzeniami.
Krytyczne jest przeprowadzenie testów na miejscu przed instalacją, w tym oporu izolacji, oporu uziemienia i sprawdzenia faz. Wszystkie wyniki muszą być zgodne ze standardami, aby zagwarantować, że wydajność sprzętu spełnia specyfikacje projektowe. Techniczne wymagania dotyczące transportu i przygotowania są szczegółowo opisane w Tabeli 1. Ponadto cena przełącznika 145 kV jest kluczowym czynnikiem w zakupach i ocenie kosztów ogółu projektu.
Obsługa i pozycjonowanie sprzętu
Podczas przemieszczania sprzętu GIS, ładunek projektowy typowego urządzenia do podnoszenia jest zwykle co najmniej 25% wyższy niż własna waga sprzętu, aby zapewnić margines bezpieczeństwa podczas procesu przemieszczania. Na przykład, jeśli waga modułu GIS wynosi 20 ton, to używany dźwig musi mieć przepustowość co najmniej 25 ton. Jednocześnie należy ocenić stabilność dźwigu, aby zapobiec przewróceniu się przez odchylenie ładunku podczas pracy. Podczas rzeczywistego transportu sprzętu GIS, prędkość transportu nie powinna przekraczać 2 m/min. To może zredukować drgania i potencjalne uszkodzenia sprzętu spowodowane zbyt dużą prędkością. Przed każdym przemieszczeniem należy sprawdzić, czy na drodze jest wystarczająco dużo przestrzeni i stabilna powierzchnia podporowa, aby uniknąć przechylenia lub upadku sprzętu z powodu ruchu na nierównym terenie. W procesie pozycjonowania kluczowym czynnikiem jest dokładność. Odchylenie pozycyjne montażu sprzętu GIS musi być kontrolowane w granicach ± 5 mm, aby zapewnić prawidłowe połączenie interfejsów sprzętu i integralność systemu. Realizacja tej precyzji jest zwykle wspomagana przez wysokoprzecinkowe lasery pomiarowe i elektroniczne poziomice do pozycjonowania. Przygotowawcze prace w punkcie instalacji obejmują pomiary płaskości gruntu, z normą nie przekraczającą 3 mm różnicy wysokości na metr kwadratowy. Warunkiem instalacji sprzętu GIS jest, aby liczba cząstek o średnicy większej niż 0,5 μm w powietrzu obszaru instalacji nie przekraczała 352 000 na metr sześcienny. Dlatego na miejscu instalacji zwykle ustanawia się tymczasowe środowisko czyste, a filtry HEPA są wykorzystywane do utrzymania jakości powietrza i zapobiegania dostawaniu się kurzu i cząstek do sprzętu podczas procesu instalacji. Techniczne wymagania dotyczące obsługi i pozycjonowania sprzętu są przedstawione w Tabeli 2.
Montaż komponentów
Stawy komponentów muszą charakteryzować się ekstremalnie wysoką szczelnością, aby zapobiec przeciekom gazu. Dla sprzętu GIS roczna stopa przecieków SF₆ nie powinna przekraczać 0,5%. Ten wskaźnik jest bezpośrednio związany z siłą izolacji i odpornością na łuki elektryczne. Aby spełnić to wymaganie, materiał uszczelnika używany w procesie montażu musi charakteryzować się doskonałymi właściwościami odporności na temperaturę i ciśnienie. Ponadto nastawnia sprężystości uszczelnika powinna wynosić 35% - 50%, aby zapewnić długoterminową skuteczność uszczelniania.
Podczas konkretnych operacji montażu komponentów wszystkie punkty połączeń muszą być zaciskane kluczem momentowym zgodnie z momentem określonym przez producenta. Na przykład dla śrub połączeniowych, które głównie przewodzą prąd, moment powinien wynosić 100 - 120 N·m, aby zagwarantować stabilność i niezawodność połączenia elektrycznego.
Połączenia elektryczne
Głównym zadaniem połączeń elektrycznych jest zapewnienie, że wszystkie komponenty przewodzące i punkty połączeń mają wystarczającą przewodność elektryczną i mechaniczną stabilność. Podczas procesu połączeń, moment na wszystkich punktach połączeń elektrycznych musi być zgodny z wymaganiami określonymi przez producenta, aby zagwarantować mocne i długotrwałe stabilne połączenia. Wszystkie śruby i powierzchnie kontaktowe muszą podlegać odpowiednim czyszczeniu i wstępnej obróbce, zazwyczaj polegającej na usunięciu warstw tlenkowych i naniesieniu smarów przewodzących, aby zmniejszyć opór kontaktu.
Pomiar oporu kontaktowego jest kluczowym etapem kontroli jakości połączeń elektrycznych. Opór kontaktowy w punktach połączeń nie powinien przekraczać mikromohomowej wartości, z konkretnymi wartościami określonymi w zależności od rodzaju i wielkości stawu [5]. Aby spełnić ten standard, każdy punkt połączenia musi być przetestowany za pomocą precyzyjnego testeru oporu, aby zagwarantować, że wszystkie połączenia mieszczą się w określonym zakresie oporów.
W środowiskach wysokiego napięcia, izolacja elektryczna jest również kluczowym aspektem połączeń elektrycznych. Każdy punkt połączenia i komponent izolacyjny musi wytrzymać co najmniej 1,5 razy normalne napięcie robocze. Dla sprzętu GIS 110 kV oznacza to, że musi on wytrzymać co najmniej 165 kV. Traktowanie wodoszczelne i antykorozyjne wszystkich połączeń elektrycznych jest niezbędne, zwłaszcza dla obiektów stacji pracujących w środowisku zewnętrznym lub wilgotnym. Stawy i urządzenia końcowe powinny wykorzystywać technologie uszczelniające spełniające normy ochrony IP65 lub wyższe, aby zapobiec dostawaniu się wilgoci i zanieczyszczeń do systemu elektrycznego. Kluczowe techniczne wymagania dotyczące połączeń elektrycznych są przedstawione w Tabeli 3.
Testy uruchomieniowe
Testy uruchomieniowe zazwyczaj zaczynają się od testów na poziomie jednostki i stopniowo przechodzą do testów systemu ogólnego. W testach oporu izolacji celem jest zapewnienie, że wszystkie materiały izolacji elektrycznej pozostają w dobrym stanie i nie są uszkodzone podczas procesu instalacji. Aby ocenić siłę izolacji sprzętu GIS, niezbędne są testy wytrzymałościowe. Dla sprzętu GIS 110 kV, napięcie testowe przemiennego prądu stosowane w teście wytrzymałościowym wynosi co najmniej 230 kV, z czasem trwania 1 minutę, aby zbadać wydajność systemu w warunkach wysokiego napięcia.
Testy częściowego rozładowania (PD) są szczególnie ważne do oceny bezpieczeństwa sprzętu GIS. Częściowe rozładowanie jest wczesnym sygnałem degradacji materiałów izolacyjnych. Dlatego monitorowanie i kontrolowanie aktywności PD jest kluczowe do zapobiegania awariom sprzętu. Ilość rozładowania zarejestrowana podczas testu nie powinna przekraczać 5 pC. Testy PD są przeprowadzane za pomocą urządzeń detekcyjnych emisji akustycznej w określonych częstotliwościach, aby zapewnić, że wszystkie wykryte aktywności rozładowania są poprawnie identyfikowane i oceniane.
Testy mechaniczne przełączników są również częścią testów uruchomieniowych. Obejmują one wiele kolejnych operacji otwierania i zamykania przełączników. Zwykle wymagane jest co najmniej 50 operacji mechanicznych bez awarii, aby zweryfikować ich niezawodność operacyjną. Czas każdej operacji jest rejestrowany i porównywany z standardowym czasem operacji dostarczonym przez producenta, który zwykle mieści się w zakresie 30 - 50 ms. Testy synchronizacji systemu są również niezwykle istotne. Ten test służy do weryfikacji synchroniczności działania komponentów, takich jak przełączniki i rozłączniki, podczas rzeczywistej pracy. Błąd synchronizacji musi być kontrolowany w granicach ±10 ms, aby zapewnić, że wszystkie operacje są pomyślnie zakończone w oknie czasowym wymaganym przez sieć energetyczną.
Na końcu przeprowadzane są testy funkcjonalne całego systemu, w tym inspekcja systemów ochrony i sterowania. Ten krok zapewnia, że wszystkie relays ochronne, moduły sterujące i urządzenia komunikacyjne mogą poprawnie reagować na zdefiniowane scenariusze awarii i warunki pracy. Podczas testu symulowane są różne scenariusze awarii, aby zweryfikować czas reakcji i dokładność działania systemu. Czas reakcji dla wszystkich działań ogólnie wymagany jest, aby był poniżej 100 ms.
Podsumowanie
Zastosowanie sprzętu GIS w stacjach 110 kV nie tylko optymalizuje istniejący proces instalacji i zwiększa ogólne wydajność systemu, ale także zapewnia silne wsparcie dla postępów technologicznych w przemyśle energetycznym. Poprzez dogłębną analizę technologii instalacji sprzętu GIS można dostarczyć cenne materiały referencyjne dla projektantów. Umożliwia to podejmowanie bardziej naukowych i efektywnych decyzji w obliczu złożonych wyzwań inżynieryjnych, zwiększając tym samym sukces projekty stacji.
