Исследование технологии установки оборудования GIS при строительстве подстанции 110 кВ

Газоизолированное коммутационное оборудование (GIS) состоит из выключателей, разъединителей, заземляющих ножей, трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, ограничителей перенапряжения, шин, соединителей и выводных терминалов. Благодаря высокой надежности, безопасности и относительно небольшому занимаемому пространству, оно широко используется при проектировании и строительстве высоковольтных подстанций. В городских и густонаселенных районах GIS является предпочтительным выбором благодаря своей компактной конструкции и отличным диэлектрическим характеристикам.

Однако при установке оборудования GIS на подстанциях класса 110 кВ возникает множество проблем. К ним относятся точное позиционирование оборудования, сложные электрические соединения, а также ввод системы в эксплуатацию и испытания. Кроме того, при проектировании подстанций необходимо учитывать пространство для эксплуатации и обслуживания оборудования, обеспечивая надежную работу всех электрических компонентов и возможность их легкой модернизации или обслуживания в будущем.

Требования к установке оборудования GIS на подстанциях 110 кВ

Основные преимущества сертифицированного по стандарту IEC 62271-203 оборудования GIS заключаются в его компактной конструкции и отличных электрических характеристиках, что позволяет ему осуществлять передачу и распределение высокого напряжения в ограниченном пространстве. Поэтому при установке на подстанциях 110 кВ необходимо точно учитывать конфигурацию оборудования, пространственную планировку и совместимость с существующими системами.

Прежде всего, до установки следует измерить размеры заранее определенного места установки и убедиться, что это место соответствует требованиям окружающей среды для работы оборудования, таким как температура, влажность и сейсмическая устойчивость. Этот шаг крайне важен, так как производительность сертифицированного по стандарту IEC 62271-203 оборудования GIS значительно зависит от условий установки.

Во-вторых, необходимо тщательно спланировать схему электрической установки, чтобы все электрические соединения выполнялись в строгом соответствии с техническими условиями производителя и соответствовали требованиям безопасности Государственной сети. Это включает в себя проектирование и размещение системы заземления, трасс кабелей и защитных систем для сертифицированного по стандарту IEC 62271-203 оборудования GIS. Каждый аспект должен быть точно реализован, чтобы избежать потенциальных рисков безопасности.

Технология установки оборудования GIS
Транспортировка и подготовка оборудования

При транспортировке оборудования GIS, состоящего из тяжелых металлических корпусов (обычно несколько тонн) и чувствительных электрических компонентов, требуется контроль вибрации в диапазоне 3-60 Гц и ускорение ≤0,3g (ускорение свободного падения). Протоколы транспортировки должны соответствовать стандартам электрического оборудования, чтобы минимизировать удары по чувствительным компонентам и снизить вероятность отказов до установки.

Упаковка должна использовать виброустойчивые и водонепроницаемые материалы. Например, главные выключатели должны быть полностью обернуты пеной толщиной ≥10 см и усилены жесткими ПВХ-оболочками в соответствии с техническими условиями производителя. Сорбенты должны поддерживать внутреннюю влажность ≤40%, чтобы предотвратить попадание влаги.

Условия хранения требуют контроля температуры в диапазоне от -10°C до 40°C с относительной влажностью ≤70% для защиты металла и диэлектрических материалов. Места хранения должны быть защищены от электромагнитных помех, пыли и коррозионных агентов. Учитывая, что вес оборудования GIS часто превышает 25 тонн, подъемное оборудование должно иметь грузоподъемность ≥30 тонн, а стабильность должна соответствовать требованиям строительства. Скорость перемещения не должна превышать 2 м/мин, чтобы избежать повреждений от ударов.

Предварительные испытания на месте установки являются критически важными, включая измерение сопротивления изоляции, сопротивления заземления и проверку фаз. Все результаты должны соответствовать стандартам, чтобы гарантировать, что производительность оборудования соответствует проектным спецификациям. Технические требования к транспортировке и подготовке подробно описаны в таблице 1. Кроме того, цена выключателя 145 кВ является ключевым фактором при закупках и оценке общей стоимости проекта.

Перемещение и позиционирование оборудования
При перемещении оборудования GIS расчетная нагрузка общего подъемного оборудования обычно превышает собственный вес оборудования более чем на 25%, чтобы обеспечить запас безопасности при перемещении. Например, если вес модуля GIS составляет 20 тонн, то используемый кран должен иметь грузоподъемность не менее 25 тонн. Одновременно необходимо оценить устойчивость крана, чтобы предотвратить его опрокидывание из-за отклонения нагрузки во время работы. Во время фактической транспортировки оборудования GIS скорость перемещения не должна превышать 2 м/мин. Это помогает снизить вибрацию и потенциальные повреждения оборудования, вызванные чрезмерной скоростью. Перед каждым перемещением необходимо проверить, достаточно ли места и стабильна ли поверхность пути, чтобы избежать наклона или падения оборудования из-за работы на неровной поверхности. В процессе позиционирования точность является ключевым фактором. Отклонение при установке оборудования GIS должно контролироваться в пределах ±5 мм, чтобы обеспечить правильное соединение интерфейсов оборудования и целостность системы. Реализация этой точности обычно осуществляется с помощью высокоточных лазерных дальномеров и электронных уровней. Подготовительные работы на месте установки включают измерение плоскости земли, где допустимое отклонение высоты не должно превышать 3 мм на квадратный метр. Требование к окружающей среде при установке оборудования GIS — количество частиц с диаметром больше 0,5 μм в воздухе зоны установки не должно превышать 352 000 на кубический метр. Для этого на месте установки обычно создается временная чистая зона, и используются высокоэффективные воздушные фильтры (HEPA) для поддержания качества воздуха и предотвращения попадания пыли и частиц в оборудование во время процесса установки. Технические требования к перемещению и позиционированию оборудования показаны в таблице 2.

Сборка компонентов

Соединения компонентов должны обладать исключительно высокой герметичностью, чтобы предотвратить утечку газа. Для оборудования GIS годовая утечка газа SF₆ не должна превышать 0,5%. Этот показатель напрямую связан с диэлектрической прочностью и способностью оборудования противостоять дуге. Чтобы удовлетворить этому требованию, материал уплотнительных прокладок, используемых в процессе сборки, должен обладать отличными температурными и давлением свойствами. Кроме того, степень сжатия прокладки должна составлять 35-50%, чтобы обеспечить долгосрочную герметичность.

Во время конкретной операции сборки компонентов все точки соединения должны затягиваться динамометрическим ключом в соответствии с моментом, указанным производителем. Например, для болтов, которые в основном проводят ток, момент должен составлять 100-120 Н·м, чтобы обеспечить стабильность и надежность электрического соединения.

Электрические соединения

Основная задача электрических соединений — обеспечить, чтобы все проводящие компоненты и точки соединения демонстрировали достаточную электрическую проводимость и механическую стабильность. В процессе соединения момент на всех электрических точках соединения должен соответствовать требованиям, указанным производителем, чтобы гарантировать прочные и долгосрочно стабильные соединения. Все болты и контактные поверхности должны пройти соответствующую очистку и предварительную обработку, обычно включающую удаление оксидных слоев и нанесение проводящих смазок для снижения контактного сопротивления.

Измерение контактного сопротивления является важным этапом контроля качества электрических соединений. Контактное сопротивление на точках соединения не должно превышать микроОмного уровня, с конкретными значениями, определяемыми в зависимости от типа и размера соединения [5]. Для соответствия этому стандарту каждая точка соединения должна тестироваться с помощью прецизионного измерителя сопротивления, чтобы убедиться, что все соединения находятся в указанном диапазоне сопротивления.

В условиях высокого напряжения электрическая изоляция также является важным аспектом электрических соединений. Каждая точка соединения и изолирующий компонент должны выдерживать как минимум 1,5 раза нормальное рабочее напряжение. Для оборудования GIS 110 кВ это означает, что они должны выдерживать минимальное напряжение 165 кВ. Гидроизоляция и защита от влаги для всех электрических соединений являются необходимыми, особенно для подстанционных объектов, работающих на открытом воздухе или во влажных условиях. Соединения и терминальные устройства должны использовать технологии герметизации, соответствующие классу защиты IP65 или выше, чтобы предотвратить попадание влаги и загрязняющих веществ в электрическую систему. Основные технические требования к электрическим соединениям показаны в таблице 3.

Испытания при вводе в эксплуатацию

Испытания при вводе в эксплуатацию обычно начинаются с испытаний на уровне отдельных блоков и постепенно переходят к испытаниям всей системы. В испытаниях на сопротивление изоляции целью является обеспечение, чтобы все электрические изоляционные материалы оставались в хорошем состоянии и не были повреждены в процессе установки. Для оценки прочности изоляции оборудования GIS необходимы испытания на выдерживание напряжения. Для оборудования GIS 110 кВ переменное испытательное напряжение, применяемое в испытаниях на выдерживание напряжения, составляет не менее 230 кВ, с продолжительностью 1 минута, чтобы проверить работу системы при высоком напряжении.

Испытания на частичные разряды (PD) имеют особое значение для оценки безопасности оборудования GIS. Частичные разряды являются ранним признаком деградации изоляционных материалов. Поэтому мониторинг и контроль активности PD критически важны для предотвращения отказов оборудования. Значение разряда, зарегистрированное во время испытания, не должно превышать 5 пК. Испытания на частичные разряды проводятся с использованием устройств акустической эмиссии на определенных частотах, чтобы убедиться, что все обнаруженные разрядные явления правильно идентифицированы и оценены.

Механические испытания выключателей также являются частью испытаний при вводе в эксплуатацию. Они включают в себя несколько последовательных операций отключения и включения выключателей. Обычно требуется не менее 50 механических операций без отказа, чтобы подтвердить их надежность. Время каждой операции записывается и сравнивается со стандартным временем, указанным производителем, которое обычно составляет 30-50 мс. Также необходимы испытания на синхронизацию системы. Эти испытания используются для проверки синхронной работы компонентов, таких как выключатели и разъединители, в реальных условиях. Погрешность синхронизации должна контролироваться в пределах ±10 мс, чтобы обеспечить, что все операции завершаются в установленное сетью время.

Наконец, проводятся общие функциональные испытания системы, включая проверку систем защиты и управления. Этот шаг гарантирует, что все защитные реле, модули управления и средства связи могут правильно реагировать на предустановленные условия аварий и работы. В ходе испытаний моделируются различные сценарии аварий, чтобы проверить время реакции системы и точность действий. Время реакции на все действия, как правило, должно быть в пределах 100 мс.

Заключение

Применение оборудования GIS на подстанциях 110 кВ не только оптимизирует существующий процесс установки и улучшает общую производительность системы, но и предоставляет мощную поддержку для технологических инноваций в энергетической отрасли. Глубокое изучение технологий установки оборудования GIS может предоставить ценные справочные материалы для проектировщиков. Это позволит им принимать более научные и эффективные решения при столкновении с сложными инженерными задачами, что, в свою очередь, повысит успех проектов подстанций.