Istraživanje tehnologije montaže GIS opreme prilikom izgradnje 110 kV podstajnice

Gas Insulated Switchgear (GIS) sastoji se od prekidnika struje, preključivača, zemljača, transformatora struje, transformatora napona, zaštitnih uređaja od grešaka naponskih talasa, busbarova, konektora i izlaznih terminala. S većom pouzdanosti, bezbednošću i relativno malim zauzetim prostorom, široko se koristi u projektovanju i izgradnji visokonaponskih podstaniča. U urbanoj i gusto naseljenim regionima, GIS je preferirana opcija zbog kompaktnog dizajna i odlične izolacione performanse.

Međutim, 110 kV - klasni podstaniči suočavaju se sa mnogo izazova tokom instalacije GIS opreme. Ovi uključuju preciznu pozicioniranje opreme, složene električne veze, kao i komisijonsko testiranje sistema. Takođe, inženjerski dizajn podstaniča mora uzeti u obzir i prostor za rad i održavanje opreme, obezbeđujući da svi električni elementi fizički pouzdano rade i mogu lako biti nadograđeni ili održavani u budućnosti.

Zahtevi za instalaciju GIS opreme u 110 kV podstaničima

Glavne prednosti IEC 62271 - 203 sertifikovane GIS opreme leže u njenom kompaktnom dizajnu i odličnim električnim performansama, omogućavajući prenos i distribuciju visokonaponskog toka unutar ograničenog prostora. Stoga, tokom instalacije u 110 kV podstaničima, potrebno je precizno razmotriti konfiguraciju opreme, prostornu raspodelu, kao i kompatibilnost sa postojećim sistemima.

Prvo, pre instalacije, dimenzije prethodno određenog lokacije instalacije treba meriti, a mora se osigurati da ta lokacija ispunjava okružne zahteve za rad opreme, kao što su temperatura, vlažnost i seizмичка одузетност. Овај корак је критичан, јер се перформансе IEC 62271 - 203 сертификоване GIS опреме значајно утичу окружном средином инсталације.

Drugo, treba izraditi pažljiv plan za električnu instalacijsku shemu kako bi se osiguralo da sve električne veze se vrše u strogo skladu sa proizvođačkim specifikacijama i u skladu sa bezbednosnim standardima Državnog mreže. To uključuje dizajn i raspored zemljačkog sistema, putanje kabla i zaštitnih sistema za IEC 62271 - 203 sertifikovanu GIS opremu. Svaki aspekt mora biti precizno implementiran kako bi se izbegle bilo kakve potencijalne bezbednosne rizike.

Tehnologija instalacije GIS opreme
Transport i priprema opreme

Tokom transporta, GIS oprema – koja uključuje teške metalne kućišta (obično nekoliko tona) i osetljive električne komponente – zahteva kontrolu vibracija u opsegu od 3–60 Hz i akceleraciju ≤0,3g (gravitaciona akceleracija). Transportni protokoli moraju prati standarde električne opreme kako bi se smanjila vibracija osetljivih komponenti i smanjila stopa propala pre instalacije.

Ambalaža treba da koristi materijale otporne na vibracije i vodu. Na primer, glavni prekidnici moraju biti potpuno zapakirani u pufo ≥10 cm debljinu i pojačani čvrstim PVC ljuskom, prema specifikacijama proizvođača. Sušilice treba da održavaju unutrašnju vlažnost ≤40% kako bi se sprečilo ulaganje vlage.

Uslovi skladištenja zahtevaju kontrolu temperature između -10°C i 40°C sa relativnom vlažnošću ≤70% kako bi se zaštitili metalički i izolacioni materijali. Skladišne zone moraju biti zaštićene od elektromagnetne interferencije, prašine i korozivnih agensa. Zbog toga što GIS oprema često prelazi 25 tona, podignosna oprema mora imati kapacitet ≥30 tona sa stabilnošću koja zadovoljava graditeljske zahteve. Brzina rukovanja ne sme prelaziti 2 m/min kako bi se izbegla oštećenja od udara.

Pre-instanalaciono testiranje na mestu je ključno, uključujući testiranje otpornosti na izolaciju, zemljačke otpornosti i faze. Svi rezultati moraju biti u skladu sa standardima kako bi se osiguralo da performanse opreme odgovaraju projektantskim specifikacijama. Tehnički zahtevi za transport i pripremu detaljno su navedeni u Tabeli 1. Takođe, cena prekidnika od 145 kV je ključan faktor u nabavci i proceni ukupne projektnoj ceni.

Rukovanje i pozicioniranje opreme
Kada se premesta GIS oprema, dizajnska opterećenja opšte podignosne opreme obično su viša od 25% od sopstvene težine opreme kako bi se osigurala sigurnosna margina tokom procesa premestanja. Na primer, ako težina GIS modula iznosi 20 tona, onda se koristi grue sa podignosnom sposobnošću najmanje 25 tona. Istovremeno, stabilnost grue treba oceniti kako bi se sprečilo prevrtanje zbog odstupanja opterećenja tokom rada. Tokom stvarnog transporta GIS opreme, brzina transporta ne sme prelaziti 2 m/min. To može smanjiti vibracije i potencijalno oštećenje opreme zbog prevelike brzine. Pre svakog premestanja, potrebno je proveriti da li postoji dovoljno prostora i stabilna podloga na putanji kako bi se sprecilo nagibanje ili pad opreme zbog rada na neravnoj površini. U procesu pozicioniranja, preciznost je ključni faktor. Pozicione odstupanje pri instalaciji GIS opreme mora biti kontrolisano unutar ±5 mm kako bi se osigurala tačna veza interfejsa opreme i integritet sistema. Realizacija ove preciznosti obično se pomaže visoko preciznim lazer-sklopovima za mere i elektronskim nivoima za pozicioniranje. Pripremna radna na mestu instalacije uključuje merenje ravnotegu zemlje, sa standardom da visinska razlika ne prelazi 3 mm po kvadratnom metru. Okružni zahtev za instalaciju GIS opreme je da broj čestica prečnika većeg od 0,5 µm u vazduhu instalacionog područja ne prelazi 352.000 po kubnom metru. Zbog toga, obično se postavlja privremeni čist zatvoreni prostor na mestu instalacije, a koriste se visoko-efikasni partikularni filtri (HEPA) kako bi se održala kvalitet vazduha i sprečio ulazak prašine i čestica u opremu tokom procesa instalacije. Tehnički zahtevi za rukovanje i pozicioniranje opreme prikazani su u Tabeli 2.

Montaža komponenti

Spojevi komponenti moraju imati izuzetno visoku zatvorenost kako bi se sprecio izlaz gasa. Za GIS opremu, godišnja stopa gubitka SF₆ gasa ne sme prelaziti 0,5%. Ovaj pokazatelj je direktno vezan za izolacionu snagu i otpornost na lukove. Da bi se ispunio ovaj zahtev, materijal upotrebљен за прстенове мора имати изузетне термалне и притиснске својства. Такође, степен компресије прстена треба да буде 35% - 50% како би се осигурао дугорочни ефекат тешкога.

Tоком специфичног рада монтаже компоненти, све тачке везе морају бити стегнуте торшним клјучем преМА што је наведено производачем. На пример, за спајање болтова који главно nose strujу, torznі momеnt treba da bude 100 - 120 N·m kako bi se osigurala stabilnost i pouzdanost električne veze.

Električne veze

Primarni zadatak električnih veza jeste da se osigura da svi vodljivi elementi i tačke veze imaju dovoljnu električnu vodljivost i mehaničku stabilnost. Tоком процеса повезивања, torque на свим електричким тачкама везе мора бити у складу са захтевима производача како би се гарантовале цврсте и дугорочне стабилне везе. Сви болтови и контактне површине морају пройти одговарајућу чишћењу и предобработку, обично укључујући уклањање оксидних слојева и примену проводних лубрикансима како би се смањила отпорност контакта.

Мерење отпорности контакта је важан корак у контроли квалитета електричних веза. Отпорност контакта на тачкама везе не смее прелазити микро-ом ниво, а конкретне вредности су одређене према типу и величини спајања [5]. Да би се испунио овај стандард, свака тачка везе мора бити тестирана коришћењем прецизних резистивних тестера како би се осигурало да све везе падају у одређени опсег отпорности.

У високонапонским окружењима, електрична изолација такође је важно аспект електричних веза. Свака тачка везе и изолациони елементи морају издносити најмање 1,5 пута нормалну рабочу напону. За 110 kV GIS опрему, то значи да мора издносити најмање 165 kV. Водостопне и влажности третманти за све електричке везе су неопходни, посебно за подстанционе објекте који раде у спољашњим или влажним условима. Спојеви и крајњи уређаји треба да користе технологије затварања које задовољавају заштитну класу IP65 или више како би се спречило улазак влаге и загађиваца у електрични систем. Кључни технички захтеви за електричним везама су приказани у Табели 3.

Komisijonski testovi

Komisijonski testovi obično počinju sa jedinicičnim testovima i postepeno napreduju ka testovima celog sistema. U testovima otpornosti na izolaciju, cilj je da se osigura da svi električni izolacioni materijali ostaju u dobrom stanju i da nisu oštećeni tokom procesa instalacije. Da bi se procenila izolaciona snaga GIS opreme, potrebni su testovi izdržljivosti na napon. Za 110 kV GIS opremu, AC testni napon koji se primenjuje u testu izdržljivosti na napon iznosi najmanje 230 kV, sa trajanjem od 1 minut, kako bi se ispitao performansi sistema pod uslovima visokog naponskog napona.

Testovi parcijalne emitacije (PD) su posebno važni za procenu bezbednosti GIS opreme. Parcijalna emitacija je rani znak degradacije izolacionih materijala. Stoga, monitoring i kontrola PD aktivnosti su ključni za sprečavanje propala opreme. Količina emitacije zabeležena tokom testa ne smee prelaziti 5 pC. Testovi PD se obavljaju pomoću uređaja za detektovanje akustičke emitacije na specifičnim frekvencijama kako bi se osiguralo da su svi otkrivene emitacije pravilno identifikovane i procenjene.

Mehanički testovi radnog prekidnika takođe su deo komisijonskih testova. Ovi uključuju višestruka uzastopna otvaranja i zatvaranja prekidnika. Obično, bar 50 mehaničkih operacija bez propala su potrebne kako bi se verifikovala njihova operativna pouzdanost. Vreme svake operacije se beleži i upoređuje sa standardnim vremenom operacije koje pruža proizvođač, obično između 30-50 ms. Testovi sinkronizacije sistema su takođe neophodni. Ovaj test se koristi da bi se verifikovala sinkronizacija komponenti, kao što su prekidnici i preključivači, tokom stvarnih operacija. Greška sinkronizacije mora biti kontrolisana unutar ±10 ms kako bi se osiguralo da su sve operacije uspešno završene u vremenskom prozoru zahtevanom od strane električne mreže.

Na kraju, obavljeni su testovi funkcionalnosti celog sistema, uključujući pregled sistema zaštite i kontrole. Ovaj korak osigurava da svi zaštitni releji, kontrolni moduli i komunikacioni uređaji ispravno reagiraju na predefinisane scenarije grešaka i radne uslove. Različiti scenariji grešaka se simuliraju tokom testa kako bi se verifikovalo vreme reakcije i tačnost akcija sistema. Vreme reakcije za sve akcije obično mora biti unutar 100 ms.

Zaključak

Primena GIS opreme u 110 kV podstaničima ne samo optimizuje postojeći proces instalacije i poboljšava ukupne performanse sistema, već pruža i jaku podršku tehnološkim napredcima u energetskom sektoru. Dublje istraživanje tehnikama instalacije GIS opreme može pružiti dragocjene referentne materijale za dizajnere. To im omogućava da donesu znanstvenije i efikasnije odluke kada su suočeni sa složenim inženjerskim izazovima, time unapređujući uspešnost projekata podstaniča.