110 kV Trafo İstasyonu İnşaatında GIS Ekipmanı Kurulum Teknolojisi Üzerine Araştırma

Gaz yalıtımlı anahtar ekipmanı (GIS), devre kesiciler, ayrıklayıcılar, topraklama anahtarlari, akım transformatörleri, voltaj transformatörleri, şimşek arresterleri, hat çubukları, konektörler ve çıkış terminallerinden oluşur. Daha yüksek güvenilirlik, güvenlik ve nispeten küçük alan kaplaması ile yüksek gerilimli alt istasyonların tasarımı ve inşaatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Şehir merkezleri ve yoğun nüfuslu bölgelerde, kompak yapısı ve mükemmel yalıtım performansı nedeniyle GIS tercih edilen seçenektir.

Ancak, 110 kV sınıfı alt istasyonlarında GIS ekipmanının kurulumu sırasında birçok zorlukla karşı karşıya kalınmaktadır. Bu zorluklar arasında hassas ekipman yerleştirimi, karmaşık elektriksel bağlantılar ve sistem komisyoning ve test işlemleri bulunmaktadır. Ayrıca, alt istasyonların mühendislik tasarımında ekipman işleme ve bakım için gerekli alan da dikkate alınmalıdır, böylece tüm elektriksel bileşenler güvenilir bir şekilde çalışabilsin ve gelecekte kolayca güncellenebilir veya bakımı yapılabilsin.

110 kV Alt İstasyonlarındaki GIS Ekipmanı Kurulum Gereksinimleri

IEC 62271 - 203 Sertifikalı GIS ekipmanının temel avantajları, kompak tasarımları ve mükemmel elektriksel performanslarıdır, bu sayede sınırlı alanda yüksek gerilimli akımın iletimi ve dağıtımını gerçekleştirebilir. Bu nedenle, 110 kV alt istasyonlarındaki kurulum sırasında, ekipman konfigürasyonu, mekanik düzen ve mevcut sistemlerle uyumluluk konularına dikkat edilmelidir.

İlk olarak, kurulum öncesi belirlenen kurulum yerinin boyutları ölçülmelidir ve bu yerin ekipmanın işlemesi için gerekli olan çevre koşullarını (sıcaklık, nem, deprem direnci gibi) sağlayabilmesi sağlanmalıdır. Bu adım çok önemlidir, çünkü IEC 62271 - 203 Sertifikalı GIS ekipmanının performansı kurulum çevresinden büyük ölçüde etkilenecektir.

İkinci olarak, elektriksel kurulum şeması için dikkatli bir plan hazırlanmalıdır, böylece tüm elektriksel bağlantılar üretici talimatlarına ve Devlet Ağının güvenlik standartlarına uygun olarak gerçekleştirilebilsin. Bu, IEC 62271 - 203 Sertifikalı GIS ekipmanı için topraklama sisteminin, kablo rotalarının ve koruma sistemlerinin tasarımı ve düzenlemesini içerir. Her bir yön doğru bir şekilde uygulanmalıdır, böylece herhangi bir potansiyel güvenlik riski önlenir.

GIS Ekipmanı Kurulum Teknolojisi
Ekipman Taşıma ve Hazırlık

Taşınırken, GIS ekipmanı - ağır metal kaplar (genellikle birkaç ton) ve hassas elektriksel bileşenlerden oluşur - 3-60 Hz frekans aralığında titreşim kontrolüne ve ivme ≤0.3g'ye (yerçekimi ivmesi) ihtiyaç duyar. Taşıma protokolleri hassas bileşenlere şok vermemek ve önkurulum arızalarını azaltmak için elektrik ekipmanı standartlarına uygun olmalıdır.

Paketleme, titreşim dirençli ve su geçirmez malzemeler kullanılmalıdır. Örneğin, ana anahtarlara en az 10 cm kalınlığında köpük ile tamamen sarılmalı ve sert PVC kabullerle güçlendirilmelidir, üretici talimatlarına uygun olarak. Kurutucular iç neme %40 veya daha az olması için kullanılmalıdır, nem girişi önlenmelidir.

Depolama koşulları, metali ve yalıtım malzemeleri korumak için -10°C ile 40°C arasında sıcaklık kontrolü ve %70 veya daha düşük bağıl nem gerektirir. Depolama alanları manyetik interferansa, toza ve aşındırıcı maddelere karşı korunmalıdır. GIS ekipmanlarının ağırlığı genellikle 25 tonu aştığından, kaldırma ekipmanının en az 30 ton kapasitesi olmalı ve inşaat gerekliliklerine uygun istikrarlı olmalıdır. İşleme hızları, darbe zararlarından kaçınmak için 2 m/dk'yi aşmamalıdır.

Kurulum öncesi saha testleri, yalıtım direnci, topraklama direnci ve faz kontrolleri dahil olmak üzere kritiktir. Tüm sonuçlar, ekipman performansının tasarım spesifikasyonlarına uyduğunu sağlamak için standartlara uygun olmalıdır. Taşıma ve hazırlık için teknik gereksinimler Tablo 1'de ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Ayrıca, 145kV devre kesici fiyatı, satın alma ve proje maliyet değerlendirmesi için önemli bir faktördür.

Ekipman Taşınması ve Yerleştirimi
GIS ekipmanını taşıırken, genel kaldırma ekipmanının tasarım yükü genellikle ekipmanın kendi ağırlığının %25'den fazlasıdır, böylece taşıma sürecinde bir güvenlik marjı sağlar. Örneğin, GIS modülü 20 ton ağırlığında olduğunda, kullanılan vinçin en az 25 ton kapasiteli olması gerekir. Aynı zamanda, vinçin istikrarı, operasyon sırasında yük sapması nedeniyle devrilmesini önlemek için değerlendirilmelidir. GIS ekipmanının gerçek taşınma sürecinde, taşınma hızı 2 m/dk'yi aşmamalıdır. Bu, aşırı hızdan kaynaklanan ekipmandaki titreşim ve potansiyel hasarlardan kaçınmak için yardımcı olur. Her hareket öncesinde, yolda yeterli alan ve sabit destek yüzeyi olup olmadığını kontrol etmek gerekir, böylece düz olmayan zemine operasyon sırasında ekipmanın eğilmesi veya düşmesi önlenir. Yerleştirme sürecinde, doğruluk çok önemli bir faktördür. GIS ekipmanının yerleştirilmesindeki pozisyon sapması, ekipman arayüzlerinin doğru bağlantısını ve sistemin bütünlüğünü sağlamak için ± 5mm içinde kontrol edilmelidir. Bu hassasiyetin gerçekleştirilmesi genellikle yüksek hassasiyetli lazer mesafe ölçüm cihazları ve elektronik seviye aygıtları ile yardımcı olunur. Kurulum noktasındaki hazırlık işleri, metre kare başına en fazla 3mm yükseklik farkı olan zemin düzgünlüğünün ölçülmesini içerir. GIS ekipmanının kurulumu için çevresel gereksinim, kurulum alanındaki hava içinde 0,5 μm çapından büyük parçacıkların sayısı, kübik metre başına 352.000'i aşmamasıdır. Bu nedenle, kurulum bölgesinde genellikle geçici bir temiz ortam oluşturulur ve yüksek etkinlikli partikül havuzu (HEPA) filtreleri, kurulum süreci boyunca toz ve parçacıkların ekipmana girmesini önlemek için hava kalitesini korumaya yardımcı olur. Ekipman taşınması ve yerleştirme için teknik gereksinimler Tablo 2'de gösterilmiştir.

Bileşen Montajı

Bileşen bağlantı noktaları, gaz sızıntısını önlemek için çok yüksek bir sıkıştırma performansına sahip olmalıdır. GIS ekipmanı için SF₆ gazının yıllık sızıntı oranı %0,5'i aşmamalıdır. Bu gösterge, ekipmanın yalıtım gücünü ve yayma direncini doğrudan etkiler. Bu gerekliliği karşılamak için montaj sürecinde kullanılan sıkıştırma yastığı malzemesi, mükemmel sıcaklık ve basınç dayanıklılığına sahip olmalıdır. Ayrıca, yastığın sıkıştırma ayarı, uzun vadeli sıkıştırma etkinliğini sağlamak için %35-50 arasında olmalıdır.

Bileşen montajının somut işlemi sırasında, tüm bağlantı noktaları üretici tarafından belirtilen tork değerine göre tork anahtarı ile sıkılmalıdır. Örneğin, ana akımı taşıyan bağlantı civatalarının torku 100-120 N·m olmalıdır, böylece elektriksel bağlantının istikrarlı ve güvenilir olmasını sağlar.

Elektriksel Bağlantılar

Elektriksel bağlantıların ilk görevi, tüm iletken bileşenlerin ve bağlantı noktalarının yeterli elektriksel iletki gücüne ve mekanik istikrarına sahip olmalarını sağlamaktır. Bağlantı sürecinde, tüm elektriksel bağlantı noktalarındaki tork, üretici tarafından belirtilen gereksinimlere uygun olmalıdır, böylece sağlam ve uzun vadede istikrarlı bağlantılar sağlanır. Tüm civata ve temas yüzeyleri uygun temizlik ve ön işleme tabi tutulmalıdır, genellikle oksitleme katmanlarının kaldırılması ve temas direncini azaltmak için iletken yağların uygulanması ile ilgilidir.

Temas direncinin ölçülmesi, elektriksel bağlantıların kalite kontrolündeki kritik bir adımdır. Bağlantı noktalarındaki temas direnci, mikro-ohm düzeyini aşmamalıdır, belirli değerler, bağlantı tipi ve boyutuna göre belirlenir [5]. Bu standarta uygun olarak, her bir bağlantı noktası, tüm bağlantıların belirli direnç aralığına girdiğini sağlamak için hassas direnç test cihazı ile test edilmelidir.

Yüksek gerilimli ortamlarda, elektriksel yalıtım da elektriksel bağlantıların önemli bir yönüdür. Her bir bağlantı noktası ve yalıtım bileşeni, en az normal çalışma geriliminin 1,5 katını dayanmalıdır. 110 kV GIS ekipmanı için bu, en az 165 kV dayanması anlamına gelir. Tüm elektriksel bağlantılar için su geçirmez ve nem geçirmez tedaviler, özellikle açık hava veya nemli ortamlarda çalışan alt istasyon tesisleri için hayati önem taşır. Bağlantı noktaları ve uç cihazlar, IP65 veya daha yüksek koruma derecelerine uyan sıkıştırma teknolojileri kullanarak elektrik sisteminin içine nem ve kirlerin girmesini önlemelidir. Elektriksel bağlantılar için ana teknik gereksinimler Tablo 3'te gösterilmiştir.

Komisyon Testleri

Komisyon testleri genellikle birim düzeyinde testlerle başlar ve son olarak genel sistem testlerine ilerler. Yalıtım direnci testlerinde, amacı tüm elektriksel yalıtım malzemelerinin iyi durumda olduğunu ve kurulum sürecindeki potansiyel hasarlardan arınmış olduğunu güvence altına almaktır. GIS ekipmanının yalıtım gücünü değerlendirmek için dayanma gerilimi testleri gerekir. 110 kV GIS ekipmanı için, dayanma gerilimi testinde uygulanan AC test gerilimi en az 230 kV'dır, 1 dakika süren, yüksek gerilim koşullarında sistemin performansını incelemek için kullanılır.

Kısmi salınımlar (PD) testleri, GIS ekipmanının güvenliği açısından özellikle önemlidir. Kısmi salınımlar, yalıtım malzemenin erimesinin erken bir belirtisi olabilir. Bu nedenle, PD faaliyetlerinin izlenmesi ve kontrol edilmesi, ekipman arızalarını önlemek için kritik öneme sahiptir. Test sırasında kaydedilen salınımların miktarı 5 pC'yi aşmamalıdır. PD testleri, belirli frekanslarda akustik emisyon algılama cihazları kullanılarak yapılır, böylece tüm algılanan salınımlar doğru bir şekilde tanımlanır ve değerlendirilir.

Devre kesicilerin mekanik operasyon testleri de komisyon testlerinin bir parçasıdır. Bu, devre kesicilerin birden fazla kez ardışık açma ve kapatma işlemlerini içerir. Genellikle, en az 50 mekanik işlem başarısız olmadan gerçekleştirilmesi gerekir, böylece operasyonel güvenilirlik onaylanır. Her bir işlemin süresi, üretici tarafından sağlanan standart işlem süresi ile karşılaştırılır, genellikle 30-50 ms arasındadır. Sistem senkronizasyon testleri de vazgeçilmezdir. Bu test, devre kesiciler ve ayrıklayıcılar gibi bileşenlerin gerçek operasyonlardaki senkron performansını doğrulamak için kullanılır. Senkronizasyon hatası, tüm işlemlerin güç ağı tarafından gereklendirilen zaman penceresi içinde sorunsuz bir şekilde tamamlanmasını sağlamak için ±10 ms içinde kontrol edilmelidir.

Son olarak, genel sistem fonksiyon testleri, koruma ve kontrol sistemlerinin denetimi dahil olarak gerçekleştirilir. Bu adım, tüm koruma röleleri, kontrol modülleri ve iletişim cihazlarının önceden belirlenmiş hata ve çalışma koşullarına doğru tepki verdiğini sağlar. Test sırasında çeşitli hata senaryoları simüle edilir, böylece sistemin tepki süresi ve eylem doğruluğu doğrulanır. Tüm eylemlerin tepki süresi genellikle 100 ms içinde olması gerekmektedir.

Sonuç

GIS ekipmanının 110 kV alt istasyonlarındaki kullanımı, mevcut kurulum sürecini optimize eder, genel sistem performansını artırır ve enerji endüstrisindeki teknolojik gelişmeler için güçlü bir destek sağlar. GIS ekipmanı kurulum tekniklerine derinlemesine girerek, tasarımcılar için değerli referans materyaller sağlayabilir. Bu, onların karmaşık mühendislik zorlukları karşısında daha bilimsel ve etkili kararlar alabilmelerini sağlar, böylece alt istasyon projelerinin başarı oranını artırır.