Дослідження технології монтажу обладнання GIS під час будівництва підстанції 110 кВ

Газоізольоване комутаційне обладнання (GIS) складається з вимикачів, роз'єднувачів, заземлювачів, трансформаторів струму, трансформаторів напруги, грозозахисних пристроїв, шин, з'єднувачів та вихідних клем. Завдяки вищій надійності, безпеці та відносно невеликому займанню простору, воно широко використовується при проектуванні та будівництві підвищеної напруги. У міських та густонаселених районах GIS є переважним вибором через його компактну конструкцію та відмінні ізоляційні характеристики.

Проте, підстанції класу 110 кВ стикаються з багатьма проблемами під час встановлення обладнання GIS. Серед них точне розташування обладнання, складні електричні з'єднання, а також запуск та тестування системи. Крім того, проектування підстанцій повинно враховувати простір для експлуатації та обслуговування обладнання, забезпечуючи надійну роботу всіх електричних компонентів та можливість їх легкого оновлення або обслуговування у майбутньому.

Вимоги до встановлення обладнання GIS на підстанціях 110 кВ

Основні переваги обладнання GIS, сертифікованого за стандартом IEC 62271-203, полягають у його компактному дизайну та відмінних електричних характеристиках, що дозволяє йому передавати та розподіляти поток високої напруги в обмеженому просторі. Тому, під час встановлення на підстанціях 110 кВ, необхідно точно врахувати конфігурацію обладнання, просторове розташування та сумісність з існуючими системами.

По-перше, перед встановленням, треба виміряти розміри попередньо визначеного місця встановлення та переконатися, що це місце відповідає екологічним вимогам для роботи обладнання, таким як температура, вологоść та сейсмостійкість. Цей крок є важливим, оскільки продуктивність обладнання GIS, сертифікованого за стандартом IEC 62271-203, значно залежить від умов встановлення.

По-друге, необхідно ретельно спланувати електричну схему встановлення, щоб забезпечити, що всі електричні з'єднання виконуються в строгій відповідності з технічними характеристиками виробника та відповідають правилам безпеки Державної мережі. Це включає проектування та розташування системи заземлення, маршрутів кабелів та систем захисту для обладнання GIS, сертифікованого за стандартом IEC 62271-203. Кожен аспект має бути точно реалізований, щоб уникнути будь-яких потенційних ризиків безпеки.

Технологія встановлення обладнання GIS
Транспортування та підготовка обладнання

Під час транспортування обладнання GIS, що складається з важких металевих корпусів (зазвичай кілька тонн) та чутливих електричних компонентів, потрібний контроль вібрацій в діапазоні 3-60 Гц та прискорення ≤0.3g (гравітаційне прискорення). Протоколи транспортування повинні дотримуватися стандартів електричного обладнання, щоб мінімізувати ударні навантаження на чутливі компоненти та зменшити частоту аварій перед встановленням.

Упаковка повинна використовувати вібро- та водонепроникні матеріали. Наприклад, головні вимикачі повинні бути повністю обгорнуті пінопластиковою піною товщиною ≥10 см та посилені жорсткими ПВХ оболонками, відповідно до специфікацій виробника. Висихальні засоби повинні підтримувати внутрішню вологість ≤40%, щоб запобігти попаданню вологи.

Умови зберігання вимагають контролю температури в межах -10°C до 40°C та відносної вологості ≤70% для захисту металевих та ізоляційних матеріалів. Місця зберігання повинні бути захищені від електромагнітних завад, пилу та корозійних агентів. Оскільки вага обладнання GIS часто перевищує 25 тонн, підйомне обладнання повинно мати грузопідйомність ≥30 тонн зі стабільністю, що відповідає вимогам будівництва. Швидкість обробки не повинна перевищувати 2 м/хв, щоб уникнути пошкоджень від удару.

Передвстановчі тестування на місці є критичними, включаючи опір ізоляції, опір заземлення та перевірку фаз. Усі результати повинні відповідати стандартам, щоб забезпечити, що характеристики обладнання відповідають проектним специфікаціям. Технічні вимоги до транспортування та підготовки детально описані в таблиці 1. Додатково, ціна вимикача 145 кВ є ключовим фактором при закупівлі та оцінці загальних витрат на проект.

Обробка та розташування обладнання
При переміщенні обладнання GIS, загальна навантажувана здатність підйомного обладнання зазвичай більша на більше 25% за власну вагу обладнання, щоб забезпечити запас безпеки під час процесу переміщення. Наприклад, якщо вага модуля GIS становить 20 тонн, то використовуваний кран повинен мати підйомність принаймні 25 тонн. Одночасно, стабільність крана повинна бути оцінена, щоб запобігти його переверненню через відхилення навантаження під час роботи. Під час фактичного транспортування обладнання GIS, швидкість транспортування не повинна перевищувати 2 м/хв. Це може зменшити вібрацію та потенційні пошкодження обладнання, спричинені надмірною швидкістю. Перед кожним переміщенням необхідно перевірити, чи є достатньо простору та стабільної підтримки на шляху, щоб уникнути нахилу або падіння обладнання через роботу на нерівній поверхні. У процесі розташування, точність є ключовим фактором. Відхилення позиції при встановленні обладнання GIS повинно бути контроловане в межах ±5 мм, щоб забезпечити правильне з'єднання інтерфейсів обладнання та цілісність системи. Реалізація цієї точності зазвичай допомагається високоточним лазерним дальномером та електронним рівнем для розташування. Приготувальні роботи на місці встановлення включають вимірювання рівності поверхні, зі стандартом не більше 3 мм відхилення висоти на квадратний метр. Екологічна вимога для встановлення обладнання GIS полягає в тому, що кількість частинок з діаметром більшим за 0,5 мкм в повітря місця встановлення не повинна перевищувати 352 000 на кубічний метр. Для цього, на місці встановлення зазвичай створюється тимчасова чиста камера, а високоефективні фільтри HEPA використовуються для підтримки якості повітря та запобігання потраплянню пилу та частинок у обладнання під час процесу встановлення. Технічні вимоги до обробки та розташування обладнання показані в таблиці 2.

Сборка компонентів

З'єднання компонентів повинні мати надзвичайно високу герметичність, щоб запобігти витоку газу. Для обладнання GIS, річний виток газу SF₆ не повинен перевищувати 0,5%. Цей показник прямо пов'язаний з ізоляційною міцністю та стійкістю до дуги обладнання. Для задоволення цього вимоги, матеріал ущільнювальних прокладок, використаних в процесі зборки, повинен мати відмінні властивості стійкості до температури та тиску. Більше того, ступінь стиснення прокладки повинна становити 35-50%, щоб забезпечити довготривалу ефективність ущільнення.

Під час конкретної операції зборки всі точки з'єднання повинні бути затягнуті динамометричним ключем згідно з моментом, вказаним виробником. Наприклад, для болтів, що в основному несуть струм, момент повинен становити 100-120 Н·м, щоб забезпечити стабільність та надійність електричного з'єднання.

Електричні з'єднання

Основна задача електричних з'єднань полягає в тому, щоб забезпечити, що всі провідні компоненти та точки з'єднання мають достатню електричну провідність та механічну стійкість. Під час процесу з'єднання, момент на всіх електричних точках з'єднання повинен відповідати вимогам, вказаним виробником, щоб гарантувати міцне та довготривале стабільне з'єднання. Всі болти та контактні поверхні повинні пройти відповідне очищення та попереднє оброблення, зазвичай включаючи видалення оксидних шарів та застосування провідних змастилювачів, щоб зменшити опір контакту.

Вимірювання опору контакту є ключовим кроком в контролі якості електричних з'єднань. Опори на точках з'єднання не повинні перевищувати мікроомівий рівень, з конкретними значеннями, визначеними відповідно до типу та розміру з'єднання [5]. Для відповідності цьому стандарту, кожна точка з'єднання повинна бути протестована за допомогою прецизійного тестера опору, щоб забезпечити, що всі з'єднання знаходяться в межах вказаного діапазону опору.

У високонапівних середовищах, електрична ізоляція є також важливим аспектом електричних з'єднань. Кожна точка з'єднання та ізоляційні компоненти повинні витримувати принаймні 1,5 рази нормальне робоче напруга. Для обладнання GIS 110 кВ це означає витримувати мінімум 165 кВ. Водонепроникні та захист від вологи для всіх електричних з'єднань є важливими, особливо для об'єктів підстанцій, що працюють в відкритому або вологому середовищі. З'єднання та термінальні пристрої повинні використовувати технології герметизації, що відповідають рейтингу захисту IP65 або вище, щоб запобігти потраплянню вологи та забруднюючих речовин до електричної системи. Ключові технічні вимоги до електричних з'єднань показані в таблиці 3.

Комісійні випробування

Комісійні випробування зазвичай починаються з випробувань на рівні одиниць і поступово переходять до загальних системних випробувань. У випробуваннях ізоляційного опору мета полягає в тому, щоб забезпечити, що всі електричні ізоляційні матеріали залишаються в добре стані і не пошкоджені під час процесу встановлення. Для оцінки ізоляційної міцності обладнання GIS необхідні випробування на витримування напруги. Для обладнання GIS 110 кВ, величина пробного напруги при випробуванні на витримування повинна становити принаймні 230 кВ, тривалістю 1 хвилина, для перевірки продуктивності системи в умовах високого напруги.

Часткові розряди (PD) є особливо важливими для оцінки безпеки обладнання GIS. Частковий розряд є раннім знаком виродження ізоляційного матеріалу. Тому, моніторинг та керування активністю PD є важливими для запобігання відмов обладнання. Кількість розряду, зареєстрована під час випробування, не повинна перевищувати 5 пК. Випробування PD проводяться за допомогою пристроїв акустичної емісії на певних частотах, щоб забезпечити, що всі виявлені активності розряду правильно ідентифікуються та оцінюються.

Механічні випробування вимикачів також є частиною комісійних випробувань. Вони включають кілька послідовних операцій відключення та включення вимикачів. Зазвичай, необхідно хоча б 50 механічних операцій без відмов, щоб перевірити їхню оперативну надійність. Час кожного операції фіксується та порівнюється зі стандартним часом операції, наданим виробником, який зазвичай становить 30-50 мс. Системні випробування синхронізації також є необхідними. Це випробування використовується для перевірки синхронізаційної продуктивності компонентів, таких як вимикачі та роз'єднувачі, під час фактичних операцій. Помилка синхронізації повинна бути контролована в межах ±10 мс, щоб забезпечити, що всі операції завершуються гладко в рамках вікна часу, необхідного для мережі.

Нарешті, проводяться загальні системні функціональні випробування, включаючи перевірку систем захисту та керування. Цей крок забезпечує, що всі захисні реле, модулі керування та пристрої зв'язку можуть правильно реагувати на предварительно задані ситуації з аваріями та роботою. Різні аварійні сценарії імітуються під час випробувань, щоб перевірити час реакції системи та точність дій. Час реакції на всі дії зазвичай вимагається в межах 100 мс.

Висновок

Застосування обладнання GIS на підстанціях 110 кВ не лише оптимізує існуючий процес встановлення та підвищує загальну продуктивність системи, але й надає сильну підтримку технологічному прогресу в енергетичній галузі. Глибоке вивчення технологій встановлення обладнання GIS може надати цінні матеріали для проектувальників, що дозволяє їм приймати більш наукові та ефективні рішення, стикаючись зі складними інженерними викликами, отже, покращуючи успішність проектів підстанцій.