Belangrijke punten in ingenieursstudies over hoogspannings gasgeïsoleerde schakelkasten (GIS)
Belangrijke punten in ingenieursstudies voor hoogspannings gasgeïsoleerde schakelkasten (GIS)
Ingenieursstudies in gas-geïsoleerde schakelkasten (GIS)
Zodra de elektrische ingenieur de voorlopige configuratie van de GIS heeft gedefinieerd en de primaire apparatuurdata heeft bepaald en gespecificeerd, moeten aanvullende studies worden uitgevoerd met betrekking tot de ingenieursaspecten, evenals de logistiek van levering en installatie.
De meest cruciale ingenieursstudies worden samengevat als volgt:
1. Transiënte Herstelspanning (TRV) Voorwaarden
De elektrische ingenieur moet verlangen dat de fabrikant een TRV-studie uitvoert. Deze studie is bedoeld om de slechtste gevalssnelheid van herstelspanning (RRRV) en de maximale piekspanning over de stroomonderbrekers te beoordelen, rekening houdend met de transiënte respons van het elektrische netwerk rondom de GIS. De berekende TRV-waarden moeten worden vergeleken met de TRV-classificaties die in het testrapport van de stroomonderbreker zijn gegarandeerd en met de standaard TRV-omhulsels die in de industrie beschikbaar zijn.
De TRV die een stroomonderbreker ervaart, is de spanning over zijn aansluitingen na de stroomonderbreking. De vorm van de TRV-golfvorm wordt bepaald door de kenmerken van het elektrische netwerk rondom de stroomonderbreker. Over het algemeen hangt de TRV-belasting op een stroomonderbreker af van de foutlocatie, de grootte van de foutstroom en de schakelconfiguratie van de schakelkast.
Aangezien TRV een beslissend parameter is voor succesvolle stroomonderbreking, worden stroomonderbrekers doorgaans in een laboratorium getest om een gestandaardiseerde TRV te doorstaan. Deze gestandaardiseerde TRV wordt gedefinieerd door een vierparameteromhulsel (een twee-parameteromhulsel voor stroomonderbrekers tot 100 kV). De eerste periode kenmerkt zich door een hoge snelheid van stijging, gevolgd door een latere periode met een lagere snelheid van stijging. De helling van de eerste periode van het TRV-omhulsel wordt gedefinieerd als de snelheid van stijging van de herstelspanning (RRRV). In gevallen waarbij de amplitude van de kortsluitingsonderbrekingsstroom extreem laag is, moeten twee-parameteromhulsels worden overwogen om de TRV-belasting op een stroomonderbreker te evalueren.
Figuur 1: TRV-kromme in hoogspanningsstroomonderbreker
Het doel van deze studie is om de slechtste gevalssnelheid van RRRV en de maximale piekspanning over de stroomonderbrekers binnen de GIS te beoordelen, gebaseerd op de transiënte respons van het elektrische netwerk rondom de schakelkast.
Voor meer details over TRV kunt u naar dit artikel verwijzen.
2. Zeer Snelle Transiënten (VFT) Voorwaarden
De elektrische ingenieur moet eisen dat de fabrikant een VFT-studie uitvoert. In gas-geïsoleerde schakelkasten (GIS) kunnen zeer snelle transiënten (VFT) met oscillatiefrequenties in de MHz-reeks optreden tijdens de operaties van de afschakelaars. Dit komt door de snelle spanningsinstorting binnen enkele nanoseconden en de lengte en coaxiale ontwerp van de GIS.
In de buurt van de bediende afschakelaar kunnen frequenties boven de 100 MHz worden gegenereerd. Op locaties dieper in de GIS kunnen frequenties in de orde van enkele MHz worden verwacht.
De frequenties en amplituden van de VFT worden bepaald door de lengte en het ontwerp van de GIS. Vanwege de reisgolf-aard van dit fenomeen variëren de spanningen en frequenties van locatie tot locatie binnen de GIS.
Hoge amplituden kunnen optreden wanneer lange segmenten van gasgeïsoleerde busbars worden geschakeld en wanneer er getapte busbars zijn aan de bron van de hoofdbussectie. Als de natuurlijke frequenties van de bron en het geschakelde einde van de bus vergelijkbaar zijn en de spanningsoverdruk over de afschakelaar groot is, zal er een aanzienlijke spanningsoverdruk aanwezig zijn tijdens het openen van de afschakelaar. Over het algemeen worden de hoogste amplituden van de VFT gevonden op open GIS-segmenten.
Figuur 2: Voorbeeld van VFTO-golfvorm in 750 kV GIS
Het doel van deze studie is om de VFT-overspanningen binnen de GIS te simuleren die worden gegenereerd bij het energieën van schakelkastsegmenten met behulp van afschakelaars. Daarnaast moeten de VFT-overspanningen die resulteren uit het schakelen van stroomonderbrekers worden berekend.
3. Isolatiecoördinatie Studies
De elektrische ingenieur moet eisen dat de fabrikant isolatiecoördinatie studies uitvoert. Een dergelijke studie is nodig om de locatie en hoeveelheid van GIS-metalen-afgesloten type bliksemafleiders te bevestigen, die cruciaal zijn voor de bescherming van de GIS-apparatuur, eventuele verbonden ondergrondse kabelcircuits en andere luchtgeïsoleerde apparatuur.
De isolatiecoördinatiestudie onderzoekt de overspanningsbelastingen die aanwezig zijn in de gasgeïsoleerde schakelkast, haar compartimenten en kabels. Deze belastingen worden veroorzaakt door blikseminslagen die de substation en de daaraan verbonden lijnen naderen. Dus, voor verschillende gespecificeerde substationconfiguraties, inclusief de normale bedrijfsconfiguratie, moeten de maximale spanningen binnen de GIS en in de compartimenten, veroorzaakt door typische blikseminslagen (zoals afgelegen inslagen, directe inslagen op geleiders en inslagen op de laatste torens van bovengrondse lijnen), worden gesimuleerd.
Het juiste isolatiecoördinatieniveau moet worden gevalideerd door de isolatie niveaus van individuele apparatuur te vergelijken met de maximale overspanningsbelastingen die worden verwacht. Deze vergelijking moet rekening houden met de maximale correctie- en veiligheidsfactoren volgens de industriestandaarden.
4. Thermische Classificatie Berekeningen
De elektrische ingenieur moet eisen dat de fabrikant thermische classificatieberekeningen biedt voor alle apparatuur en toestellen in de hoofdstroompaden. Deze thermische classificatieberekeningen moeten worden bepaald in overeenstemming met de faciliteitclassificatiemethodologie van de gebruiker en de Regionale Systeemoperatieautoriteit.
5. Effecten van Ferro-resonantie
De elektrische ingenieur moet specificeren dat een studie moet worden uitgevoerd om vast te stellen of er mogelijk sprake is van ferroresonantie in verband met het schakelen in en uit van potentietransformatoren in de GIS. De studie moet niet alleen de ernst van de situatie aangeven, maar ook maatregelen aanbevelen om deze te verminderen, zoals het gebruik van afgestemde spoelen.
6. GIS-weerstand en -capaciteit
De elektrische ingenieur moet eisen dat de fabrikant de berekende en gemeten capaciteits- en weerstands waarden levert voor elk component in de GIS. Dit omvat, maar is niet beperkt tot, bushings, busbars, schakelaars en stroomonderbrekers.
7. Seismische Berekeningen
De elektrische ingenieur moet eisen dat de fabrikant alle documentatie levert met betrekking tot seismisch ontwerptests (zoals gespecificeerd door de fabrikant in de GIS-documentatie).
8. Elektromagnetische Compatibiliteit
De elektrische ingenieur moet specificeren dat de fabrikant studies uitvoert op afscherming en verminderingstechnieken om interferentie met controle, bescherming, diagnostiek en monitoringapparatuur aan te pakken.
9. Civiele Ingenieursaspecten
De ingenieur moet eisen dat de fabrikant documentatie levert voor speciale civiele ontwerpen die noodzakelijk zijn vanwege specifieke sitevoorwaarden om de GIS te huisvesten.
10. Aarding en Verbinding
De elektrische ingenieur moet specificeren dat de fabrikant aardingsstudies uitvoert conform de huidige versie van de IEEE-standaard 80. De fabrikant moet ervoor zorgen dat de aarding van de GIS-apparatuur voldoet aan de Nationale Elektrische Veiligheidscode C2 en de IEEE-standaard 80.
Alle studies moeten in formele rapporten worden gepresenteerd en binnen de gespecificeerde tijd na toekenning van het contract aan de gebruiker worden voorgelegd. Alle relevante documentatie, inclusief, maar niet beperkt tot, berekeningen, grafieken, aannames, diagrammen en computeruitvoer, moet worden verstrekt om de getrokken conclusies te ondersteunen.
11. Logistieke Studies
Figuur 2 toont een voorbeeld van een VFTO-kromme in een 750 kV GIS (zie hiervoor dit bericht).
Figuur 1 toont een transiënt herstelspanningskromme na de definitieve stroomonderbreking in een hoogspanningsstroomonderbreker.
