Важные аспекты инженерных исследований в области высоковольтного газонаполненного коммутационного оборудования (GIS)
Ключевые моменты в инженерных исследованиях высоковольтного газонаполненного выключательного оборудования (GIS)
Инженерные исследования газонаполненного выключательного оборудования (GIS)
После того, как электротехнический инженер определил предварительную конфигурацию GIS и установил и уточнил данные основного оборудования, необходимо провести дополнительные исследования, связанные с инженерными аспектами, а также логистикой доставки и монтажа.
Наиболее важные инженерные исследования можно свести к следующим:
1. Условия восстановления переходного напряжения (TRV)
Электротехнический инженер должен указать, что производитель должен провести исследование TRV. Цель этого исследования — оценить худший случай скорости нарастания восстанавливающегося напряжения (RRRV) и максимальное пиковое напряжение на выключателях, учитывая переходный отклик электрической сети вокруг GIS. Вычисленные значения TRV необходимо сравнить с гарантированными значениями TRV, приведенными в протоколе испытаний выключателя, и со стандартными TRV-оболочками, доступными в отраслевых стандартах.
Восстанавливающееся напряжение (TRV), которое испытывает выключатель, — это напряжение между его контактами после прерывания тока. Форма кривой TRV определяется характеристиками окружающей электрической сети. Обычно напряжение TRV на выключателе зависит от места короткого замыкания, величины тока короткого замыкания и конфигурации коммутационной аппаратуры. Поскольку TRV является определяющим параметром для успешного прерывания тока, выключатели обычно проходят типовые испытания в лаборатории, чтобы выдерживать стандартизированное TRV. Это стандартизированное TRV определяется четырехпараметрической оболочкой (двухпараметрической оболочкой для выключателей до 100 кВ). Первый период характеризуется высокой скоростью нарастания, за которым следует последующий период с более низкой скоростью нарастания. Наклон первого периода TRV-оболочки определяется как скорость нарастания восстанавливающегося напряжения (RRRV). В случаях, когда амплитуда тока короткого замыкания очень мала, должны быть учтены двухпараметрические оболочки для оценки напряжения TRV на выключателе.
Рисунок 1: Кривая TRV в высоковольтном выключателе
Целью данного исследования является оценка худшего случая RRRV и максимального пикового напряжения на выключателях внутри GIS, исходя из переходного отклика окружающей электрической сети.
Для получения дополнительной информации о TRV вы можете обратиться к этой статье.
2. Условия очень быстрых переходных процессов (VFT)
Электротехнический инженер должен потребовать, чтобы производитель провел исследование VFT. В газонаполненном выключательном оборудовании (GIS) при операциях с разъединителями могут возникать очень быстрые переходные процессы (VFT) с частотами колебаний в диапазоне МГц. Это связано с быстрым падением напряжения в течение нескольких наносекунд, а также с длиной и коаксиальной конструкцией GIS.
В области, близкой к оперируемому разъединителю, могут генерироваться частоты свыше 100 МГц. В местах, расположенных глубже внутри GIS, можно ожидать частоты в диапазоне нескольких МГц.
Частоты и амплитуды VFT определяются длиной и конструкцией GIS. Из-за волновой природы этого явления, напряжения и частоты варьируются в зависимости от места в GIS.
Высокие амплитуды вероятны, когда переключаются длинные участки газонаполненных шин и когда есть ответвления шин от основного участка шины. Если естественные частоты источника и переключаемого конца шины похожи, а разность напряжений на разъединителе велика, во время открытия разъединителя будет наблюдаться значительная разность напряжений. Обычно самые высокие амплитуды VFT обнаруживаются на открытых участках GIS.
Рисунок 2: Пример формы сигнала VFTO в 750-кВ GIS
Целью данного исследования является моделирование VFT-перенапряжений в GIS, возникающих при подаче питания на участки коммутационной аппаратуры с помощью разъединителей. Кроме того, следует рассчитать VFT-перенапряжения, возникающие при операциях с выключателями.
3. Исследования координации изоляции
Электротехнический инженер должен указать, что производитель должен провести исследования координации изоляции. Такое исследование необходимо для подтверждения местоположения и количества металлических ограничителей перенапряжений, которые являются критически важными для защиты оборудования GIS, любых подключенных подземных кабельных цепей и другого воздушно-изолированного оборудования.
Исследование координации изоляции рассматривает перенапряжения, возникающие в газонаполненном выключательном оборудовании, его секциях и кабелях. Эти перенапряжения вызываются ударными импульсами молнии, приближающимися к подстанции и линиям, подключенным к ней. Таким образом, для нескольких заданных конфигураций подстанции, включая нормальную рабочую конфигурацию, следует смоделировать максимальные напряжения в GIS и в секциях, вызванные типичными ударами молнии (например, удаленными ударами, прямыми ударами по проводам и ударами по последним опорам воздушных линий).
Уровень координации изоляции должен быть подтвержден путем сравнения уровней изоляции каждого устройства с максимально ожидаемыми перенапряжениями. Это сравнение должно учитывать максимальные поправочные и безопасностные коэффициенты согласно отраслевым стандартам.
4. Расчеты тепловых режимов
Электротехнический инженер должен потребовать, чтобы производитель предоставил расчеты тепловых режимов для всего оборудования и устройств в главных токовых цепях. Эти расчеты тепловых режимов должны быть определены в соответствии с методологией оценки мощности объекта пользователя и регионального оператора системы.
5. Эффекты феррорезонанса
Электротехнический инженер должен указать, что необходимо провести исследование, чтобы определить, существует ли возможность возникновения феррорезонанса при включении и отключении потенциальных трансформаторов в GIS. Исследование должно не только указать степень серьезности состояния, но и рекомендовать меры по смягчению, такие как использование настроенных индуктивностей.
6. Сопротивление и емкость GIS
Электротехнический инженер должен потребовать, чтобы производитель предоставил рассчитанные и измеренные значения емкости и сопротивления для каждого компонента в GIS. Это включает, но не ограничивается, втулками, шинами, выключателями и разъединителями.
7. Сейсмические расчеты
Электротехнический инженер должен потребовать, чтобы производитель предоставил всю документацию, касающуюся сейсмического проектирования и испытаний (как указано производителем в документации GIS).
8. Электромагнитная совместимость
Электротехнический инженер должен указать, что производитель должен провести исследования по экранированию и процедурам снижения помех для систем управления, защиты, диагностики и мониторинга.
9. Инженерные аспекты гражданского строительства
Инженер должен запросить у производителя документацию по любым специальным гражданским конструкциям, необходимым для учета конкретных условий площадки для размещения GIS.
10. Заземление и соединение
Электротехнический инженер должен указать, что производитель должен провести исследования заземления в соответствии с текущей версией стандарта IEEE 80. Производитель должен обеспечить, чтобы заземление оборудования GIS соответствовало Национальному кодексу электробезопасности C2 и стандарту IEEE 80.
Все исследования должны быть представлены в формальных отчетах и переданы пользователю в установленный срок после заключения контракта. Должны быть предоставлены все соответствующие документы, включая, но не ограничиваясь, расчеты, кривые, допущения, графики и результаты компьютерного моделирования, для поддержки сделанных выводов.
11. Логистические исследования
Рисунок 2 представляет пример кривой VFTO в 750-кВ GIS (см. этот пост).
Рисунок 1 показывает кривую восстановления переходного напряжения после окончательного прекращения тока в высоковольтном выключателе.
