Análise de Impacto das Operacións do Interruptor de GIS no Equipamento Secundario

Impacto das Operacións do Interruptor de GIS no Equipamento Secundario e Medidas de Mitigación

1.Impactos das Operacións do Interruptor de GIS no Equipamento Secundario
1.1 Efectos dos Sobretensións Transitorias
Durante as operacións de apertura/pechado dos interruptores de GIS (Gas-Insulated Switchgear), a reiterada reinición e extinción do arco entre os contactos provoca un intercambio de enerxía entre a inductancia e a capacitancia do sistema, xerando sobretensións de conmutación cuxas magnitudes son 2–4 veces a tensión nominal de fase e cuxa duración varía desde decenas de microsegundos a varios milisegundos. Cando se opera en barras de bus curtas—onde a velocidade de contacto do interruptor é lenta e non existe capacidade de apagar o arco—os fenómenos de pre-disparo e re-disparo producen Sobretensións Transitorias Mui Tope (VFTOs).

As VFTOs propagan a través dos conductores e enclosures internos do GIS. Nas discontinuidades de impedancia (por exemplo, emplomados, transformadores de instrumentos, terminais de cables), as ondas viaxantes reflejan, refractan e superpoñen, distorcendo as formas de onda e amplificando os picos de VFTO. Con frentes de onda escarpadas e tempos de subida na escala de nanosegundos, as VFTOs inducen sobretensións transitorias nas entradas do equipamento secundario, arriscando danar a electrónica sensible. Isto pode causar que os relés protexidos funcionen mal—activando desligamentos injustificados—e interromper o procesamento de sinais de alta precisión e a transmisión de datos. Ademais, a interferencia electromagnética (EMI) de alta frecuencia xerada polas VFTOs degrada os módulos de comunicación, aumentando as taxas de erro de bits ou causando perda de datos, comprometendo así as funcións de monitorización e control da subestación.

1.2 Aumento do Potencial do Enclosure
A medida que China expande as súas redes de ultra-alta tensión (UHV) e extra-alta tensión (EHV), a interferencia electromagnética dadas as operacións do interruptor de GIS está a volverse cada vez máis severa. A estrutura coaxial do GIS—que comprende conductores internos de aluminio/cobre e enclosures externos de aluminio/acero—mostra unha excelente transmisión de alta frecuencia. Debido ao efecto de superficie, as correntes transitorias de alta frecuencia fluen a través da superficie externa do conductor e a superficie interna do enclosure, xeralmente evitando a fuga de campo e mantendo o enclosure a potencial de terra en condicións normais.

No entanto, cando as correntes transitorias inducidas por VFTO atopan desacordos de impedancia (por exemplo, nos emplomados ou terminais de cables), ocorre unha reflexión parcial e refracción. Algúns compoñentes de tensión acopláronse entre o enclosure e a terra, provocando un aumento instantáneo do potencial nun enclosure que estaba a terra. Isto supón riscos para a seguridade do persoal e pode degradar a aislación entre o enclosure e os conductores internos, acelerando o envellecemento do material e reducindo a vida útil do equipo. Ademais, este potencial elevado propaga a través de cables e dispositivos conectados aos sistemas secundarios, inducindo EMI que leva a disparos falsos, erros de datos ou incluso fallos internos—ameazando directamente a fiabilidade do sistema eléctrico.

1.3 Interferencia Electromagnética (EMI)
Nas subestações de GIS, as operacións de interruptor/breaker e os impactos de raio xeran campos electromagnéticos transitorios que afectan aos sistemas secundarios a través de acoplamento conducido e radiado.

• Interferencia conducida surge a través de transformadores de instrumentos e diferenzas de potencial de terra. As VFTOs acoplan do circuito primario ao secundario a través de capacitancia e inductancia estrayante nos transformadores. Tamén se inxectan na rede de terra a través de electrodos de terra, elevando todo o potencial de terra e creando loops de terra que inestabilizan o equipamento secundario.

• Interferencia radiada ocorre cando os campos EM transitorios propagan a través do espazo, acoplándose directamente a cables secundarios e dispositivos. O acoplamento de campo eléctrico afecta a nodos de alta impedancia, causando distorsión de sinais ou disparos falsos—especialmente sensibles á distancia, orientación do campo e xeometría do dispositivo. O acoplamento de campo magnético induce forzas electromotrices en bucles de circuito segundo a lei de Faraday; a súa severidade depende da intensidade do campo, taxa de cambio e área do bucle.

1.4 Efectos de Vibración Mecánica
As operacións do interruptor inducen vibracións mecánicas debido ao impacto de contacto, fricción e forzas electromagnéticas durante as accións de conexión/desconexión. A separación rápida durante a apertura ou a conexión forzosa durante o pechado xeran ondas de choque que vibran a estrutura do GIS. A transmisión a través de ligazóns e engrenaxes propaga as vibracións a equipos secundarios adxacentes.

Estas vibracións poden afrouxar fixadores mecánicos, degradar conexións eléctricas, aumentar erros de medición ou—en condicións extremas—causar curtos-circuitos. A exposición a longo prazo acelera o envellecemento de componentes mecánicos e electrónicos, acortando a vida útil do equipo e comprometendo a fiabilidade.

2.Medidas de Mitigación para a Protección do Equipamento Secundario
2.1 Deseño Estructural Optimizado do GIS

• Selección de Materiais: Usar mezclas de SF₆ con maior resistencia dieléctrica; seleccionar materiais de baixa perda e alta conductividade (por exemplo, Cu/Al) para blindaxe; optimizar a lonxitude e a capacitancia da barra de bus para suprimir a amplitud de VFTO.

• Meloras Estruturais: Suavizar as xeometrías do conductor e do blindaxe para reducir a concentración de campo eléctrico; mellorar o deseño de soporte do aislante para distribución uniforme do campo; implementar velocidades de operación controladas do interruptor e agregar circuitos amortiguadores para absorver a enerxía transitoria.

• Control de Vibración: Instalar amortiguadores hidráulicos ou molas nos mecanismos de operación; usar amortiguadores de goma entre o GIS e as fundacións; mellorar a precisión da superficie de contacto para minimizar as forzas de impacto.

2.2 Blindaxe e Terra Melorados

• Escudo: Encerra os dispositivos secundarios sensibles (p. ex., relés, unidades de comunicación) en caixas condutoras (acerogalvanizado/aluminio) con costuras seladas. Emprega cables blindados ou dobremente blindados coa terminación adecuada; aplica conectores filtrados e pantallas de malla nas saídas de ventilación. Para cables curtos (<10 m), usa unha terra de punto único; para tramos máis longos, adopta unha terra de múltiples puntos para minimizar as voltaxes inducidas.

• Terra: Mantén a resistencia da terra ≤4 Ω. En solos de alta resistividade, implanta redes de terra interconectadas con varillas verticais. Usa terra de punto único para circuitos analóxicos e terra de múltiples puntos para sistemas dixitais/de alta frecuencia. Optimiza a disposición da rede (p. ex., malla rectangular con electrodos de xunción cruzada) para garantir unha dispersión uniforme da corrente e baixos gradientes de potencial.

2.3 Tecnoloxías de Filtrado e Supresión

• Filtros: Instala filtros de liña de alimentación nas entradas dos equipos secundarios para bloquear o ruido de alta frecuencia. Aplica algoritmos de filtrado de sinais dixitais para mellorar a integridade dos datos nas canles de comunicación.

• Protección contra sobretensiones: Implanta pararrayos de ZnO preto dos equipos secundarios para limitar VFTOs e sobretensiones por manexo. Usa dispositivos de protección contra sobretensiones (SPDs) nas liñas de sinal e comunicación para desviar a enerxía transitoria á terra, asegurando unha transmisión estable de sinais débiles.

2.4 Reforzamento Aumentado dos Equipos Secundarios

• Protección de Hardware: Reforza os soportes de montaxe con acero máis grosso e refuerzos adicionais. Isola o equipo usando montaxes de goma ou aisladores de vibración de dúas etapas. Segura as PCBs con substratos máis grossos, fixacións de bordo e almofadas de amortiguación. Sela os componentes críticos (p. ex., CI, relés) en encapsulantes ou portadores elásticos para evitar afloxacions. Evita trazos longos e finos para reducir o risco de fractura.

• Protección de Software: Implementa sumas de verificación e códigos correctores de erros (ECC) para detectar/corrixir a corrupción de datos. Inserta instrucións "NOP" (sin operación) no firmware para permitir a recuperación de saltos de programa inducidos por EMI, previndo bloqueos e aumentando a resiliencia do sistema.

3.Conclusión
Unha comprensión profunda de como as operacións do interruptor de GIS afectan aos equipos secundarios revela que son esenciais estratexias comprehensivas de mitigación para a fiabilidade da rede. Durante o deseño, a construción e a operación dos sistemas de enerxía, a compatibilidade electromagnética (EMC) entre o GIS e os sistemas secundarios debe ser priorizada. Integrando a optimización estructural, un escudo/terra robusto, un filtrado avanzado e o reforzamento de hardware/software, os efectos adversos das transitoriedades inducidas polo interruptor, a EMI e a vibración poden ser minimizados eficazmente—asegurando unha entrega de enerxía máis segura, fiable e resiliente.