Introducere
În stațiile izolate cu gaz (GIS), elementele de înaltă tensiune, inclusiv conductoare, întrerupătoare de circuit, întrerupătoare, transformatoare de curent (CT) și transformatoare de tensiune, sunt încapsulate în gaz SF6 în interiorul carcasei metalice împământate[1]. Din acest motiv, accesul direct la bornele circuitului principal al întreruptorului (CB) în scopuri de testare nu este posibil.
Inaccesibilitatea bornelor circuitului principal necesită luarea de mai multe acțiuni înainte de efectuarea măsurătorilor. Una dintre aceste acțiuni necesită deconectarea conexiunii de masă (șunt detașabil care conectează circuitul principal la carcasa cu împământare în timpul testării) de pe o parte a întreruptorului. Această acțiune reduce siguranța procedurii de testare.
Conform reglementărilor și cerințelor descrise în IEEE Std. 510-1983[2] și Ostojic și Milovic[3], toate punctele conductoare din substație trebuie să fie împământate în timpul testării și întreținerii. În lucrarea publicată anterior de Ostojic și Secic[4] pe această temă, am prezentat o metodă nouă de testare a întreruptoarelor de înaltă tensiune (HV) în stațiile GIS, fără a fi nevoie să scoateți conexiunea la pământ. Această nouă metodă se bazează pe injecția de curent continuu ridicat prin conexiunea în paralel a căii de împământare și a circuitului principal, precum și pe măsurarea semnalelor de răspuns pe secundarul TC. Această metodă, totuși, nu este aplicabilă pentru configurațiile GIS în care TC nu este inclus în circuitul de măsurare între întreruptoarele de împământare de întreținere. De asemenea, nu se aplică întrerupătoarelor GIS controlate unipolar (cu trei carcase separate) cu o cale de împământare foarte scăzută și rezistență a carcasei (≤ 50–60 µΩ). În consecință, propunem o metodă de testare GIS îmbunătățită, bazată pe procedura de testare descrisă anterior în Ostojic și Secic[4].
Identificarea problemelor generale
Pentru a măsura timpii de funcționare (timpul de deschidere (O), timpul de închidere (C), timpul de deschidere-închidere (O-C), timpul de închidere-deschidere (C-O), etc.) pe circuitul principal CB din substația GIS cu metoda convențională de testare , bornele de contact principal CB trebuie să fie accesate prin întreruptoarele de întreținere (Figura 1). Prin îndepărtarea sau deconectarea șuntului detașabil, o parte a întreruptorului este deconectată de la pământ, ceea ce permite măsurători fără a îndepărta gazul SF6 sau a deschide carcasa. Cu toate acestea, procedura de îndepărtare a detașabilului este nesigură, consumatoare de timp, adesea nepractică și, ca atare, este nedorită pentru personalul de testare din utilități[4]. În plus, unele întreruptoare GIS nu au șunturi detașabile special concepute și terminale de testare care sunt izolate de carcasa GIS[5].
Dacă șuntul detașabil nu este îndepărtat sau deconectat, se formează un circuit conducător paralel cu cel constând din calea circuitului principal testat. Rezistența acestui circuit paralel constă din rezistența carcasei GIS și împământarea în sine și este adesea comparabilă sau chiar mai mică decât rezistența circuitului principal.
Pentru a verifica experimental această afirmație, a fost folosit un micrometru de înaltă precizie cu un curent de testare de 500 A pentru a măsura rezistența incintei GIS pe mai multe stații GIS. Cea mai mică valoare măsurată atinsă a fost 20 µΩ.
Acest lucru împiedică un sistem convențional de măsurare a temporizării CB să poată oferi rezultate fiabile.
Deficiențe existente ale metodei
Metoda de testare propusă în Ostojic și Secic[4] se bazează pe injectarea curentului continuu ridicat în paralel prin circuitul principal și incinta GIS a tuturor celor trei poli și măsurarea simultană a semnalelor de răspuns pe secundarul CT în timpul funcționarea întreruptorului. O sursă de alimentare trebuie conectată între două puncte de acces marcate pentru testare (Figura 1) unde se accesează circuitul principal prin întreruptoarele de împământare pentru întreținere. Această sursă de alimentare este o sursă de curent continuu controlată de tensiune cu o ieșire de curent mare (până la 500 A), bazată pe convertoare electronice de putere de ultimă generație.
Transformatoarele de curent sunt o parte esențială a substației HV GIS. Un terminal (primar) al acestor elemente este situat în zona de gaz sub presiune, în timp ce terminalul secundar este accesibil în circuitele auxiliare[6]-[8]. Aceste terminale secundare accesibile TC pot fi utilizate pentru măsurarea timpului de funcționare în întrerupătoarele de circuit HV GIS. Instrumentul de măsurare trebuie să înregistreze fie tensiunea, fie curentul pe secundarul TC; pe baza acestui lucru, în momentul în care contactele CB se ating sau pot detecta separarea. Această metodă este aplicată cu succes întreruptoarelor GIS în care TC este disponibil între punctele de acces de testare (bornele comutatorului de împământare), așa cum se arată în Figura 1a, chiar dacă tabloul GIS nu are șunturi și terminale de testare detașabile. O altă abordare a acestei probleme, descrisă în [9], se bazează pe utilizarea unei bobine Rogowski pentru a măsura variația curentului în conductorul de masă sau calea întreruptorului în timp.
Pentru metoda descrisă în Ostojic și Secic[4], prima limitare este legată de configurațiile GIS în care transformatorul de curent nu poate fi inclus în circuitul de măsurare (așa cum se arată în Figura 1b). În acest caz, nu există semnale de răspuns pe secundarul TC, pe baza cărora este detectată o modificare a stării contactului principal.
Pentru TC cu rapoarte de transmisie ridicate, de ex. 4.000:5, valoarea curentului secundar va fi în jur de 5–6 mA, care poate fi puternic afectată de zgomotul extern sau de măsurare. Din nou, acest lucru poate face ca rezultatele măsurării temporizării întreruptorului să fie nesigure. Soluția la această problemă este creșterea curentului de testare cu cel puțin de două ori valoarea curentului de testare necesar pe pol, care este de aproximativ 330 A sau aproximativ 1.000 A în total.
Metodă de testare îmbunătățită
Metoda de testare îmbunătățită prezentată este aplicabilă celor mai solicitante cazuri de testare, cum ar fi un întreruptor GIS cu un singur pol care are o rezistență foarte scăzută în carcasele sale de poli sau în care TC nu pot fi incluse în circuitul de măsurare dintre punctele de acces de testare.
Prima îmbunătățire a metodei de testare GIS[4] constă în înlocuirea convertorului DC/DC de înaltă frecvență ca sursă de alimentare cu baterii litiu-polimer (Li-Po) de mare putere. Motivul pentru aceasta este eliminarea zgomotului convertorului. După cum se arată în Figura 2, trei surse de alimentare izolate bazate pe baterii sunt utilizate pentru a alimenta fiecare pol al întreruptorului controlat unipolar cu un curent ridicat. Prin urmare, trei astfel de surse de alimentare integrate într-o cutie vor fi necesare pentru testarea acestei configurații GIS. Curentul va fi în intervalul 400–500 A pe pol, în funcție de nivelurile de încărcare a bateriei și de rezistența circuitului testat.
Figure 2: Three Battery-Based Power Sources Used for GIS CB Testing
Verificarea metodei
Verificarea metodei de testare îmbunătățite pentru testarea întreruptorului GIS a fost efectuată pe întrerupătorul GIS model Energoinvest SFI 11 (fabricat în 1985), acționat unipolar, fără terminale de testare special construite. Deoarece nu existau terminale de testare (puncte de acces) construite special, cleștii de testare ale cablurilor de curent au fost conectate la punctele conductoare din carcasa GIS și amplasate cât mai aproape de întrerupătoarele de împământare, așa cum se poate observa în Figura 3.
Figure 3: Connection of Current Clamps to Points Close to Earthing Switches
Deoarece TC au fost incluse în circuitul de testare, semnalele de răspuns au fost măsurate la secundarul TC. Pe lângă faptul că întreruptorul era acționat unipolar (cu trei carcase separate) și nu avea terminale de testare special construite, încă o circumstanță agravantă a fost rezistența foarte scăzută a căii de împământare (aproximativ 60 µΩ).
Figure 4: Signal Response at CT Secondary During a) Opening and b) Closing Operation
Având în vedere acest lucru și privind la Figura 4, se poate observa că momentele de deschidere a contactelor sunt în jur de 21–22 ms, în timp ce momentele de închidere a contactelor sunt într-un interval de 125–128 ms. Aceste cazuri pot fi detectate cu ușurință automat cu software-ul corespunzător.
Concluzie
Verificarea metodei a arătat că această metodă de testare îmbunătățită cu trei surse izolate de curent de mare putere (400–500 A per sursă) este aplicabilă întreruptoarelor unipolare fără borne de testare și cu rezistență foarte scăzută a căii de împământare.
Datorită opțiunii de măsurare directă a modificărilor curentului injectat ca alternativă la măsurarea răspunsului semnalului de curent la secundarul (TC), aceasta poate fi aplicată la toate configurațiile de aparate de comutare GIS: întreruptor de circuit controlat tripolar sau unipolar cu sau fără TC în circuitul de măsurare și cu sau fără borne de testare.
Sursa DV POWER Blog
Discuta cu specialiștii noștri despre aplicațiile la care poți folosi aceste produse ofertare@arc.ro
Tel: 0268-472 577
