АГ ГИС с газовой изоляцией до 420 кВ
Сжатый газ SF6, используемый в распределительных устройствах MV и HV в качестве изолирующей среды, привел к разработке технологии компактной газовой изоляции (CIS) (рисунок 1). ГИС, обладающая многими преимуществами по сравнению с часто используемыми и обычными подстанциями с воздушной изоляцией (АИС), широко применяется.
Однако эта альтернативная технология неизбежно приводит к решению различных проблем. в случае заземления подстанции мы можем выделить три основных аспекта конструкции подстанции ГИС, которые нуждаются в другом подходе к тем, которые используются в АИС.
- Использование в 10 раз лучше изолирующего газа позволяет проектировать гораздо более компактную подстанцию. Это также означает значительное сокращение площади заземления подстанции.
- Эта «компактная» конструкция означает, что фазные проводники намного ближе, чем в AIS, и с металлическими корпусами, для удержания газа, в заземляющей системе появляются электромагнетические токи.
- Сжатая газовая изоляция SF6 облегчает небольшие диэлектрические зазоры в ГИС. В результате пробой происходит в наносекундном диапазоне. Быстрый коллапс напряжения приводит к возникновению очень быстрых переходных волн бегущей волны, распространяющихся по всему СНГ. Сочетание этих переходных процессов с заземляющей системой провоцирует переходный потенциал потенциала земли (TGPR).
Рисунок 1 - ГИС-шина с двойной шиной
Объяснение:
CB: автоматический выключатель
D: Разъединители
ME: Металлический корпус
BB: BusBars
КТ: современные трансфомеры
VT: Трансформаторы напряжения
S: Стальные конструкции
верхний
Уменьшенный земельный участок
Площадь, занимаемая ГИС-подстанцией, обычно составляет всего 10-25% от площади эквивалентной установки с изолированной воздухом.
Как правило, с помощью AIS одиночная неизолированная медная петля, расположенная по периметру площадки с перекрестными соединениями для подбора отдельных предметов оборудования, обеспечит достаточно низкий электрод сопротивления. Однако меньшая площадь, занимаемая СНГ, означает, что размер основной цепи заземления будет меньше, и поэтому общее количество проводящей дорожки также будет меньше.
Возможные решения для снижения сопротивления заземляющего электрода: (1):
- Сетка высокой плотности: частые и короткие соединения от элементов распределительного устройства к заземляющей сетке. Это уменьшает TGPR в ГИС и способствует уменьшению общего сопротивления заземляющего электрода, но не в прямой пропорции к дополнительной длине.
- Подключение к железобетонному коврику: соединение сетки из армирующей стали и конструкционной стали с сеткой заземления приведет к уменьшению общего сопротивления заземляющего электрода. Однако это сложно, и это должно быть сделано таким образом, чтобы избежать проблем перегрева и повреждения усиленной структуры из-за чрезмерных циркулирующих токов.
- Использование стержней с заземлением с глубоким приводом: если после применения вышеуказанных методов сопротивление заземляющего электрода по-прежнему высока, тогда потребуется использование заземляющих стержней с торцевым зацеплением.
Индуцированные токи
Подстанция с газовой изоляцией имеет заземленную внешнюю оболочку, вмещающую высоковольтный внутренний проводник, в отличие от обычного оборудования, самым близким из которого является земная поверхность. В то же время фазовое разделение muc: h меньше.
В зависимости от тока, циркулирующего через шинные шины, будет значительное электромагнитное поле вокруг корпусов (рис. 2). Th переменного изменения этого магнитного поля индуцирует токи в заземленной оболочке и других металлических частях подстанции, таких как стальные конструкции, межфазные соединения корпуса и заземления (например, заземляющие шунты) и т. Д. (2, 4, 5).
Напряженные токи в корпусе могут достигать 90% от значения тока первичной шины, и они циркулируют в противоположном направлении, что уменьшает полное магнитное поле вне оболочки.
Рисунок 2 - Распределение плотности магнитного потока вокруг трехфазных корпусов в шине GIS
Измерения проводились на подстанции Reyrolle 420 кВ с использованием переносного трансформатора тока (CT). Это состояло из диаметра 0, 5 м, гибкой катушки Роговского, интегратора и цифрового вольтметра. Точность измерительной системы была впервые проверена в лаборатории, которая показала ошибку менее 5%, которая считалась адекватной для предлагаемых измерений.
Катушка Роговского была обернута вокруг различных заземляющих соединений в ГИС, например, заземленных камер, заземляющих лент, межфазных шунтов, стальных опор, лестниц и т. Д. Результаты подтвердили высокий процент тока, циркулирующего через корпус (в диапазоне от 50 до 85% от 2000 А первичного тока).
Было также обнаружено, что высокий уровень циркулирующего тока (до 50%) присутствовал в межфазных медных земных лентах, которые шунтируют отдельные фазовые оболочки.
Быстрые перенапряжения переходных процессов и TGPR
В начале технологии ГИС конструкция заземления была основана на классическом подходе к ограничению потенциалов шкалы мощности частоты до безопасных уровней, основанных на максимальных ожидаемых условиях короткого замыкания.
В отличие от этих относительно низких потенциалов, дуги между заземленными корпусами и другими заземленными компонентами, которые указывают на гораздо более высокие потенциалы, обычно наблюдались при пробое в тестах на ВЧ или во время нормальной работы разъединителя. Было проведено исчерпывающее исследование, чтобы понять механизм этого конкретного TGPR в СНГ.
Причинами этого TGPR были специфические характеристики пробоя SF6, вызывающего перенапряжения с очень быстрым временем нарастания 5-20 нс и в то же время специфическое коаксиальное расположение шины, которая оказалась очень хорошей для передачи от этих скачков напряжения в диапазоне МГц.
Из-за низкой рабочей скорости разъединителя каждая операция закрытия и открытия будет производить десятки предварительных ударов и повторных ударов (рисунок 3).
Рисунок 3 - Предварительные удары при завершении работы разъединителя
Каждый предварительный удар генерирует быструю переходную волну, равную половине значения напряжения на контактах, которое передается в обоих направлениях от точки предварительного удара (3). Когда бегущая волна прибывает с опорой помощи FF6, вертикальная втулка и воздушная линия определяют внешние импедансы перенапряжений, которые позволяют волне бегущей волны «преломляться».
На рисунке 4 окончание помощи SF6 моделируется как соединение трех линий передачи, каждое со своим собственным волновым сопротивлением:
- Внутренний коаксиальный канал шины ГИС.
- Линия электропередачи воздушной линии.
- Шина для подключения к наземной линии передачи.
Рисунок 4 - Модель линии электропередачи TGPR в терминале Air / SF6
Одна часть падающей волны отражается обратно в канал шины, другая часть продолжается по линии воздушной линии связи «линия-земля», а остальная часть образует TGPR на стыке (6) втулки. Этот TGPR вскоре будет ослаблен заземляющими лентами корпуса, которые действуют как другие линии передачи.
верхний
Чтобы дать представление о порядке величины TGPR, это результаты измерений, выполненных в ГИС 525 кВ Ontario-Hydro (6):
- Напряжение между контактами при закрытии разъединителя: 526 кВ (Vs)
- Напряжение распространяется через ГИС-шину: 0, 5 В = 263 кВ
- Прибывает на втулку A (17, 7 м от Vs): куст в 9).
- TGPR на втулке A: 45 кВ (вход 26% V для втулки)
- Максимальный TGPR, измеренный в здании подстанции: 3 кВ 172 кВ (ослабление на 33% по Т
Некоторые из сообщений о TGPR в ГИС:
- TGPR имеет относительно большую величину, но длится только микросекунды с частотами выше 30 МГц.
- Личная безопасность: без травм, но возможны опасные реакции против искры или покалывания при работе в ГИС.
- Непреднамеренная работа защитных устройств.
- Уничтожение электронных компонентов вторичного оборудования и оборудования для временного измерения, используемого для ввода в эксплуатацию и т. Д.
- Искрящийся в воздухе между заземленными частями системы, то есть между земными лентами в непосредственной близости.
Короткие, прямые и низкоиндуктивные соединения с земной сеткой способствуют уменьшению TGPR. Если ГИС находится внутри здания, то соединение шкафа (с помощью коротких заземляющих лент) с конструкцией здания при пересечении стен будет способствовать ослаблению TGPR внутри подстанции.
Наконец, следует проявлять особую осторожность при работе с разрывами в газовом корпусе, которые встречаются с внешним CT, концевым уплотнением кабеля: s, соединениями трансформатора и т. Д. В этих точках корпуса разделены изоляционной прокладкой, а соответствующие соединения заземляющих лент часто слишком длинными и слишком индуктивными для эффективного заземления высокочастотных переходных потенциалов.
Поэтому на изолированном фланце возникают значительные напряжения в несколько кВ, что может вызвать искрение в окружающем воздухе. В этом случае настоятельно рекомендуется использовать ограничители перенапряжений, такие как варисторы из оксида металла (MOV).
верхний
Резюме
При проектировании заземления СНГ вместе с классическим распределением потенциалов шкалы мощности на безопасные уровни, основанные на максимальных ожидаемых условиях отказа, необходимо также знать конкретные проблемы, связанные с проектированием ГИС. Следует учитывать индуцированные токи, которые могут вызвать перегрев в системе заземления даже при нормальных условиях потока нагрузки.
Следует также учитывать эффекты TGPR, вызванные перенапряжениями быстрых переходных процессов, и связанное с ними воздействие на высокочастотные методы заземления, особенно на разрывы оболочки.
ИСТОЧНИК: Терри Ирвин, Ж. Лопес-Ролдан (VA Tech Reyrolle)