Mis on GIS-i põhieelised kõrgpingeenergia süsteemides?

Mis on GIS-i põhieelised kõrgpingeenergia süsteemides?

Tavaline õhuisolatsiooniga alajaam (AIS) 220 kV pingel hõlmab umbes 5000 kuni 8000 ruutmeetrit. Gaasisisene lülitusseade (GIS) sama pingetasemega alajaam mahub 500 kuni 1200 ruutmeetrisse – pindala väheneb seega 85% või enam. See üks arv motiveerib GIS-i kasutuselevõttu linnades, mereplatvormidel, hüdroelektrijaamade koopades ja igal pool, kus kinnisvara hind või ruumipiirangud muudavad AIS-i kasutamise elujõuliseks. Kuid pindala vähendamine on ainult kõige silmatorkavam eelis.

Isolatsioonikeskkond: miks muudab SF₆ kõik

Õhk atmosfäärirõhul omab dielektrilist tugevust umbes 3 kV/mm. Väävelheksafluoriid (SF₆) rõhul 4–6 bar üle rõhu saavutab 25–30 kV/mm – umbes 8–10 korda kõrgema väärtuse. Seetõttu mahub 145 kV GIS-lülitusseade korpusesse, mille läbimõõt on sama suur kui kodumajapidamises kasutatava veeküttepaagi oma, samas kui vastav AIS-lülitus nõuab faasivahele vahemaad 1,5 meetrit ja faasi-ja-maa vahemaad 1,3 meetrit.

SF₆ molekul on keemiliselt inertsne, mittetoksiline ja soojuslikult stabiilne kuni 500 °C-ni. Selle kaarekustutusvõime on umbes 100 korda suurem kui õhul, sest SF₆ laguneb kaaretemperatuuril üle 2000 K reageerivateks osakesteks, mis neelavad elektrone ja taasühinevad kiiresti pärast voolu nullpunkti, võimaldades seega katkestada vigavoolu, mis ületab 63 kA, 2–3 tsükli jooksul. Gaas taastub ise iga katkestuse järel – erinevalt õlist, mis süsinikustub ja mida tuleb piiratud arv kordi vigavoolu katkestamise järel asendada.

Keskkonnaprobleem SF₆ puhul on selle globaalne soojenemise potentsiaal, mis on umbes 23 500 korda suurem kui CO₂ oma 100-aastasel ajavahemikul. Kaasaegsed GIS-i disainid lahendavad seda probleemi elueaks mõeldud hermeetiliste gaasikompartmentsidega, mille õhukäigu tase on alla 0,1% aastas ühe kompartmendi kohta – palju väiksem kui IEC 62271-203 standardis määratud maksimaalne 0,5%. Tihedusmonitoorid annavad reaalajas teavet gaasirõhust SCADA-liidese kaudu ja hoiatavad töötajaid iga õhukäigu suunast enne seda, kui see jõuab hoiatuspiirini.

Hooldusintervallid ja elutsükli kulud

AIS nõuab isolaatorite pinnade perioodilist puhastamist, eriti rannikualadel, tööstuspiirkondades või kõrbetes, kus sool, juhtiv tolmu- või liivakogunemine vähendab pindlikku läbipõlemisdistantsi ja suurendab läbipõlemisohu. GIS-i busstardid ja lülitid on täielikult suletud – saastumine ei saa isolaatorpindadele üldse jõuda. See pikendab hooldusintervalli AIS-i aastaselt hoolduselt GIS-i 5–10 aastaselt hoolduseni, sõltuvalt lülitite ja lahtiühendajate mehaaniliste toimingute arvust.

GIS-i ja AIS-i elutsükli kulude võrdlus muutub sõltuvalt pinge tasemest ja asukohast. Linnapiirkonnas 72,5 kV–145 kV pingetasemel saavutab GIS kulude võrdsuse AIS-iga 8–12 aastaga, kui arvesse võetakse maa hind, ehitustööd ja hooldustööjõu kulud. 245 kV ja kõrgematel pingetasemetel teeb ainult maa säästmise tõttu GIS sageli odavamaks esmaseks investeeringuks linna keskmes, kus maa hind ületab 500 USA dollari ruutmeetri kohta.

Modulaarne ehitus ja tehases toimuv testimine

GIS on tarnitud tehases kokkupandud ja tehases katsetatud sektoritena. Täielik 145 kV kahebussi ühekatkestussektor – sealhulgas katkestaja, kaks eralduslüliti, üks maanduslüliti, voolutransformaatorid ja pinge-transformaatorid – saadetakse 2–3 transpordiüksuses ja monteeritakse objektil, ühendades flangetsed SF₆-gaasukompartmendid ja pistikühendusega juhtimiskaablid. Objektil teostatavate tsiviilehitustööde hulka kuulub tasane betoonplats ja maandusvõrk; terasest toetuskonstruktsiooni, postisolatoreid ega ülesehitatud busssüsteemi ei kasutata.

Täispõhise seadme (bay) tehaseseadistus — sealhulgas kõrgpingetugevuse test, osalise läbilöögi mõõtmine alla 5 pC (pikokulonbi) vastavalt standardile IEC 62271-203 ning mehaaniline vastupidavustest — välistab paigalduskohtadel tekkivad käivitamisega seotud riske, mis moodustavad 30–40% kogu avatud isolaatorite süsteemi (AIS) projektide käivitamise viivitusi. GIS-seadme (bay), mis läbib tehases osalise läbilöögi testi väärtusega alla 2 pC, näitab tavaliselt paigaldamise järel mõõtmatusi osalise läbilöögi tasemeid, kui paigalduskohtadel järgitakse õigesti gaasiga seotud protseduure.

Näide: Linnasubstantsioon paigutatud kaubandushoone alla

Linnapiirkonda teenindav kasuliku teenuse pakkujaga ettevõte, kus elanike tihedus on 12 000 inimest ruutkilomeetri kohta, vajas uut 220/66 kV alajaamastat. Ainsaks saadaolevaks kohaks oli planeeritud mitmefunktsionaalse kaubandusliku torni basseiniüksus. Tavaline avatud isolaatorite süsteem (AIS) oleks nõudnud 6000 ruutmeetrit – rohkem kui kolmekordset saadaolevat basseini pindala. 220 kV GIS-lahendus, mis oli konfigureeritud kahe bussi skeemina koos kaheksa toiteühenduse ja kahe transformaatori ühendusega, mahus 800 ruutmeetrisse, sealhulgas kõik võimsustransformaatorid, juhtimisruum ja abisüsteemid. GIS-seadmed, mille tarnis integreeritud elektriseadmete tootja, olid tehases testitud 6 ühendusega komplektidena ja paigaldati 14 nädala jooksul – tähtaeg, mida AIS-ehitusel saavutada ei ole võimalik.

Tavaliselt esinevad küsimused

Kas GIS sobib välistingimustesse paigaldamiseks?

Jah. Välis-GIS-korpused on ilmastikukindlad: juhtimiskappid on IP65-klassi ja korpused valmistatud korrosioonikindlast alumiiniumi sulamist. Välis-GIS-i kasutamine teeb ehituse üleliialiseks, vähendades seega tsiviilehitustööde kulusid, ja seda kasutatakse sageli 72,5–145 kV vahemikus.

Kuidas SF₆-ga tegeletakse hoolduse ajal?

Hooldus, mille käigus avatakse gaasikompartmendid, toimub gaasi taastamise seadmete abil, mis tühjendavad SF₆-gaasi salvestusmahutitesse, puhastavad seda lagunemisproduktidest ja tagastavad pärast hooldust tagasi kompartmenti. Õigesti läbi viidud hooldusprotseduuris ei lasta SF₆-gaasi atmosfääri.

Mida juhtub, kui tekib SF₆-leke?

Rõhuanduri alarm aktiveerub esimesel läveväärtusel, tavaliselt 90% nimetatud täitmisrõhust. 85% juures aktiveerub lukustus, mis takistab lülitite või eraldajate tööd, et vältida toimimist halvenenud isoleerumisega. Töötajad saadetakse lekke tuvastamise ja parandamiseks enne lukustusläve saavutamist.

Kas GIS-i saab laiendada pärast esialgset paigaldust?

Jah. Moodulne kabiinikujundus võimaldab laiendamist, lisades uusi kabiinikomplekte olemasolevale juhtmele, ning laiendusjuhtmed paigaldatakse planeeritud väljalülituse ajal. Tulevased laiendusportid määratakse tavaliselt algse projekti raames, et lihtsustada hilisemat laiendamist.

Kuidas võrdlevad GIS ja AIS seismilise vastupidavuse poolest?

GIS on oluliselt parem, sest selle madal raskuskese – terve komplekt on kõrguses alla 3 meetri – teeb selle loomupäraselt stabiilsemaks kui AIS-i postisolatsioonid, mille kõrgus võib olla 5–6 meetrit. GIS on standardvalik seismilistes tsooniis, kus AIS-i puhul oleks vajalik kallim alusisolatsioon.

Kust saab täielikku GIS-jaamaga lahendust?

Täielikke jaamapakette – transformaatorid, lülitusseadmed, kaitse ja SCADA – pakkuvad integreeritud elektriseadmete tootjad, kes pakuvad valmislahendusi GIS-iga. Näiteks pakkub Liaoning Sinotech Group GIS-i 72,5 kV kuni 245 kV vahemikus oma jaamatootevalikus.