سوابق بهره‌برداري از پست‌هاي سرپوشيده sf6در ايران

[pesare irani 41805]

چكيده:

 

در اين مقاله عمدتاً ضمن تشريح دو مورد از آن آسيب ديدگي كلي پست‌هاي گازي (GIS) Gas Insulated Substation در حال بهره‌برداري در شبكه توانير، تجاربي كه مي تواند در آينده در مرحله طراحي و آزمايشات و راه‌اندازي اين نوع پست‌ها مورد استفاده قرار گيرد بيان گرديده است.

 

 

شرح مقاله:

 

رشد صنعت برق و نياز‌هاي تكنيكي جهت بهره‌برداري مطمئن‌تر از شبكه‌هاي انتقال در دنيا باعث ساخت و استفاده از تجهيزات فشارقوي جديد جهت تامين اين خواسته‌ها گرديده است. در سالهاي 1970-1960 استفاده از گاز SF6 در قطع و وصل قوس و بعنوان عايق در پست‌ها تحولاتي را در ساخت تجهيزات بوجود آورده است. در پست‌هاي GIS بر خلاف پست‌هاي معمولي كه از هواي آزاد براي ايجاد فواصل عايقي مورد نياز بين فاز‌هاي مختلف و فاز به زمين استفاده مي‌گردد از گاز SF6 كه داراي خاصيت عايقي بالاتري مي‌باشد هم بعنوان تامين كننده سطوح عايقي مورد نياز تجهيزات و شينه‌ها و هم بمنظور ماده‌اي كه در محفظه قطع ديژنكتور‌ها موثر است بكار گرفته مي‌شود. هر چند مدت مديدي است كه در شبكه بهم پيوسته ايران ديژنكتور‌هاي SF6 در ولتاژ‌ها و قدرت قطع‌هاي مختلف بدون اشكال عمده‌اي در حال بهره‌برداري مي‌باشند ولي در استفاده از پست‌هاي GIS تا چند سال اخير در ايران بعلت تكنيك خاصشان و عدم اطمينان از بهره مطمئن از آنها و همينطور به دلايل اقتصادي و يا عدم احساس نياز به آنها هميشه سئوالاتي مطرح بوده و اينكه پست از نوع معمولي يا بصورت گازي انتخاب گردد اختلاف نظراتي كه در مواردي نيز باعث تاخيراتي در شروع عمليات اجرائي پست‌ها گرديده بروز نموده است.

 

مقاله ارائه شده حاوي مطالبي از تجارب بهره‌برداري از پست‌هاي GIS در ايران و نظراتي بر چگونگي اتفاقات عمده‌اي كه در حال بهره‌برداري از آنها بوقوع پيوسته و همچنين مواردي كه در طراحي آينده بايستي در نظر گرفته شود، مي‌باشد. جهت روشن‌تر شدن موضوع، اطلاعات بدست آمده از ساير كشور‌ها مورد استفاده قرار گرفته است.

 

 

1ـ تاريخچه استفاده از پست‌هاي (جي. آي. اس) در كشور‌هاي مختلف:

 

از سال 1965 كه از گاز SF6 در پست‌هاي سر پوشيده و در ولتاژ‌هاي پائين (66 كيلوولت) استفاده گرديده تجربيات زيادي در بهره‌برداري از پست‌هاي (جي. آي. اس) در ولتاژ‌هاي مختلف بدست آمده است كه امروزه تا ولتاژ‌حداكثر 800 كيلوولت در حال بهره‌برداري و طراحي براي ولتاژ‌هاي 1600-1000 كيلوولت در دست اقدام مي‌باشد. در اين رابطه مي‌توان سوابق استفاده بعضي از كشور‌ها را عنوان نمود.

 

1ـ1 فرانسه: اولين فيدر(جي. آي. اس) با ولتاژ 245 كيلوولت در سال 1966 و در پستي در نزديكي پاريس توسط شركت EDF بصورت تجربي راه‌اندازي گرديد و بالاخره در سال 1967 اولين پست از نوع مذكور و در ولتاژ فوق مورد بهره‌برداري قرار گرفت.

 

2ـ1 ژاپن: در اين كشور پست (جي. آي. اس) با ولتاژ 66 كيلوولت براي اولين بار در سال 1969 عملاً وارد مدار گرديد.

 

3ـ1 سوئد: در سال 1978 پست 420 كيلوولتي (جي. آي. اس) مورد بهره‌برداري قرار گرفت.

 

4ـ1 ايران: در كشور‌ما اولين پست (جي. آي. اس) در ولتاژ 66 كيلوولت در برازجان و در اوايل سال 1362 و در ولتاژ 230 كيلوولت در نيمه اول سال 1363 در محل نيروگاه اتمي بوشهر مورد بهره‌برداري قرار گرفته است.

 

 

2ـ مقايسه ميزان استفاده از پستهاي (جي. آي. اس) و معمولي در سطح جهاني و ايران:

 

شكل(1) نشان دهنده تعداد بي‌هاي نصب شده از نوع (جي. آي. اس) تا آخرين سال مورد بررسي يعني سال 1982 جهاني در سطوح ولتاژ 132 كيلوولت به بالا مي‌باشد.

 

تا سال 1366 تعداد بي‌هاي (جي. آي. اس) مورد بهره‌برداري در شبكه‌ ايران در سطح ولتاژ 132 كيلوولت به بالا 18 عدد مي‌باشد كه نسبت به كل بي‌هاي نصب شده در شبكه ايران درصد ناچيزي را تشكيل مي‌دهد ولي با توجه به برنامه‌هاي آينده،32 عدد از بي‌هاكه جديداً نصب مي‌گردند از نوع (جي. آي. اس) مي‌باشند كه نسبت قابل توجهي را از بيهاي در حال نصب شامل مي‌گردد.

 

 

3ـ مقايسه آسيب‌پذيري پستهاي (جي. آي. اس) و معمولي:

 

براساس بررسيهاي انجام شده طي 10 سال بهره‌برداري از پست‌هاي معمولي و(جي. آي. اس) ميزان عيوب عمده پستهاي (جي. آي. اس) در حد 01/0 عيب براي هر پست سال بهره‌برداري يعني نوع معمولي مي‌باشد. دليل اصلي كمتر بودن عيوب پستهاي (جي. آي. اس) قرار گرفتن قسمتهاي عمده اين نوع پست‌ها در گاز SF6 كه دور از شرايط غير عادي جوي نظير آلودگي، بارندگي اكسيداسيون، خوردگي و همينطور خسارات ناشي از باد و پرندگان و حيوانات كوچك است مي‌باشد. جمع عيوب اصلي و فرعي پست‌هاي (جي. آي. اس) از حد 017/0 براي هر واحد پست در سالهاي اوليه به ميزان 006/0 در سالهاي اخير كاهش يافته است.

 

از خطرناكترين عيوبي كه ممكن است براي پست‌هاي (جي. آي. اس) اتفاق بيافتد آنهائي است كه منجر به سوختگي داخلي (Burn Through) و سوراخ شدن محفظه مربوط مي‌گردد اين خطرات بخصوص ناشي از آتش سوزي و پراكندگي گازهاي سمي تركيبات SF6 كه با قوس الكتريكي ايجاد شده مي‌باشد. هرچند احتمال وقوع چنين اتفاقاتي كم مي‌باشد و طبق آمار منتشره از 44 اتصالي در پست‌هاي در حال بهره‌برداري در آمريكاي شمالي 3 اتصال آن منجر به سوختگي داخلي گرديده يعني احتمال آن بميزان 07/0 بوده است ولي تجارب بهره‌برداري از پستهاي (جي. آي. اس) 63/230 كيلوولت كاشان وديگري پست 400 كيلوولت بندر‌عباس مي‌باشد. حادثه اول منجر به نابودي سكسيونر و سكسيونر زمين و ديژنكتور همجوار (شكل(2)) و حادثه اول منجر به نابودي سكسيونر وسكسيونر زمين و ديژنكتورهمجوار (شكل(2)) و حادثه دوم باعث از بين رفتن ترانس ولتاژ 400 كيلوولتي (شكل(3))گرديده است. خوشبختانه در هيچيك از اين حوادث خسارات جاني وارد نگرديده بجز آنكه در پست بندرعباس به علت انتشار گاز سمي در محيط سرپوشيده اطراف تجهيزات پست مسموميت جزئي براي يكي از پرسنل بهره‌بردار بوچود آمده است.

 

هرچند كه طبق شكل (4) براساس محاسبات انجام شده نمونه تا در شبكه كانادا برروي يكي از پست‌هاي 230 كيلوولت از نوع (جي. آي. اس)، با افزايش جريان اتصال كوتاه شبكه و با ثابت در نظر گرفتن ضخامت محفظه احتمال سوختگي داخلي افزايش مي‌يابد، ولي در هر دو مورد آسيب ديدگي پست‌هاي كاشان و بندر عباس، ميزان جريان اتصال كوتاه بسيار كم و تداوم قوس و عدم عملكرد رله‌هاي حفاظتي باعث وقوع حوادث گرديده است.

 

 

4ـ شرح كلي حوادث كاشان و بندر عباس و تجارب بدست آمده:

 

1ـ4 پست كاشان: مختصراً با مراجعه به شكل (5) در اثر انجام مانوري اشتباه كه برروي پست در حال بهره‌برداري در تـاريخ 27/10/63 بـا برقدار بودن خط 63 كيلـوولت انجـام مي‌گيرد سكسيونر زمين " ES "

 

بطور نيمه بازرها گرديده و تداوم جريان اتصالي از طرف 63 كيلوولت هرچند با دامنه كم به دليل طولاني بودن از منابع توليد و عدم عملكرد رله‌هاي حفاظتي باعث به درازا كشيدن زمان اتصالي و در نتيجه افزايش فشار داخلي و ذوب شدن محفظه مربوط طبق شكل (2) مي‌گردد.

 

موضوع سوختگي داخلي در اين حادثه خاص را مي‌توان علاوه بر آشكار شدن موضوع توجه بيشتر به آموزش بيشتر پرسنل بهره بردار و به كار‌گماردن اپراتور‌هاي با سابقه، از ديدگاههاي ديگر نيز به مساله توجه نمود، كه از جمله بكارگيري سكسيونر‌هاي زمين موتور‌دار سريع در خطوط منتهي به پست همراه با سيستم‌هاي اينترلاك مورد نياز جهت احتراز از بسته شدن آنها برروي خطوط برقدار مي‌باشد. هرچند اين مورد اغلب در طراحي پستهاي معمولي با ولتاژ بالا مورد توجه قرار مي‌گيرد، ولي ضرورت آن در پستهاي (جي. آي. اس) از اهميت ويژه‌اي برخوردار مي‌باشد. لازم به ياد‌آوري است كه در مورد پست مورد اشاره فرض مورد استفاده قرار گرفتن اين نوع پستها بصورت راديال در زمانهاي بهره‌برداري و ملاحظات اقتصادي در زمان خريد پست‌هاي سيار باعث ناديده گرفتن اين امكانات در آن زمان گرديده است.

 

در اين حادثه، طولاني شدن قوس با جريان كم و عدم عملكرد رله‌هاي حفاظتي مربوط بعلت پائين بودن جريان اتصالي موضوع بكارگيري سيستم‌هاي حفاظتي مناسب را كه جوابگوي جدانمودن بموقع قسمت اتصالي تحت شرايط مينيمم و ماكزيمم بار باشد را توجيه مي‌نمايد.

 

بطوريكه از منحني 1 شكل (6) كه نشان دهنده تغييرات زمان سوختگي نسبت به جريان اتصالي مي‌باشد بر مي‌آيد، در حالت خاص فوق كه جريان عبوري به ميزان يك كيلو‌آمپر بوده است زمان ذوب شدن بدنه در حدود 10 ثانيه مي‌باشد كه خارج از محدوده عملكرد رله‌هاي حفاظتي اوليه و ثانويه بوده و نتيجه آنكه ذوب شدن بدنه قبل از آنكه فشار داخل محفظه بحد خطرناكي برسد نقش ديافراگم جدا شونده (Rupture Diaphragm) را بازي نموده است، زيرا طبق منحني (2) شكل (6) كه تغييرات زمان آسيب ديدگي محفظه ناشي از افزايش فشار داخلي را نسبت به جريان اتصال كوتاه نشان مي‌دهد، (در اين خالت خاص افزايش مجاز فشار داخلي Cm2/Kg 16 مي‌باشد) اصولاً قبل از تجاوز فشار داخلي از حد معين طراحي شده، بدنه محفظه در اثر حرارت قوس، ذوب و سوراخ مي‌گردد.

 

1ـ4 پست بندر عباس: حادثه از بين رفتن فاز T ترانس ولتاژ بندر عباس در تاريخ 8/5/64 و ظاهراً بدليل آسيب ديدگي داخلي كه در هنگام حمل آن صورت گرفته در زمان اوليه برقدار شدن پست بوقوع پيوسته است. گرچه نوعاً با حادثه اتفاقي در پست سيار كاشان مغايرت دارد ولي در اين حالت نيز به علت كم بودن جريان، رله‌هاي حفاظتي موجود در پست در برطرف نمودن اتصال كوتاه نقشي نداشته‌اند و عملاً با قطع دستي ديژنكتور طرف 230 كيلوولت اتصالي از بين رفته است. محفظه ترانس ولتاژ با ترانس جريان و مسير كوتاه طولاني محفظه شينه طبق شكل (8) داراي سيستم گاز مشترك مي‌باشد. با ايجاد اتصال كوتاه در ترانس ولتاژ دياگرام جداشونده كه در بالاي محفظه تعبيه شده است با افزايش فشار داخلي سوراخ گرديده و بدليل طولاني بودن زمان اتصال كوتاه و در اثر حرارت ايجاد شده محفظه ترانس ولتاژ طبق شكل (3) ذوب گرديده است. وقوع اين حادثه بعلت عدم انجام آزمايشات ضروري قبل از برقدار شدن آن و همچنين عدم توجه به برقدار نمودن پست بصورت مرحله‌اي بوده است.

 

آزمايشات انجام شده شامل:

 

1- Megger test on secondry

 

2- Connsecction chek

 

3- Gas Qallity test

 

4- Pressure test

 

5- Leakage chek

 

بوده است و هر چند انجام Power Frequency Test جهت مشخص نمودن خطاهاي نصب و آلودگي داخلي محفظه ضرورت داشته است ولي ظاهراً به دليل نداشتن امكانات كافي در تامين ولتاژ مورد نياز از انجام آن خودداري گرديده و حتي در زمان آزمايش پست بوسيله ولتاژ نوساني با دامنه 855 كيلوولت ترانسفورماتور‌هاي ولتاژ از مدار خارج بوده‌اند و عملاً تحت تاثير اين ولتاژ قرار نگرفته‌اند. گرچه با توجه به مشخصات فني ترانس ولتاژ، اين دستگاه بايستي با يك تولرانس قابل قبول و بدون هيچگونه نگراني قابليت تحمل ولتاژ نوساني مذكور را داشته باشد.

 

 

5ـ نتيجه:

 

استفاده از پست‌هاي جي. آي. اس بدليل نياز‌هاي فني و رعايت مسايل اقتصادي در آينده شبكه ايران اجتناب ناپذير است ولي بهره‌برداري مطمئن از آنها نيز ضرورتاً مستلزم توجه خاص به مراحل مختلف طراحي، ساخت، نصب و آزمايش و راه‌اندازي اين نوع پست‌ها دارد.

 

سوابق بهره‌برداري از پست‌هاي موجود نشان مي‌دهد كه حداقل موارد زير را بايستي در طراحي آنها در نظر گرفت:

 

1ـ تا زمانيكه قابليت فني پرسنل بهره‌بردار از سطح بالائي برخوردار نگرديده است و احتمال انجام مانور‌هاي غير صحیح وجود دارد توجه به بالا بردن درجه اطمينان بهره‌برداري از پست‌ها حتي در سطوح 63 كيلوولت، از طريق بكارگيري سيستم‌هاي اينترلاكينگ مناسب و تجهيزات اضافي، هرچند مستلزم صرف هزينه زيادتري هم گردد، بعنوان اصلي از طراحي‌هاي اوليه مورد توجه قرار گيرد.

 

2ـ با توجه به پائين بودن سطوح اتصال كوتاه در شرايطي از وضعيت شبكه، بكارگيري سيستم‌هاي حفاظتي مناسبي كه بتواند در حداقل زمان ممكن و قبل از آسيب ديدن تجهيزات جي. آي. اس موجبات رفع اتصالي، بخصوص در جريان‌هاي مينيمم اتصال كوتاه كه در مواردي كمتر از جريان نامي مي‌باشد را فراهم آورد از ضرورت كاملي برخوردار است.

 

3ـ نوع آزمايشات كارگاهي و روش انجام آنها دقيقاً مورد توجه قرار گيرد.

 

4ـ سكسيونر‌هاي زميني كه بر‌روي ورودي خطوط نصب مي‌گردند از نوع سريع موتوردار با قابليت كامل جريان وصل اتصال كوتاه باشند تا در صورت بروز نقص در سيستم‌هاي اينترلاكينگ يا مانور‌هاي غلط آسيبي به تجهيزات پست وارد نشود.

 

5ـ حتي الامكان سعي مي‌گردد كه در هر يك از محفظه‌هاي مجزاي پست‌هاي جي. آي. اس انتخابي از ديافراگم‌هاي جداشونده (دريچه اطمينان فشار) استفاده گردد.

 

6ـ منابع و مآخذ:

 

1. Report by working group 23.03 on " The State of International Develop- ment and Experience With SF6 Gas Insulated High Voltage Switchgear".

 

 

:167: :167: :167: :167:

[Neptune 461]

نمونه ای از ادوات پست GIS

 

 

منبع سایت mitsubishi electric