О характеристиках надежности ячеек маломасляных и вакуумных выключателей 6–10 кВ

94

О характеристиках надежности 
ячеек маломасляных и вакуумных 
выключателей 6–10 кВ

УДК 621.311.1:621.3.019.3

Подвергнуты

статистическому

анализу

параметры

надежности

 (

частота

отказов

и

сред

-

нее

время

восстановления

) 

ячеек

маломасляных

и

вакуумных

выключателей

 6–10 

кВ

, 

установленных

на

питающих

центрах

 35–220/6–10 

кВ

одной

из

наиболее

крупных

энер

-

госистем

страны

. 

Приведена

структура

отказов

ячеек

выключателей

различного

типа

. 

Получены

их

характеристики

надежности

, 

необходимые

для

обоснования

и

выбора

схем

и

параметров

электрических

сетей

среднего

напряжения

.

Абдурахманов

А

.

М

.,

к.т.н., советник АО «ОЭК»

Глушкин

С

.

В

.,

аспирант кафедры ЭЭС

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Шунтов

А

.

В

.,

д.т.н., профессор кафедры ЭЭС 

ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»

Ключевые

слова

:

параметры надежности, вакуумный 

выключатель, маломасляный 

выключатель, частота отказов, 

ячейка выключателя

ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ

Проблема  обеспечения  надежно-

сти энергосистем была и остается 

актуальной. Одним из ее аспектов 

традиционно является исследова-

ние  показателей  надежности  эле-

ментов  электрических  сетей.  При 

этом  пристальное  внимание  уде-

ляют  показателям,  характеризую-

щим  их  аварийность:  параметру 

потока отказов 



 (точнее, средне-

му  параметру  потока  отказов  или 

частоте  отказов)  и  среднему  вре-

мени восстановления 

T

в

.

Во  времена  бывшего  СССР 

существовал  централизованный 

сбор  и  обработка  статистических 

данных  по  аварийности  элемен-

тов  энергосистем.  Его  последние 

результаты  датированы  периодом 

1977–1982 годов [1]. Именно тогда 

были получены значения 



 = 0,009 

1/год и 

T

в

 = 20 ч для наиболее мас-

совых  маломасляных  выключате-

лей 6–10 кВ.

Схожие  характеристики  на-

дежности до сих пор приводятся 

в  различных  публикациях  в  об-

ласти надежности сетей средне-

го  напряжения.  Например,  в  [2] 

указан 



 = 0,01 1/год, в том числе

0,003  1/год  —  отказ  типа  КЗ 

и 0,007 1/год— типа разрыв цепи.

Вместе с тем, последние деся-

тилетия  преимущественное  при-

менение получали не маломасля-

ные,  а  вакуумные  выключатели. 

Для  них  в  [3]  приведено  эксперт-

ное значение 



 = 0,004 1/год. В той 

же работе имеется ссылка, что по 

данным  ведущих  мировых  произ-

водителей наработка на отказ со-

временных  вакуумных  выключа-

телей составляет 2000 лет, откуда 



 = 0,0005 1/год.

Обратим  внимание,  что  при 

анализе  моделей  отказа  выклю-

чателей  еще  со  времен  [4]  при-

нято  рассматривать  не  отдельно 

взятый выключатель, а отказ при-

соединения,  то  есть  выключателя 

со всем относящимся к нему обо-

рудованием  —  разъединителями, 

измерительными  трансформато-

рами,  соединительными  шинами, 

устройствами  релейной  защиты 

и  автоматики  (РЗА),  изоляторами 

и вводами [4].

С  учетом  вышеизложенного 

авторы  поставили  перед  собой 

задачу  уточнить  характеристики 

надежности  ячеек  маломасля-

ных  и  вакуумных  выключателей 

6–10  кВ  на  современном  времен-

ном интервале.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

НАДЕЖНОСТИ

Анализу  подвергнута  аварийная 

статистика  по  ячейкам  маломас-

ляных и вакуумных выключателей 

6–10 кВ на 611 питающих центрах 

(подстанциях)  35–220/…/6–10  кВ 

в  одной  из  наиболее  крупных 

электросетевых  компаний  евро-

пейской  части  страны  за  период 

2016–2018  гг.  (объем  статистиче-

ской выборки — в таб лице 1).

Как  видно  из  таблицы  1,  доля 

маломасляных  выключателей  со-

ставляет  более  половины  парка 

установленного оборудования, не-

смотря на то, что уже около 20 лет 

они  не  применяются  при  новом 

строительстве.

В таблице 2 приведены общее 

число  аварийных  отключений 

и  их  суммарная  длительность 

ОБОРУДОВАНИЕ

95

для  ячеек  выключателей  из  таб-

лицы  1.  На  основании  данных 

таблиц 1 и 2 нетрудно рассчитать 

численные  значения  параметра 

потока отказов и среднего времени 

восстановления рассматриваемых 

выключателей (таблица 3).

Из таблицы 3 следует, что зна-

чения частоты отказов и среднего 

времени  восстановления  у  ячеек 

вакуумных выключателей пример-

но  в  два  раза  меньше,  чем  у  ма-

ломасляных.  Одна  из  косвенных 

причин этого связана с известным 

фактом, что количество составных 

и подвижных частей у вакуумного 

выключателя  в  два  раза  меньше, 

чем у маломасляного.

Также  необходимо  отметить, 

что под временем восстановления 

в журналах, в которых фиксируют 

аварийные  отключения,  нередко 

указывается  не  собственное  вре-

мя  аварийно-восстановительно-

го  ремонта  ячейки  выключателя, 

а время восстановления исходного 

состояния схемы. Причина кроется 

в  том,  что  на  питающих  центрах 

преимущественно 

установлены 

ячейки  с  выкатными  элемента-

ми.  Поэтому  при  серьезном  отка-

зе  электрического  аппарата  для 

быстрого  восстановления  схемы 

используют  резервные  выкатные 

элементы с выключателем.

Сравнение  данных  из  табли-

цы  3  и  работ  [1–3]  показывает, 

что  полученные  характеристики 

надежности  ячеек  выключателей 

оказались  более  оптимистичны-

ми. Можно с осторожностью пред-

положить,  что  это  связано  с  тем, 

что  анализу  подвергались  ячейки 

питающих центров. Особенностью 

их эксплуатации являются сравни-

тельно незначительное (несколько 

раз в год) количество коммутаций 

и присутствие на подстанциях де-

журного персонала. Кроме того, за 

последнее  десятилетие  ведущие 

производители  вакуумных  комму-

тационных аппаратов сделали до-

статочно  серьезные  шаги  по  вне-

дрению  современных  технологий, 

контролю  качества  процесса  про-

изводства  и  учету  опыта  эксплуа-

тации вакуумных выключателей. 

По-видимому,  следует  ожидать 

ухудшения  характеристик  надеж-

ности  для  ячеек  выключателей 

в системах собственных нужд 6 кВ 

электростанций  (приводы  меха-

низмов),  где  по  технологическим 

условиям  требуются  значительно 

более частые (один-два раза в сут-

ки [3]) коммутации.

Также  следует  ожидать  более 

высоких значений среднего време-

ни восстановления ячеек с выклю-

чателями,  установленных  в  необ-

служиваемых  распределительных 

пунктах  (РП).  Во-первых,  за  счет 

дополнительного  времени,  тре-

буемого  для  обнаружения  отказа 

и  прибытия  персонала  на  место 

аварии.  Во-вторых,  конструкция 

этих  ячеек  не  предусматривает 

выкатных элементов. Однако в до-

кументе  еще  30-летней  давности 

[5]  было  понимание,  что  в  схеме 

электрических  сетей  РП  следу-

ет  применять  лишь  при  наличии 

весомых  технико-экономических 

обоснований.

Частота  отказов  ячеек  выклю-

чателей 6–10 кВ на уровне тысяч-

ных  долей  единицы  в  определен-

ной  мере  подтверждается  ранее 

опубликованными  в  [6]  данными: 

0,002 1/год — для ячеек комплект-

ных распределительных устройств 

с  вакуумными  выключателями 

сравнительно  новой  для  нас  сту-

пени напряжения 20 кВ в г. Москве.

В таблице 4 приведена структу-

ра отказов ячеек выключателей из 

таблицы  2.  За  рассматриваемый 

период было зафиксировано всего 

два случая (в 2016 и 2018 гг.) поте-

ри  герметичности  дугогасительной 

камеры  вакуумного  выключателя. 

Среди  отказов  маломасляных  вы-

ключателей  на  долю  их  привода 

пришлось  немногим  более  20%. 

Отказы  вакуумных  выключателей 

по  данной  причине  не  наблюда-

лись.  Последнее  является  след-

ствием  более  простых  и  менее 

энергоемких  приводов  вследствие 

крайне незначительных расстояний 

межконтактных промежутков. В це-

лом, структура отказов маломасля-

ных выключателей по ряду позиций 

Табл. 1. Количество ячеек

выключателей 6–10 кВ

на питающих центрах

Годы

Маломас-

ляных

Вакуумных

2016

11 500

7063

2017

11 282

7281

2018

10 929

7634

Табл. 2. Аварийность ячеек выключателей 6–10 кВ

Годы

Маломасляных

Вакуумных

Количество от-

ключений, шт.

Длительность 

отключений, ч

Количество от-

ключений, шт.

Длительность 

отключений, ч

2016

26

102,7

17

63,4

2017

15

35,4

3

15,7

2018

34

265,1

5

7,5

2016–2018

75

403,2

25

86,6

Табл. 3. Показатели

надежности ячеек выключателей 6–10 кВ

Годы

Маломасляных

Вакуумных



, 1/год

T

в

, ч



, 1/год

T

в

, ч

2016

0,0023

3,9

0,0024

3,7

2017

0,0013

2,4

0,0004

5,2

2018

0,0031

7,8

0,0007

1,5

2016–2018

0,0022

5,4

0,0011

3,5

Табл. 4. Структура отказов ячеек выключателей 6–10 кВ

Причина отказа

Отказы конструктивных элемен-

тов ячейки выключателей, шт./%

маломасляных

вакуумных

Дугогасящая камера

10/13,3

2/8,0

Привод

17/22,7

0/0

Цепи управления

19/25,4

13/52,0

Опорная изоляция и вводы

25/33,3

9/36,0

Сборные шины

4/5,3

1/4,0

Всего

75/100

25/100

№

 4 (55) 2019

96

в таблице 4 и в [3] оказалась сопо-

ставимой. Для ячеек с вакуумными 

выключателями  основной  причи-

ной отказов оказались неисправно-

сти цепей управления.

ВЫВОДЫ

1.  Ячейки  выключателей  6–10  кВ 

являются  сравнительно  надежны-

ми элементами электрических се-

тей: их частота отказов составляет 

примерно от 0,001 до 0,002 1/год. 

При этом на долю собственно вы-

ключателя с приводом приходится 

от 8 до 36% отказов в зависимости 

от типа рассматриваемого выклю-

чателя.

2.  Ячейки  с  вакуумными  выклю-

чателями 6–10 кВ надежней тако-

вых по сравнению с устаревшими 

маломасляными  выключателями: 

примерно в два раза с позиций ча-

стоты отказов и среднего времени 

восстановления.

3.  Фактические  значения  пара-

метров  надежности  ячеек  выклю-

чателей  6–10  кВ,  полученные  на 

данном  временном  промежутке, 

оказались  более  благоприятными 

по  сравнению  с  ранее  опублико-

ванными.

4.  Характеристики 

надежности 

ячеек  с  выключателями  6–10  кВ 

могут  меняться  в  зависимости  от 

условий  эксплуатации.  Так  в  сис-

теме  собственных  нужд  электро-

станций  значения  их  параметров 

надежности могут объективно сни-

жаться за счет значительно более 

частных  коммутаций  по  сравне-

нию с теми, которые имеют место 

на питающих центрах.  

ЛИТЕРАТУРА

1.  Указания  по  применению  показателей  надежности  эле-

ментов  энергосистем  и  работы  энергоблоков  с  паротур-

бинными установками. М.: СПО Союзтехэнерго, 1985. 18 с.

2.  Воропай  Н.И.  Надежность  систем  электроснабжения. 

Новосибирск: Наука, 2015. 208 с.

3.  Назарычев А.Н. Анализ основных преимуществ приме-

нения вакуумных выключателей // Энергоэксперт, 2007, 

№ 4–5. С. 58–63.

4.  Грудинский П.Г., Мандрыкин С.А., Улицкий М.С. Техни-

ческая  эксплуатация  основного  электрооборудования 

станций  и  подстанций  /  Под  ред.  П.И.  Устинова.  М.: 

Энергия, 1974. 575 с.

5.  Инструкция по проектированию городских и поселковых 

электрических сетей. М.: Минэнерго СССР, 1984. 56 с.

6.  Майоров А.В., Шунтов А.В. О характеристиках надеж-

ности элементов электрических сетей 20 кВ // Энерго-

безопасность и энергосбережение, 2016, № 2. С. 28–30.

REFERENCES

1.  Guidelines for using reliability indicators of power system 

elements and operation of power units with steam turbine 

plants.  Moscow,  SPO  Soyuztekhenergo,  1985.  18  p.  (in 

Russian)

2.  Voropay N.I. Power supply systems reliability. Novosibirsk, 

Nauka Publ., 2015. 208 p.

3.  Nazarychev A.N. Analysis of the main advantages of using 

vacuum  circuit  breakers. 

EnergoEkspert

  [Energy  expert], 

2007, no. 4-5, pp. 58–63. (in Russian)

4.  Grudinskiy  P.G.,  Mandrykin  S.A.,  Ulitskiy  M.S.  Technical 

operation of the main electrical equipment of stations and 

substations. Edited by Ustinov P.I. Moscow, Energiya Publ., 

1974. 575 p.

5.  Instructions for designing urban and village electrical net-

works. Moscow, Minenergo of USSR Publ., 1984. 56 p. (in 

Russian)

6.  Mayorov A.V., Shuntov A.V. On the reliability characteris-

tics  of  20  kV  electric  networks’  equipment.  Energobezo-

pasnost i energosberezheniye [Energy Safety and Energy 

Economy], 2016, no. 2, pp. 28-30. (in Russian)

На правах рекламы

ОБОРУДОВАНИЕ