Перспективы применения вакуумных выключателей напряжением 110–220 кВ

Page 1
background image

Page 2
background image

58

Сети России

Презент

ация

Т

ехническое

 

перевооружение

 

распределительного

 

электросе

-

тевого

 

комплекса

 

является

 

основой

 

модернизации

 

экономики

 

регионов

 

России

Разработанная

 

в

 

Холдинге

 

МРСК

 

Программа

 

реновации

 

электросетевого

 

комплекса

 

на

 

период

 

с

 2011 

по

 

2020 

г

., 

в

 

качестве

 

первоочередных

 

задач

 

ставит

 

снижение

 

износа

 

обо

-

рудования

 

до

 46—48%, 

потерь

 

электроэнергии

 — 

до

 6,1%, 

а

 

также

 

дву

-

кратное

 

снижение

 

количества

 

технологических

 

нарушений

.

ВОЗДУШНЫЕ

 

И

 

МАСЛЯНЫЕ

 

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Важнейшим

 

оборудованием

 

распределительных

 

сетей

 

являются

 

ком

-

мутационные

 

аппараты

от

 

работы

 

которых

 

зависит

 

надежность

 

всех

 

под

-

станций

линий

 

электропередачи

 

и

 

распределительных

 

устройств

 

во

 

всех

 

режимах

 

эксплуатации

Выключатели

 

высокого

 

напряжения

 

являются

 

основными

 

коммутаци

-

онными

 

аппаратами

 

в

 

электрических

 

установках

 

и

 

служат

 

для

 

отключе

-

ния

 

и

 

включения

 

цепей

 

в

 

любых

 

режимах

номинальном

 

длительном

при

 

перегрузках

коротких

 

замыканиях

  (

КЗ

), 

холостом

 

ходе

несинхронной

 

работе

Наиболее

 

тяжелой

 

и

 

ответственной

 

операцией

 

является

 

отключе

-

ние

 

токов

 

КЗ

 

и

 

включение

 

на

 

существующее

 

короткое

 

замыкание

Общее

 

количество

 

высоковольтных

 

выключателей

 

напряжением

 110—750 

кВ

находящихся

 

в

 

эксплуатации

составляет

 

около

 30 

тысяч

По

 

классам

 

напряжения

 

они

 

распределены

 

так

как

 

показано

 

в

 

табл

. 1. 

Из

 

табл

. 1 

видно

что

 

наибольшее

 

количество

 

выключателей

 — 95,7% 

эксплуатируется

 

в

 

классе

 

напряжения

 110—220 

кВ

Вячеслав

 

ЧАЙКА

главный

 

конструктор

 

ОАО

 «

НПП

 «

Контакт

»

Александр

 

НАЗАРЫЧЕВ

главный

 

инженер

 

ООО

 «

Контакт

 T&D», 

зав

кафедрой

 

Ивановского

 

энергетического

 

университета

проректор

 

по

 

научной

 

работе

 

ПЭИПК

д

.

т

.

н

., 

профессор

Александр

 

СУРОВОВ

д

иректор

 

ООО

 «

Контакт

 T&D»

Алексей

 

ТАДЖИБАЕВ

ректор

 

Петербургского

 

энергетического

 

института

 

повышения

 

квалификации

 

(

ПЭИПК

), 

д

.

т

.

н

., 

профессор

Перспективы применения 

напряжением

Анализ уровня износа технологического обо-
рудования в российском распределительном 
сетевом комплексе показывает, что средний 
физический износ оборудования по Холдингу 
МРСК составляет 69 % и незначительно варь-
ируется по большинству регионов в зоне ответ-
ственности региональных сетевых компаний. 
В среднем 52% оборудования отработало свой 
нормативный срок эксплуатации, в том числе 
свыше 7% — дважды, потери электроэнергии 
в ряде регионов находятся на уровне 18—25%, 
а надежность электроснабжения существенно 
отстает от зарубежных показателей. Количе-
ство отключений потребителей в отдельных 
энергосистемах составляет 5—6 в год, в разви-
тых зарубежных странах 1—2. 


Page 3
background image

59

№ 1, июль-август, 2010

59

№1, июль-август, 2010

Достаточно

 

длительное

 

время

 

в

 

энергосистемах

 

в

 

этих

 

классах

 

напряжения

 

применялись

 

масляные

 

баковые

маломасляные

 

колонковые

 

и

 

воздушные

 

выключатели

 

различных

 

типов

Сегодня

 

число

 

выключателей

отрабо

-

тавших

 

нормативный

 

срок

 

службы

составляет

 40% 

от

 

общего

 

количества

 

выключателей

находящихся

 

в

 

эксплу

-

атации

в

 

том

 

числе

 

отработали

 

свой

 

нормативный

 

ресурс

 

90% 

баковых

 

масляных

 

выключателей

 

типа

 

МКП

-110 

и

 40% 

выключателей

 

типа

 

У

-110, 30% 

воздушных

 

выключателей

 

ВВН

-110, 40% 

воздушных

 

выключателей

 

ВВН

-220. 

За

 

последние

 

годы

 

заметно

 

выросло

 

количество

 

повреждений

 

отечественных

 

выключателей

Основными

 

причинами

 

являются

:

• 

износ

 

основных

 

сборочных

 

узлов

 

выключателей

;

• 

несовершенство

 

конструкции

находящихся

 

в

 

эксплу

-

атации

 

аппаратов

• 

несоответствие

 

климатическим

 

условиям

 

эксплуатации

;

• 

дефекты

обусловленные

 

низким

 

качеством

 

ремонта

 

и

 

применяемых

 

при

 

ремонте

 

материалов

;

• 

дефекты

 

изготовления

;

• 

нарушения

 

нормативных

 

и

 

директивных

 

документов

 

по

 

срокам

 

ремонта

 

и

 

режимам

 

эксплуатации

;

• 

установка

 

в

 

цепях

 

шунтирующих

 

реакторов

 

и

 

конденса

-

торных

 

батарей

для

 

коммутации

 

которых

 

выключатели

 

не

 

предназначены

;

• 

установка

 

в

 

цепях

где

 

токи

 

КЗ

 

и

 

восстанавливающее

 

напряжение

 

превышают

 

нормированные

 

параметры

 

выключателя

Положения

 

Технической

 

политики

 

в

 

распределитель

-

ном

 

сетевом

 

комплексе

 

предъявляют

 

к

 

современным

 

выключателям

 

высокого

 

напряжения

 

следующие

 

доста

-

точно

 

высокие

 

требования

:

• 

надежное

 

отключение

 

любых

 

токов

 (

включая

 

токи

 

КЗ

);

• 

быстрота

 

операций

т

.

е

наименьшее

 

время

 

отключе

-

ния

 

и

 

включения

;

• 

пригодность

 

для

 

быстродействующего

 

автоматического

 

повторного

 

включения

т

.

е

быстрое

 

включение

 

выклю

-

чателя

 

сразу

 

же

 

после

 

отключения

;

• 

возможность

 

пофазного

 (

пополюсного

управления

 

для

 

выключателей

 110 

кВ

 

и

 

выше

;

• 

наличие

 

коммутационного

 

и

 

механического

 

ресурса

обеспечивающего

 

межремонтный

 

период

 

эксплуата

-

ции

 

не

 

менее

 15—20 

лет

;

• 

минимальное

 

количество

 

операций

 

технического

 

обслу

-

живания

 

в

 

процессе

 

эксплуатации

;

• 

максимальное

 

уменьшение

 

массогабаритных

 

показа

-

телей

;

• 

сокращение

 

эксплуатационных

 

расходов

;

• 

взрыво

и

 

пожаробезопасность

.

Эти

 

требования

 

трудновыполнимы

 

при

 

традиционных

 

методах

 

гашения

 

дуги

 

в

 

масле

 

или

 

воздухе

Возможности

 

дальнейшего

 

существенного

 

совершенствования

 

выклю

-

чателей

 

с

 

традиционными

 

способами

 

гашения

 

дуги

 

прак

-

тически

 

исчерпаны

ВАКУУМНЫЕ

 

И

 

ЭЛЕГАЗОВЫЕ

 

ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Выполнение

 

повышенных

 

требований

 

к

 

выключателям

 

возможно

 

при

 

использовании

 

в

 

распределительных

 

устрой

-

ствах

 

подстанций

 

современных

 

элегазовых

 

и

 

вакуумных

 

выключателей

  (

ВВ

). 

В

 

настоящее

 

время

 

выключатели

 

с

 

вакуумными

 

и

 

элегазовыми

 

дугогасящими

 

устройствами

 

(

ДУ

вытесняют

 

масляные

электромагнитные

 

и

 

воздушные

 

выключатели

Дело

 

в

 

том

что

 

ДУ

 

вакуумных

 

и

 

элегазовых

 

выключателей

 

не

 

требуют

 

ремонта

 

по

 

крайней

 

мере

 

в

 

тече

-

ние

 20 

лет

в

 

то

 

время

 

как

 

в

 

масляных

 

выключателях

 

масло

 

при

 

отключениях

 

загрязняется

 

частицами

 

свободного

 

угле

-

рода

 

и

кроме

 

того

изоляционные

 

свойства

 

масла

 

снижают

-

ся

 

из

-

за

 

попадания

 

в

 

него

 

влаги

 

и

 

воздуха

Это

 

приводит

 

к

 

необходимости

 

смены

 

масла

 

не

 

реже

 1 

раза

 

в

 4 

года

Дуго

-

гасящие

 

устройства

 

воздушных

 

выключателей

 

примерно

 

в

 

эти

 

же

 

сроки

 

требуют

 

очистки

Кроме

 

того

у

 

изношенных

 

воздушных

 

выключателей

 

имеются

 

утечки

 

сжатого

 

воздуха

 

из

 

ДУ

что

 

исключает

 

возможность

 

нормального

 

опериро

-

вания

Дугогасящие

 

устройства

 

вакуумных

 

и

 

элегазовых

 

выключателей

 

заключены

 

в

 

герметичные

 

оболочки

и

 

их

 

внутренняя

 

изоляция

 

не

 

подвергается

 

воздействию

 

внеш

-

ней

 

среды

Электрическая

 

дуга

 

при

 

отключениях

 

в

 

вакууме

 

или

 

в

 

элегазе

 

также

 

практически

 

не

 

снижает

 

свойств

 

дугога

-

сящей

 

и

 

изолирующей

 

среды

.

Нормативными

 

документами

 

ФСК

 

ЕЭС

 

и

 

Холдинга

 

МРСК

 

закреплено

 

решение

 

о

 

преимущественном

 

применении

 

при

 

строительстве

реконструкции

техническом

 

пере

-

вооружении

 

и

 

замене

 

оборудования

 

подстанций

 

напря

-

жением

 330—750 

кВ

 

элегазовых

 

выключателей

а

 

на

 

подстанциях

 

напряжением

 6, 10, 20, 35 

кВ

 — 

вакуумных

 

выключателей

В

 

классе

 

напряжения

 110—220 

кВ

 

сегодня

 

на

 

вновь

 

вводимых

 

в

 

эксплуатацию

 

подстанциях

как

 

пра

-

вило

в

 

отсутствии

 

каких

-

либо

 

альтернативных

 

вариантов

 

предлагается

 

применять

 

элегазовые

 

выключатели

кото

-

рые

 

при

 

всех

 

своих

 

достоинствах

 

имеют

 

и

 

ряд

 

следующих

 

проблемных

 

моментов

.

Физические

 

особенности

 

применения

 

в

 

высоко

-

вольтных

 

выключателях

 

элегаза

  (

гексавторида

 

серы

 — 

SF

6

в

 

качестве

 

изолирующей

 

и

 

дугогасящей

 

среды

 

подра

-

зумевают

 

необходимость

 

поддержания

 

в

 

ДУ

 

повышенного

 

вакуумных выключателей 

Табл

. 1. 

Распределение

 

общего

 

количества

 

парка

 

высоковольтных

 

выключателей

 

по

 

классам

 

напряжения

 110—750 

кВ

Номинальное

 

напряжение

кВ

Общее

 

количество

 

выключателей

шт

.

Количество

 

выклю

-

чателей

 

от

 

общего

 

числа

, %

110

24 150

80,5

220

4560

15,2

330

360

1,2

500

900

3

750

25

0,1

110–220 кВ

 


Page 4
background image

60

СЕТИ  РОССИИ

давления

 (1,5—2,5 

атм

.) 

для

 

обеспе

-

чения

 

требуемого

 

уровня

 

коммутаци

-

онной

 

способности

 

и

 

электрической

 

прочности

 

межконтактного

 

проме

-

жутка

В

 

процессе

 

длительной

 

экс

-

плуатации

 

выключателя

 

возможны

 

утечки

 

элегаза

При

 

этом

 

давление

 

в

 

дугогасящей

 

камере

 

снижается

В

 

вакуумных

 

выключателях

 

современ

-

ные

 

технологии

 

изготовления

 

ваку

-

умных

 

дугогасительных

 

камер

  (

ВДК

доведены

 

до

 

уровня

который

 

гаран

-

тирует

 

необходимый

 

вакуум

 

на

 

про

-

тяжении

 

всего

 

срока

 

службы

 

ВДК

 — 

25—40 

лет

.

Давление

 

в

 

ДУ

 

элегазовых

 

выклю

-

чателей

 

может

 

также

 

снижаться

 

при

 

значительных

 

колебаниях

 

темпера

-

туры

 

окружающей

 

среды

В

 

случае

 

падения

 

давления

 

ниже

 

заданных

 

пределов

 

критической

 

величины

которая

 

определяется

 

индивидуально

 

для

 

различных

 

типов

 

ДУ

существует

 

опасность

 

пробоя

 

элегазового

 

про

-

межутка

 

или

 

отказа

 

выключателя

 

в

 

момент

 

выполнения

 

коммутации

Для

 

предотвращения

 

такого

 

рода

 

отказов

 

необходимы

 

наличие

 

в

 

элегазовом

 

выключателе

 

контроля

 

рабочего

 

дав

-

ления

 

в

 

дугогасящей

 

камере

 

с

 

помо

-

щью

 

манометра

 

и

 

своевременная

 

подкачка

 

элегаза

 

до

 

заданных

 

преде

-

лов

Кроме

 

того

при

 

интеграции

 

элегазовых

 

выключателей

 

в

 

систему

 

цифровой

 

подстанции

 

стоимость

 

организации

 

передачи

 

информации

 

о

 

давлении

 

элегаза

 

сопоставима

 

со

 

стоимостью

 

самого

 

выключателя

Вакуумный

 

же

 

выключатель

 

может

 

эксплуатироваться

 

в

 

диапазоне

 

изме

-

нения

 

температур

 

от

 +50

о

 

до

 -60

о

С

при

 

этом

 

датчик

 

контроля

 

состояния

 

вакуума

 

устанавливать

 

в

 

ВДК

 

не

 

тре

-

буется

.

Например

известен

 

случай

 

блоки

-

ровки

 

цепей

 

управления

 59 

элегазовых

 

баковых

 

выключателей

 110—500 

кВ

 

производства

 

ряда

 

европейских

 

ком

-

паний

 

при

 

температуре

 

окружающего

 

воздуха

 -41

o

С

 

в

 

Тюменской

 

области

 

в

 

2006 

году

 

из

-

за

 

несовершенства

 

кон

-

струкции

недостаточной

 

мощности

низкой

 

надежности

 

обогревающих

 

устройств

 

баков

 

и

 

недостатков

 

систе

-

мы

 

контроля

 

давления

  (

плотности

элегаза

Поэтому

 

при

 

выборе

 

выклю

-

чателей

 

для

 

регионов

 

с

 

холодным

 

кли

-

матом

 

предпочтение

 

следует

 

отдавать

 

либо

 

выключателям

заполненным

 

газовой

 

смесью

не

 

требующей

 

подо

-

грева

либо

 

необходимы

установка

 

дополнительной

 

теплоизоляции

 

баков

дополнительный

 

обогрев

 

импульсных

 

газовых

 

трубок

увеличение

 

мощности

 

подогревателей

Все

 

это

 

усложняет

 

и

 

удорожает

 

конструкцию

 

элегазовых

 

выключателей

 

и

 

увеличивает

 

рас

-

ход

 

электроэнергии

 

на

 

собственные

 

нужды

а

 

значит

делает

 

элегазовые

 

выключатели

 

энергонеэффективными

Следует

 

также

 

отметить

 

и

 

относительно

 

высокую

 

стоимость

 

производства

очистки

 

и

 

утилизации

 

элегаза

.

Несмотря

 

на

 

доказанную

 

практи

-

кой

 

эксплуатации

 

безвредность

 

эле

-

газовых

 

выключателей

 

при

 

нормаль

-

ных

 

режимах

 

работы

тем

 

не

 

менее

экологические

 

проблемы

 

остро

 

возникают

 

при

 

ремонте

 

и

 

утилизации

 

отработавших

 

нормативный

 

ресурс

 

выключателей

Дело

 

в

 

том

что

 

неко

-

торые

 

продукты

 

разложения

 

элегаза

 

весьма

 

токсичны

 

и

 

могут

 

наносить

 

вред

 

человеку

 

и

 

окружающей

 

среде

В

 

табл

. 2 

приведена

 

степень

 

опасно

-

сти

 

продуктов

 

разложения

 

элегаза

Анализируя

 

табл

. 2, 

можно

 

сделать

 

вывод

 

о

 

том

что

 

наиболее

 

опасным

 

в

 

экологическом

 

отношении

 

является

 

попадание

 

в

 

окружающую

 

среду

 

как

 

самого

 

элегаза

так

 

и

 

продуктов

 

его

 

разложения

в

 

составе

 

которых

 

име

-

ются

 

токсичные

 

вещества

Так

 

как

 

экологические

 

требования

 

сегодня

 

выходят

 

на

 

первый

 

план

законода

-

тельство

 

России

 

и

 

стран

—-

участниц

 

Монреальского

 

протокола

 

запреща

-

ют

 

выброс

 

в

 

атмосферу

 

фторосодер

-

жащих

 

веществ

к

 

которым

 

относится

 

и

 

элегаз

Поэтому

 

для

 

обеспечения

 

безопасности

 

и

 

выполнения

 

совре

-

менных

 

экологических

 

требований

повышения

 

качества

 

и

 

культуры

 

экс

-

плуатации

 

при

 

внедрении

 

элегазового

 

оборудования

 

необходимо

 

оснаще

-

ние

 

предприятий

 

распределительного

 

электросетевого

 

комплекса

 

совре

-

менными

 

газотехнологическими

 

ап

-

паратами

а

 

также

 

оборудованием

 

для

 

очистки

 

элегаза

 

и

 

утилизации

 

про

-

дуктов

 

его

 

разложения

что

 

потребует

 

серьезных

 

финансовых

 

затрат

.

В

 

соглашении

 (

Пакт

 

о

 

климатических

 

изменениях

), 

подписанном

 

большин

-

ством

 

стран

 

мира

 

в

 

японском

 

городе

 

Киото

 

в

 1997 

г

., 

имеется

 

прямое

 

упоминание

 

относительно

 SF

6

как

 

о

 

потенциально

 

опасном

 

газе

обла

-

дающем

 

тепличным

  (

парниковым

эффектом

и

 

участникам

 

соглашения

 

предписывается

 

воздерживаться

 

от

 

его

 

применения

Поэтому

 

во

 

многих

 

странах

 

были

 

предприняты

 

попытки

направленные

 

на

 

разработку

 

высоко

-

вольтных

 

ВДК

которые

 

заменили

 

бы

 

действующие

 

сегодня

 

повсеместно

 

элегазовые

 

выключатели

.

Вакуумные

 

выключатели

 

идеальны

 

с

 

экологической

 

точки

 

зрения

обла

-

дают

 

высокой

 

надежностью

имеют

 

больший

 

коммутационный

 

ресурс

 

и

 

могут

 

работать

 

при

 

температурах

 

до

 

-60°

С

.

В

 

классе

 

напряжений

 6—35 

кВ

 

вакуумные

 

выключатели

 

давно

 

потес

-

нили

 

позиции

 

элегазовых

 

и

 

успешно

 

эксплуатируются

 

более

 15 

лет

При

 

модернизации

 

и

 

новом

 

строительстве

 

ЗРУ

 6— 10 

кВ

 

на

 

подстанциях

 

ФСК

 

ЕЭС

 

и

 

Холдинга

 

МРСК

 

иные

 

типы

 

выклю

-

чателей

 

помимо

 

вакуумных

совсем

 

не

 

рассматриваются

Единственное

 

исключение

 — 

ЗРУ

-6

кВ

 

некоторых

 

АЭС

 

и

 

ТЭЦ

где

 

из

-

за

 

сложившихся

 

стерео

-

типов

 

о

 

возможных

 

перенапряжениях

 

при

 

работе

 

вакуумных

 

выключателей

Табл

. 2. 

Степень

 

опасности

 

продуктов

 

разложения

 

элегаза

 SF

6

Продукты

 

разло

-

жения

 

элегаза

Степень

 

токсич

-

ности

Запах

Степень

 

содержания

 

в

 

аппарате

Срок

 

жизни

 

после

 

выбро

-

са

 

в

 

атмос

-

феру

Опасность

 

для

 

здоровья

 

человека

С

F

4

нет

средняя

неизвестен

нет

(HF)

2

средняя

резкий

низкая

неизвестен

низкая

(

запах

)

SO

2

средняя

едкий

средняя

неизвестен

SF

4

высокая

едкий

высокая

минуты

высокая

 

(

первые

 

минуты

 

после

 

выброса

)

SiF

4

высокая

резкий

средняя

минуты

WF

6

высокая

резкий

средняя

минуты

SOF

2

высокая

про

-

тухшие

 

яйца

средняя

от

 

минут

 

до

 

часов

относительно

 

высокая

CuF

2

, AlF

3

средняя

едкий

высокая

при

 

вдыхании

 

и

 

попадании

 

на

 

кожу

S

2

F

10

очень

 

высокая

неиз

-

вестен

очень

 

низкая

часы

низкая


Page 5
background image

61

№ 1, июль-август, 2010

все

 

еще

 

рассматривается

 

установка

 

элегазовых

 

выключателей

причем

 

как

 

правило

импортного

 

производ

-

ства

 — Schneider Electric, 

АВВ

, Areva.

Разработка

 

вакуумных

 

выключа

-

телей

 110—220 

кВ

 

неоднократно

 

обсуждалась

 

в

 

докладах

 

и

 

материалах

 

Международного

 

симпозиума

 

по

 

раз

-

ряду

 

и

 

электроизоляции

 

в

 

вакууме

 

(ISDEIV — International Symposium on 
Discharges and Electrical Insulation in 
Vacuum), 

что

несомненно

указывает

 

на

 

интерес

 

разработчиков

 

и

 

произво

-

дителей

 

вакуумной

 

коммутационной

 

техники

 

к

 

высоким

 

классам

 

напря

-

жения

На

 

основе

 

материалов

 

симпо

-

зиума

 

можно

 

говорить

 

о

 

следующих

 

тенденциях

 

исследования

 

и

 

развития

 

вакуумной

 

коммутационной

 

техники

 

на

 

высокие

 

классы

 

напряжения

• 

снижение

 

габаритов

 

вакуумных

 

выключателей

 

возможно

 

за

 

счет

 

оптимизации

 

по

 

электрической

 

прочности

 

контактной

 

системы

 

ВДК

 

и

 

повышения

 

плотности

 

отключаемых

 

токов

 

на

 

единицу

 

площади

 

контактов

;

• 

на

 

основе

 

новейших

 

результатов

 

исследований

 

электрической

 

проч

-

ности

 

в

 

вакууме

 

создание

 

кон

-

струкций

 

выключателей

 

и

 

ВДК

 

на

 

большие

 

классы

 

напряжений

 

(

конструирование

 

одноразрывных

 

камер

 

на

 

большие

 

напряжения

и

 

конструктивных

 

решений

 

по

 

мно

-

горазрывным

 

камерам

 

и

 

много

-

камерным

 

выключателям

• 

решение

 

проблемы

 

обеспечения

 

восстановления

 

электрической

 

прочности

 

в

 

ВДК

 

после

 

погашения

 

дуги

Эрозионные

 

процессы

 

и

 

тер

-

мический

 

разогрев

 

контактов

 

зна

-

чительно

 

ограничивают

 

скорость

 

и

 

уровень

 

восстановления

 

электро

-

прочности

 

ВДК

Современный

 

уровень

 

знаний

 

позволил

 

разрабо

-

тать

 

ВДК

 

на

 

напряжение

 

до

 145 

кВ

что

 

позволяет

 

создать

 

одно

и

 

двухразрывные

 

вакуумные

 

выклю

-

чатели

 110 

кВ

 

и

 

двухразрывные

 

вакуумные

 

выключатели

 220 

кВ

;

• 

продолжаются

 

работы

 

по

 

опти

-

мизации

 

материалов

 

контактов

 

и

 

конструкции

 

ВДК

.

ВАКУУМНЫЕ

 

ДУГОГАСИТЕЛЬНЫЕ

 

КАМЕРЫ

История

 

развития

 

ВДК

 

на

 

высокие

 

классы

 

напряжения

 

насчитывает

 

в

 

мире

 

уже

 

немало

 

лет

Такие

 

страны

как

 

Россия

Германия

Франция

Великобритания

США

Китай

активно

 

проводят

 

исследования

 

по

 

созданию

 

вакуумных

 

выключателей

 

на

 

высокие

 

напряжения

 

и

 

большие

 

отключаемые

 

токи

Фирмой

  «

Сименс

» 

разработаны

 

вакуумные

 

генераторные

 

выключа

-

тели

 

с

 

номинальными

 

токами

 

отклю

-

чения

 

до

 80 

кА

Задача

 

пропускания

 

больших

 

номинальных

 

токов

 

в

 

этих

 

аппаратах

 

решается

 

путем

 

параллель

-

ного

 

соединения

 

нескольких

 

вакуум

-

ных

 

дугогасительных

 

камер

 

в

 

каждом

 

полюсе

.

Наиболее

 

существенные

 

результаты

 

были

 

получены

 

в

 

Японии

что

 

связано

 

с

 

растущим

 

потреблением

 

энергии

 

в

 

этой

 

стране

а

 

также

 

с

 

аспектами

 

национальной

 

безопасности

В

 

итоге

 

последние

 

достижения

на

 

внутрен

-

нем

 

рынке

 

Японии

 

появились

 

ВДК

 

на

 

напряжение

 126 

кВ

, 145 

кВ

  (

рис

. 1, 

длина

 700 

мм

диаметр

 200 

мм

кон

-

такты

 Cu-Cr, 

с

 

аксиальным

 

магнитным

 

полем

и

 

даже

 

фарфоровая

 

сдвоенная

 

ВДК

 

на

 

напряжение

 168 

кВ

В

 

энергосистемах

 

Японии

 

на

 

про

-

тяжении

 

нескольких

 

лет

 

успешно

 

экс

-

плуатируются

 

двух

и

 

одноразрывные

 

вакуумные

 

выключатели

 

на

 

базе

 

ВДК

 

на

 

напряжение

 126—168 

кВ

на

 

номинальные

 

токи

 

до

 2000 

А

 

и

 

номи

-

нальный

 

ток

 

отключения

 

до

 40 

кА

На

 

рис

. 2, 3 

представлены

 

примеры

 

таких

 

вакуумных

 

выключателей

.

В

 

настоящее

 

время

 

в

 

Японии

 

одним

 

из

 

главных

 

направлений

 

стало

 

применение

 

ВДК

 

не

 

только

 

в

 

диапа

-

зоне

 

средних

 

значений

 

напряжения

но

 

также

 

и

 

в

 

высоковольтных

 

распре

-

делительных

 

устройствах

 

подстанций

что

 

обусловлено

 

такими

 

уникальными

 

свойствами

 

ВДК

как

 

высокая

 

отклю

-

чающая

 

способность

долговечность

безопасность

 

и

 

экономичность

.

Также

 

в

 

Японии

 

прослеживается

 

тенденция

 

совмещения

 

высокоско

-

ростных

 

ВДК

 

с

 

технологией

 

сверхпро

-

водимости

Ведутся

 

активно

 

иссле

-

дования

 

по

 

проблеме

 

применения

 

сверхпроводящих

 

материалов

 

в

 

конструкциях

 

ВДК

Выяснилось

что

 

такое

 

нововведение

 

подошло

 

бы

 

для

 

устройств

 

ограничения

 

тока

 

в

 

мощных

 

энергетических

 

системах

Целый

 

ряд

 

лабораторных

 

исследований

 

прово

-

дится

 

с

 

целью

 

установления

 

принци

-

пов

 

работы

 

таких

 

устройств

в

 

которых

 

ограничитель

 

тока

 

подключался

 

бы

 

к

 

элементу

 

с

 

высокотемпературной

 

сверхпроводимостью

 

параллельно

 

це

-

пи

 

мощного

 

источника

 

энергии

Когда

 

сверхпроводящий

 

элемент

 

начинает

 

гасить

 

ток

 

в

 

результате

 

перегрузки

ВДК

 

легко

 

размыкает

 

цепь

 

и

 

направ

-

ляет

 

весь

 

ток

 

в

 

ограничитель

 

тока

что

 

приводит

 

к

 

сохранности

 

сверхпрово

-

дящего

 

материала

 

и

 

сокращению

 

его

 

размеров

.

Россия

в

 

части

 

разработки

 

и

 

вне

-

дрения

 

вакуумных

 

выключателей

 

на

 

напряжение

 110—220 

кВ

 

идет

 

в

 

ногу

 

со

 

своими

 

японскими

 

коллегами

 

и

 

значительно

 

опережает

 

европейских

 

ученых

 

и

 

инженеров

В

 2008 

г

ФГУП

 

Рис

. 1. 

Вакуумная

 

дугогасительная

 

камера

 

на

 

145 

кВ

 

японской

 

компании

 

AE Power System Corporation

Рис

. 2. 

Двухразрывный

 

вакуумный

 

выключатель

 

VCB 168 

кВ

/31,5 

кА

/2000

А

Рис

. 3. 

Одноразрывный

 

вакуумный

 

выключатель

 

VCB 145 

кВ

/40 

кА

/2000

А


Page 6
background image

62

СЕТИ  РОССИИ

ВЭИ

 (

г

Москва

успешно

 

провел

 

испытания

 

опытных

 

образцов

 

россий

-

ских

 

ВДК

 

типов

 

КДВ

-60-31,5/2000 

и

 

КДВ

-126-40/3150, 

рассчитанных

 

соответственно

 

на

 

напряжение

 60 

и

 126 

кВ

 

переменного

 

тока

 

часто

-

той

 50 

Гц

предназначенных

 

для

 

комплектации

 

двухразрывных

 

и

 

одно

-

разрывных

 

вакуумных

 

выключателей

 110—220 

кВ

.

Камера

 

КДВА

-60-31,5/2000 

представлена

 

на

 

рис

. 4., 

рассчитана

 

на

 

номинальное

 

напряжение

 60 

кВ

, 50 

Гц

 

и

 

предназначена

 

для

 

двухраз

-

рывного

 

вакуумного

 

выключателя

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

 (

наибольшее

 

рабочее

 

напряжение

 126 

кВ

), 

номинальный

 

ток

 

отключения

 31,5 

кА

номинальный

 

ток

 2000 

А

.

Камеру

 

следующего

 

поколения

 — 

КДВ

-126-40/3150, 

представлен

-

ную

 

на

 

рис

. 5, 

предполагается

 

использовать

 

для

 

комплектации

 

одно

-

разрывного

 

вакуумного

 

выключателя

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

, 50 

Гц

на

 

номинальный

 

ток

 3150 

А

и

 

номинальный

 

ток

 

отключения

 40 

кА

Кроме

 

того

в

 

перспективе

 

на

 

ее

 

основе

 

может

 

быть

 

создан

 

двухраз

-

рывный

 

вакуумный

 

выключатель

 

на

 

напряжение

 220 

кВ

Первый

 

российский

 

вакуумный

 

выключатель

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

 

начали

 

разрабатывать

 

в

 2007 

г

в

 

г

Саратове

 

на

 

ОАО

 «

НПП

 «

Контакт

». 

Технические

 

требования

 

на

 

коммутационный

 

аппарат

 

были

 

согласо

-

ваны

 

с

 

ФСК

 

ЕЭС

В

 2009 

г

на

 

предприятии

 

был

 

изготовлен

 

опытный

 

образец

 

двухразрывного

 

вакуумного

 

выключателя

 

на

 

базе

 

камер

 

КДВА

-60-31,5/2000 

с

 

пружинно

-

магнитным

 

приводом

 (

рис

. 6). 

В

 

этом

 

же

 

году

 

начались

 

полномасштабные

 

испытания

 

выключателя

 

в

 

лабораториях

 

самого

 

завода

ФГУП

 

ВЭИ

 

и

 

НИЦ

 

ВВА

Параллельно

 

шел

 

диалог

 

со

 

специалистами

-

эксплуатационниками

появлялись

 

рекомен

-

дации

вносились

 

изменения

 

в

 

конструкцию

 

выключателя

.

В

 2010 

г

на

 

основании

 

положительных

 

результатов

 

испытаний

 

был

 

получен

 

сертификат

 

на

 

первый

 

российский

 

вакуумный

 

выключатель

 

110 

кВ

 

и

 

началось

 

серийное

 

производство

 

ВБП

-110

кВ

.

Небольшой

 

период

 

времени

затраченный

 

ОАО

  «

НПП

  «

Контакт

» 

на

 

разработку

 

и

 

постановку

 

на

 

производство

 

ВБП

-110 

кВ

объясняется

 

использованием

 

в

 

конструкции

 

выключателя

 

технических

 

решений

 

и

 

узлов

серийно

 

производимых

 

для

 

вакуумных

 

выключателей

 

серии

 

ВБПС

-35

кВ

К

 

ним

 

относится

 

пружинно

-

магнитный

 

привод

  (

для

 

ВБП

-110 

кВ

 

привод

 

был

 

усилен

изменены

 

настройки

), 

полюса

 

выклю

-

чателя

механические

 

узлы

 

тяг

 

и

 

валов

Параметры

 

выключателя

 

ВБП

-110 

приведены

 

в

 

табл

.3.

Табл

. 3 

Основные

 

параметры

 

выключателя

 

ВБП

-110III-31,5/2000 

УХЛ

 1

Номинальное

 

напряжение

кВ

 126

Номинальный

 

ток

А

 2000

Номинальный

 

ток

 

отключения

кА

 31,5

Ток

 

электродинамической

 

стойкости

кА

 80

Ток

 

термической

 

стойкости

кА

 31,5

Собственное

 

время

 

включения

мс

 85

Собственное

 

время

 

отключения

мс

 30

Тип

 

провода

 

пружинный

Ресурс

 

по

 

механической

 

стойкости

 10 

000

Ресурс

 

по

 

коммутационной

 

стойкости

 10 

000

Ресурс

 

по

 

коммутационной

 

стойкости

 

при

 

номинальном

 

токе

 

отключения

 

25 

циклов

 

ВО

Категория

 

размещения

 

и

 

климатическое

 

исполнение

 

УХЛ

 1

До

 

конца

 2010 

г

., 

по

 

согласованию

 

с

 

Холдингом

 

МРСК

 

первые

 

серийные

 

ВБП

-110 

кВ

 

будут

 

смонтированы

 

на

 

подстанциях

 

филиалов

 

Холдинга

 

МРСК

 — 

МРСК

 

Центра

 

и

 

Приволжья

Северо

-

Запада

Сибири

Волги

Северного

 

Кавказа

.

В

 2009—2010 

гг

на

 

базе

 

камеры

 

КДВ

-126-40/3150 

разработан

 

одноразрывный

 

вакуумный

 

выключатель

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

50 

Гц

номинальный

 

ток

 3150 

А

 

и

 

номинальный

 

ток

 

отключения

 40 

кА

Рис

. 5. 

Вакуумная

 

дугогасительная

 

камера

 

типа

 

КДВ

-126-40/3150

Рис

. 4. 

Вакуумная

 

дугогасительная

 

камера

 

типа

 

КДВА

-60-31,5/2000

Рис

 6. 

Вакуумный

 

выключатель

 

двухразрывный

 

типа

 

ВБП

-110III-31,5/2000 

УХЛ

 1


Page 7
background image

63

№ 1, июль-август, 2010

Выключатель

 

имеет

 

классическую

 

для

 

колонковых

 

выключателей

 

ком

-

поновку

Внешний

 

вид

 

выключателя

 

типа

 

ВБП

-110III-40/3150 

УХЛ

при

-

веден

 

на

 

рис

. 7. 

Серийное

 

произ

-

водство

 

такого

 

выключателя

 

плани

-

руется

 

начать

 

уже

 

в

 2011 

г

Как

 

и

 

в

 

двухразрывном

 

выключателе

в

 

ВБП

-110III-40/3150 

УХЛ

предпола

-

гается

 

использование

 

ранее

 

разра

-

ботанных

 

и

 

проверенных

 

в

 

условиях

 

эксплуатации

 (

на

 

выключателях

 

клас

-

са

 35 

кВ

 

и

 

на

 

первых

 

ВБП

-110 

кВ

узлов

 

и

 

конструктивных

 

решений

.

• 

механизм

 

свободного

 

расце

-

пления

 

привода

позволяющий

 

отключать

 

выключатель

 

в

 

любой

 

момент

 

независимо

 

от

 

положения

 

механизма

• 

пожаро

и

 

взрывобезопасность

;

• 

малые

 

габариты

 

и

 

вес

Для

 

распределительного

 

электросе

-

тевого

 

комплекса

 

России

 

при

 

выборе

 

элегазовых

 

или

 

вакуумных

 

выклю

-

чателей

 

решающее

 

значение

 

могут

 

иметь

 

ремонтно

-

эксплуатационные

 

расходы

 

за

 

весь

 

нормативный

 

пе

-

риод

 

эксплуатации

Проведенные

 

рас

-

четы

 

показали

что

 

ремонтно

-

эксплуатационные

 

расходы

 

элегазо

-

вых

 

выключателей

 

значительно

 

выше

 

(

до

 100—300 

раз

), 

чем

 

у

 

вакуумных

.

Уникальные

 

разработки

 

россий

-

ских

 

ученых

 

и

 

инженеров

 

двухраз

-

рывного

 

и

 

одноразрывного

 

ва

-

куумного

 

выключателей

 

позволят

 

не

 

только

 

создать

 

реальную

 

альтер

-

нативу

 

элегазовым

 

выключателям

но

 

и

 

быть

 

основой

 

программы

 

замены

 

масляных

 

выключателей

 

и

 

пар

 

отделитель

-

короткозамыкатель

 

(

ОД

-

КЗ

) 110 

кВ

а

 

в

 

будущем

 

и

 

220 

кВ

Кроме

 

того

применение

 

инновационных

 

видов

 

вакуумных

 

выключателей

 

высокого

 

напряжения

 

позволит

 

развивать

 

и

 

совершенство

-

вать

 

распределительные

 

устройства

 

110—220 

кВ

 

для

 

создания

 

новых

 

блочно

-

модульных

 

схемных

 

реше

-

ний

обеспечивающих

• 

экологическую

 

безопасность

 

обо

-

рудования

;

• 

высокую

 

степень

 

надежности

 

и

 

безопасности

 

эксплуатации

• 

повышение

 

уровня

 

заводской

 

готовности

 

и

 

укрупнение

 

блочно

-

сти

 

поставки

;

• 

максимальное

 

уменьшение

 

мас

-

со

-

габаритных

 

показателей

;

• 

сокращение

 

эксплуатационных

 

расходов

 

и

 

обеспечение

 

удобства

 

выполнения

 

технического

 

обслу

-

живания

 

и

 

ремонта

;

• 

развитие

 

необслуживаемых

 

дис

-

танционно

 

управляемых

 

цифро

-

вых

 

подстанций

;

• 

создание

 

закрытых

 

распред

-

устройств

 

КРУ

 

и

 

ЗРУ

-110 

кВ

 

с

 

воз

-

душной

 

и

 

комбинированной

 

изоля

-

цией

без

 

использования

 

элегаза

.

Применение

 

вакуумных

 

выключа

-

телей

 110—220 

кВ

 

особенно

 

актуаль

-

но

 

при

 

использовании

 

в

 

комплектной

 

подстанции

 

необслуживаемых

не

 

содержащих

 

масла

 

и

 

элегаза

 

транс

-

форматоров

 

тока

 

и

 

напряжения

Такие

 

трансформаторы

 — 

с

 

оптиче

-

скими

 

датчиками

 — 

широко

 

исполь

-

зуются

 

в

 

Северной

 

Америке

 

и

 

Канаде

где

 

вопрос

 

экологической

 

безопасности

 

оборудования

 

стоит

 

на

 

первом

 

месте

Оптические

 

транс

-

форматоры

 

тока

 

и

 

напряжения

 

легко

 

интегрируются

 

в

 

системы

 

цифровой

 

подстанции

т

.

к

имеют

 

на

 

выходе

 

цифровые

 

сигналы

.

В

 

следующих

 

статьях

 

мы

 

рассмо

-

трим

 

идеологию

 

построения

 

совре

-

менных

 

блочных

 

подстанций

 110 

и

 

220 

кВ

 

с

 

применением

 

самых

 

совре

-

менных

 

электрических

 

аппаратов

 

и

 

конструктивных

 

решений

в

 

том

 

чис

-

ле

 

и

 

описанных

 

в

 

данной

 

статье

 

ваку

-

умных

 

выключателей

 110—220 

кВ

 

и

 

оптических

 

трансформаторов

 

тока

 

и

 

напряжения

.

Преимуществами

 

выключателей

 

ВБП

-110III-31,5/2000 

и

 40/3150 

УХЛ

являются

• 

экологическая

 

безопасность

;

• 

возможность

 

ручного

 

включения

 

и

 

отключения

• 

большой

 

коммутационный

 

и

 

меха

-

нический

 

ресурс

;

• 

устойчивая

 

работа

 

в

 

сложных

 

кли

-

матических

 

условиях

Рис

. 7. 

Внешний

 

вид

 

одноразрывного

 

вакуумного

 

выключателя

 

типа

 

ВБП

-110III-40/3150 

УХЛ

1, 

разработанного

 

ОАО

 «

НПП

 «

Контакт

» 


Оригинал статьи: Перспективы применения вакуумных выключателей напряжением 110–220 кВ

Читать онлайн

Анализ уровня износа технологического оборудования в российском распределительном сетевом комплексе показывает, что средний физический износ оборудования по Холдингу МРСК составляет 69 % и незначительно варьируется по большинству регионов в зоне ответственности региональных сетевых компаний. В среднем 52% оборудования отработало свой нормативный срок эксплуатации, в том числе свыше 7% — дважды, потери электроэнергии в ряде регионов находятся на уровне 18—25%, а надежность электроснабжения существенно отстает от зарубежных показателей. Количество отключений потребителей в отдельных энергосистемах составляет 5—6 в год, в развитых зарубежных странах 1—2.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»