Развитие распределительных устройств высокого и сверхвысокого напряжения

Page 1
background image

Page 2
background image

98

Развитие распределительных 
устройств высокого 
и сверхвысокого напряжения

УДК

 621.3

В

 

соответствии

 

с

 

материала

-

ми

 CIGRE [1] 

в

 

последние

 

годы

 

изменились

 

требо

-

вания

 

к

 

подстанционному

 

оборудованию

прежде

 

всего

 

в

 

ча

-

сти

 

социальных

 

аспектов

 

установки

 

и

 

эксплуатации

 

под

 

станций

а

 

так

-

же

 

возможного

 

загрязнения

 

окру

-

жающей

 

среды

:

 

гармоничное

 

внедрение

 

высоковольтных

 

комплексов

 

в

 

формирование

 

безопасной

 

и

 

комфортной

 

жизни

;

 

защита

 

окружающей

 

среды

эффективное

 

использование

 

природных

 

ресурсов

;

 

учет

 

все

 

большей

 

концентра

-

ции

 

населения

 

в

 

городах

;

 

усиление

 

внимания

 

общества

 

к

 

надежному

 

и

 

бесперебойно

-

му

 

электроснабжению

;

 

тенденция

 

к

 

повышению

 

номинального

 

напряжения

 

и

 

передаваемой

 

мощности

;

 

необходимость

 

улучшения

 

доступа

 

к

 

электроснабжению

.

Применение

 

более

 

надежно

-

го

 

оборудования

не

 

требующего

 

ремонта

 

практически

 

в

 

течение

 

всего

 

срока

 

службы

должно

 

не

 

только

 

увеличивать

 

элементную

 

надежность

 

РУ

но

 

и

 

обеспечивать

 

переход

 

к

 

упрощенным

 

схемам

 

и

 

компоновкам

 

распределитель

-

ных

 

устройств

 

и

соответствен

-

но

еще

 

большему

 

повышению

 

надежности

 

распределительных

 

устройств

 

в

 

целом

.

Ключевыми

 

направлениями

 

повышения

 

надежности

 

высоко

-

вольтного

 

оборудования

 

РУ

 

явля

-

ются

:

Развитие

 

распределительных

 

устройств

 (

РУ

высокого

 

и

 

сверхвысокого

 

напряжения

 

отражает

 

общие

 

тенденции

 

совершенствования

 

электрических

 

сетей

повышение

 

надежности

управляемости

компактности

экологичности

 

и

 

безопасности

снижение

 

затрат

 

на

 

обслуживание

оптимизацию

 

технико

-

экономических

 

характеристик

Состоявшаяся

 

в

 2016 

году

 

в

 

Париже

 

сессия

 CIGRE 

несколько

 

меняет

 

понимание

 

современного

 

развития

РУ

 

высокого

 

и

 

сверхвысокого

 

напряжения

.

Вариводов

 

В

.

Н

.,

д

.

т

.

н

., 

профессор

действительный

 

член

 

РАЭН

заместитель

 

Генерального

 

директора

 

АО

 «

НПО

 

ВЭИ

-

Электроизоляция

»

Ковалев

 

Д

.

И

.,

ассистент

 

кафедры

 

ТЭВН

 

НИУ

 «

МЭИ

»

Крупенин

 

Н

.

В

.,

к

.

т

.

н

., 

генеральный

 

директор

 

АО

 «

НПО

 

ВЭИ

-

Электроизоляция

»

Хренов

 

С

.

И

.,

к

.

т

.

н

., 

доцент

заведующий

 

кафедрой

 

ТЭВН

 

НИУ

 «

МЭИ

»

Ключевые

 

слова

:

распределительные

 

устройства

электрическая

 

сеть

надежность

высоковольтная

 

ячейка

Keywords:

switchgear, electrical grid, 
reliability, high voltage unit

Рис

. 1. 

КРУЭ

 220 

кВ

 

на

 

подстанции

 «

Койсуг

»

ОБОРУДОВАНИЕ


Page 3
background image

99

 

снижение

 

отрицательного

 

воз

-

действия

 

на

 

оборудование

 

со

 

стороны

 

внешней

 

среды

;

 

использование

 

новых

 

более

 

эффективных

 

изоляционных

 

и

 

механических

 

систем

.

Снижение

 

отрицательного

 

эффекта

 

от

 

воздействия

 

внеш

-

ней

 

среды

 

достигается

в

 

первую

 

очередь

герметизацией

 

высоко

-

вольтных

 

цепей

 

и

прежде

 

всего

как

 

наиболее

 

уязвимых

контакт

-

ных

 

соединений

 

и

 

приводов

а

 

так

-

же

 

подземным

 

исполнением

 

ПС

что

как

 

известно

реализуется

например

для

 

таких

 

известных

 

компактных

 

распределительных

 

устройств

как

 

КРУЭ

 (

рисунок

 1).

Более

 

эффективными

 

изоля

-

ционными

 

и

 

механическими

 

сис

-

темами

 

являются

 

элементы

 

РУ

обладающие

 

по

 

сравнению

 

с

  

тра

-

диционными

 

более

 

высокими

 

удельными

 

прочностными

 

харак

-

теристиками

 

и

 

меньшим

 

разбро

-

сом

 

параметров

Здесь

 

можно

 

отметить

 

высокопрочные

 

элек

-

трические

 

газы

 (

например

элегаз

различные

 

газовые

 

смеси

в

 

том

 

числе

 

на

 

основе

 

флюоронитрилов

 

и

 

кетонов

), 

новые

 

полимерные

 

материалы

 

с

 

улучшенными

 

харак

-

теристиками

 (

эпоксидные

 

и

 

крем

-

неорганические

 

компаунды

эти

-

 

лен

-

про

 

пиленовые

 

каучуки

), 

а

 

так

-

 

же

 

небольшие

 

усовершенство

-

ванные

 

электромагнитные

 

и

 

пру

-

жинно

-

моторные

 

приводы

 

для

 

коммутационных

 

аппаратов

 

с

 

вы

-

сокой

 

удельной

 

мощностью

.

получения

 

оперативного

 

доступа

 

к

 

информации

 

о

 

состоянии

 

обору

-

дования

.

Повышение

 

компактности

 

рас

-

пределительных

 

устройств

 

в

 

по

-

следние

 

годы

 

в

 

основном

 

достига

-

ется

 

за

 

счет

:

 

применения

 

новых

 

изоляци

-

онных

 

и

 

дугогасительных

 

сред

 

(

в

 

первую

 

очередь

 

высоко

-

прочных

 

в

 

электрическом

 

отно

-

шении

 

газов

 

и

 

полимерных

 

диэлектриков

);

 

создания

 

гибридных

 

много

-

функциональных

 

высоковольт

-

ных

 

аппаратов

 

и

 

перехода

 

к

 

модульному

 

построению

 

рас

-

пределительных

 

устройств

;

 

использования

 

нетрадицион

-

ных

 

измерителей

 

тока

 

и

 

напря

-

жения

;

 

оптимизации

 

конструкции

 

отдельных

 

высоковольтных

 

устройств

 

и

 

общей

 

их

 

компо

-

новки

.

В

 

этом

 

отношении

 

следует

 

от

-

метить

что

 

в

 

настоящее

   

время

 

существуют

 

три

 

основных

 

типа

 

комплектно

-

распределительных

 

устройств

воздушные

газона

-

полненные

 

и

 

недавно

 

появивши

-

еся

но

 

быстро

 

развивающиеся

 

КРУ

 

с

 

твердой

 

изоляцией

Иногда

 

применяются

 

и

 

комбинированные

 

устройства

.

Воздушные

 

КРУ

  (

рисунок

 2) 

в

 

мировой

 

практике

 

нашли

 

приме

-

нение

 

в

 

распределительных

 

сетях

 

6–72,5 

кВ

Эти

 

КРУ

 

характеризу

-

ются

 

шкафным

 

исполнением

.

L1

L2

L3

14

9

1

Приставка для шинного ввода/вывода

4

5

7

8

16

11

12

15

13

10

6

3

2

1 — 

лоток

 

вспомогательных

 

цепей

2 — 

проходные

 

изоляторы

 

сборных

 

шин

3 — 

проходные

 

изоляторы

4 — 

сборные

 

шины

5 — 

выдвижной

 

элемент

6 — 

подвижные

 

металлические

 

шторки

7 — 

съемная

 

металлическая

 

перегородка

8 — 

съемная

 

перегородка

 

между

 

отсеками

9 — 

клапаны

 

сброса

 

давления

10 — 

трансформатор

 

тока

11 — 

трансформатор

 

напряжения

12 — 

трансформатор

 

тока

 

нулевой

 

последовательности

13 — 

заземлитель

14 — 

аппаратура

 

защиты

15 — 

задняя

 

дверца

16 — 

выключатель

 

нагрузки

 — 

концевой

 

выключатель

 

дуговой

 

защиты

 — 

оптический

 

датчик

 

дуговой

 

защиты

 — 

отсек

 

сборных

 

шин

 — 

отсек

 

сборных

 

шин

Повышение

 

управляемости

 

распределительных

 

устройств

 

вы

-

соковольтных

 

подстанции

 

в

 

аспек

-

те

 

широко

 

принятой

 

сейчас

 

в

 

ли

-

тературе

 

терминологии

 

означает

 

создание

 

и

 

применение

 «smart» 

(

или

 «

умного

») 

оборудования

 

и

 

РУ

 

в

 

целом

Для

 

исключения

 

зависимости

 

безаварийной

 

работы

 

РУ

 

от

  «

че

-

ловеческого

 

фактора

» 

техноло

-

гическая

 

составляющая

 

в

 

управ

-

лении

 

распределительными

 

устройствами

 

должна

 

возрастать

.  

Важно

 

также

чтобы

 

применяе

-

мое

 

силовое

 

оборудование

 

было

 

адаптировано

 

к

 

новейшим

 

авто

-

матизированным

 

системам

 

управ

-

ления

защиты

 

и

 

мониторинга

 

под

-

станций

 

и

 

электрических

 

сетей

Наиболее

 

перспективным

 

на

-

правлением

 

развития

 

элементной

 

базы

 

систем

 

управления

защиты

 

и

 

мониторинга

 

распределитель

-

ных

 

устройств

 

является

 

примене

-

ние

 

приборов

 

вторичных

 

систем

поддерживающих

 

обмен

 

данными

 

по

 

протоколу

 

МЭК

 61850, 

что

 

су

-

щественно

 

повышает

 

возможно

-

сти

 

быстрой

 

и

 

объемной

 

передачи

 

информации

Повышение

 

управляемости

 

РУ

 

связано

 

с

 

использованием

 

мони

-

торинга

 

состояния

 

оборудования

 

распределительных

 

устройств

 

в

 

режиме

 online, 

внедрении

 

нераз

-

рушающих

 

методов

 

испытаний

применении

 

единых

  (

интегриро

-

ванных

 

в

 

АСУ

 

ТП

информацион

-

но

-

диагностических

 

систем

 

для

 

 — 

отсек

 

сборных

 

шин

 — 

отсек

 

сборных

 

шин

Рис

. 2. 

Принципиальная

 

конструкция

 

современного

 

комплект

 

но

-

распределительного

 

устройства

 

с

 

воздушной

 

изоляцией

 1 (40) 2017


Page 4
background image

100

Основным

 

достоинством

 

КРУ

 

с

 

воздушной

 

изоляцией

 

является

 

простота

 

и

 

как

 

результат

 — 

доста

-

точно

 

низкая

 

стоимость

К

 

недостаткам

 

следует

 

отнести

 

большие

 

габариты

 

ячеек

влияние

 

атмосферы

 

на

 

характеристики

 

изоляции

 

и

 

приводов

 

КРУ

возмож

-

ность

 

возникновения

  

межфазных

 

коротких

 

замыканий

.

Газонаполненные

 

КРУ

 

имеют

 

два

 

основных

 

исполнения

труб

-

чатое

  (

все

 

элементы

 

такого

 

КРУ

 

имеют

 

корпус

 

в

 

виде

 

трубы

 

или

 

шара

 — 

рисунок

 1) 

или

 

шкафное

 

(

где

 

хотя

 

бы

 

один

 

отсек

 

в

 

шкафе

 

герметизирован

 

и

 

заполнен

 

спе

-

циальным

 

высокопрочным

 

га

-

зом

 — 

рисунок

 3). 

Как

 

правило

 

в

 

газонаполнен

-

ных

 

КРУ

 

шкафного

 

исполнения

 

коммутационный

 

модуль

 

гермети

-

зирован

 

и

 

находится

 

в

 

атмосфере

 

элегаза

 

или

 

другого

 

высокопроч

-

ного

 

газа

  (

рисунок

 2). 

Как

 

прави

-

ло

все

 

остальные

 

элементы

 

рас

-

полагаются

 

в

 

твердой

 

изоляции

Такая

 

конструкция

 

КРУ

 

резко

 

сни

-

жает

 

его

 

габариты

.

Кроме

 

малых

 

габаритов

 

к

 

до

-

стоинствам

 

газонаполненных

 

КРУ

 

следует

 

отнести

 

отсутствие

 

влияния

 

атмосферы

 

на

 

характе

-

ристики

 

устройства

а

 

к

 

недостат

-

кам

 — 

относительно

 

большую

 

стоимость

.

На

 

рисунке

 4 

представлена

 

принципиальная

 

конструкция

 

КРУ

 

на

 

средние

 

классы

 

напряжение

 

10–35 

кВ

 

с

 

экранированной

 

твер

-

дой

 

изоляцией

Вся

 

поверхность

 

всех

 

элементов

 

в

 

этом

 

случае

 

по

-

крыта

 

твердой

 

изоляцией

имею

-

щей

 

на

 

поверхности

 

заземленный

 

экран

Рис

. 3. 

Принципиальная

 

конструкция

 

газонаполненного

 

КРУ

 

шкафного

 

типа

 (

желтым

 

цветом

 

показан

 

гер

-

метизированный

 

газонаполненный

 

отсек

)

1 — 

отсек

 

низко

-

го

 

напряжения

2 — 

блок

 

испыта

-

ния

 

кабелей

3 — 

верхние

присоединения

4 — 

базовый

 

блок

 

(

коммутационный

 

аппарат

)

5 — 

нижние

присоединения

6 — 

нижний

 

отсек

7 — 

датчики

 

и

 

из

 

мерительные

 

трансформаторы

8 — 

газоотвод

-

ный

 

канал

1

2

3

5

4

6

7

8

Применение

 

такой

 

системы

 

изоляции

 

также

 

позволяет

 

суще

-

ственно

 

снизить

 

габариты

 

КРУ

 

и

 

значительно

 

повысить

 

без

-

опасность

поскольку

 

в

 

шкафу

 

КРУ

 

исключено

 

прикосновение

 

к

 

высоковольтным

 

элементам

 

даже

 

в

 

процессе

 

его

 

работы

Все

 

токоведущие

 

части

 

в

 

этих

 

ячейках

 

имеют

 

твердую

 

изоля

-

цию

 

из

 

эпоксидной

 

смолы

 

или

 

EPDM (

этилен

-

пропиленового

 

каучука

). 

Это

 

позволяет

 

исклю

-

чить

 

влияние

 

окружающей

 

сре

-

ды

 

и

 

обеспечивает

:

 

защиту

 

от

 

агрессивного

 

влия

-

ния

 

влажности

пыли

 

и

 

других

 

веществ

 

при

 

тяжелых

 

услови

-

ях

 

эксплуатации

;

 

значительное

 

сокращение

 

риска

 

возникновения

 

межфаз

-

ных

 

коротких

 

замыканий

.

Экранированная

 

твердая

 

изо

-

ляция

 

продлевает

 

срок

 

служ

-

бы

 

оборудования

тем

 

самым

 

уменьшая

 

стоимость

 

обслужива

-

ния

Поскольку

 

ни

 

один

 

элемент

 

первичной

 

цепи

 

не

 

имеет

 

контак

-

та

 

с

 

окружающим

 

воздухом

то

 

снижается

 

риск

 

возникновения

 

внутренней

 

дуги

существенно

 

уменьшается

 

необходимость

 

Рис

. 5. 

Конструкция

 

ячейки

 

КРУ

 

шкафного

 

типа

 

с

 

комбинированной

 

изоляцией

Рис

. 4. 

Конструкция

 

ячеек

 

КРУ

 

с

 

твердой

 

экранированной

 

изоляцией

 

на

 

сред

-

ние

 

классы

 

напряжения

 

фирмы

 Schneider

ОБОРУДОВАНИЕ


Page 5
background image

101

в

 

техническом

 

обслуживании

повышается

 

безопасность

.

Следует

 

отметить

что

 

при

 

пе

-

реходе

 

от

 

средних

 

номинальных

 

напряжений

 

к

 

высоким

 

и

 

сверх

-

высоким

 

возможно

 

применение

 

комбинированных

 

ячеек

где

 

на

-

ряду

 

с

 

твердой

 

экранированной

 

изоляцией

 

применяются

 

и

 

эле

-

менты

 

с

 

металлической

 

оболоч

-

кой

как

 

это

 

показано

 

на

 

рисун

-

ке

 5 (

коммутационный

 

аппарат

 

выполнен

 

в

 

металлическом

 

кор

-

пусе

). 

Также

как

 

и

 

в

 

ячейках

 

с

 

экранированной

 

твердой

 

изо

-

ляцией

в

 

этом

 

случае

 

все

 

эле

-

менты

 

ячейки

 

внутри

 

шкафа

 

на

 

поверхности

 

имеют

 

нулевой

 

по

-

тенциал

.

На

 

рисунке

 6 

приведена

 

за

-

висимость

 

усредненного

 

по

 

ли

-

тературным

   

данным

 

объема

 

максимальных

 

по

 

размеру

 

со

-

временных

 

ячеек

 

с

 

силовым

 

вы

-

ключателем

 

различного

 

типа

.

Как

 

видно

 

из

 

представленных

 

данных

 

объем

 

традиционных

 

ячеек

 

с

 

воздушной

 

изоляцией

 

в

 3–5 

раз

 

превышает

 

объем

 

со

-

временных

 

ячеек

 

КРУ

 

с

 

твердой

 

изоляцией

 

и

 

газонаполненных

 

ячеек

 

на

 

номинальное

 

напряже

-

ние

 1–35 

кВ

 

и

 

более

 

чем

 

в

 10 

раз

 

объем

 

газонаполненных

 

ячеек

 

на

 

напряжение

 110 

кВ

.

Объем

 

газонаполненных

 

яче

-

ек

 

на

 

средние

 

классы

 

напряже

-

ния

 

примерно

 

в

 1,5 

раза

 

меньше

чем

 

объем

 

ячеек

 

с

 

твердой

 

изо

-

ляцией

что

 

обусловлено

 

тем

что

 

ячейки

 

с

 

твердой

 

экраниро

-

ванной

 

изоляцией

как

 

правило

разрабатываются

 

в

 

пофазном

 

исполнении

что

 

несколько

 

уве

-

личивают

 

их

 

объем

 

по

 

срав

-

нению

 

с

 

газонаполненными

 

ячейками

где

 

все

 

три

 

фазы

 

ком

-

мутационных

 

аппаратов

 

распо

-

лагаются

 

почти

 

всегда

 

в

 

одном

 

газовом

 

отсеке

.

Следует

 

отметить

что

 

пофаз

-

ное

 

исполнение

 

ячеек

 

исклю

-

чает

 

возможность

 

межфазных

 

коротких

 

замыканий

поэтому

несмотря

 

на

 

некоторое

 

увеличе

-

ние

 

габаритов

 

ячеек

 

КРУ

 

с

 

твер

-

дой

 

изоляцией

они

 

вполне

 

конкурентоспособны

 

по

 

сравне

-

нию

 

с

 

газонаполненными

 

ячей

-

ками

Таким

 

образом

применение

 

высокопрочных

 

газов

 

и

 

твердых

 

Рис

. 6. 

Зависимость

 

среднего

 

объема

 

ячейки

 

КРУ

 

с

 

силовым

 

выключателем

 

от

 

максимального

 

рабочего

 

напряжения

 

по

 

данным

 

ведущих

 

фирм

 

для

 

раз

-

личного

 

типа

 

исполнения

 

ячеек

: 1 — 

воздушные

 

ячейки

, 2 — 

ячейки

 

с

 

твердой

 

изоляцией

 

и

 

проводящим

 

экраном

, 3 — 

газонаполненные

 

ячейки

Рис

. 7. 

Электрическая

 

прочность

 

флюоронитрилов

 (

зеленая

 

кривая

и

 

элега

-

за

 (

красная

 

линия

в

 

зависимости

 

от

 

давления

 [8]

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

10

60

20

70

30

80

50

120

40

90

110

100

Об

ъе

м

 

ячейки

м

3

Номинальное

 

рабочее

 

напряжение

кВ

1

2

3

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0

100

20

120

40

140

80

220

60

160

220

200

180

Эл

ектриче

ская

 

про

чно

сть

кВ

Давление

кПа

диэлектриков

 

позволяет

 

значи

-

тельно

 

сократить

 

габариты

 

РУ

Основным

 

высокопрочным

 

газом

применяемым

 

в

 

газона

-

полненных

 

КРУ

в

 

течение

 

по

-

следних

 40–50 

лет

 

был

 

элегаз

 

(SF

6

).

Однако

 

применение

 

элега

-

за

 

ограничено

 

Киотским

 

прото

-

колом

поскольку

 

он

 

влияет

 

на

 

экологию

 

планеты

способствует

 

формированию

 

озоновых

 

дыр

 

и

 

парникового

 

эффекта

 

в

 

атмо

-

сфере

имея

 

высокий

 

коэффи

-

циент

 

глобального

 

теплового

 

по

-

тенциала

.

Для

 

снижения

 

воздействия

 

на

 

окружающую

 

среду

 

и

 

повы

-

шения

 

безопасности

 

проводятся

 

интенсивные

 

исследования

 

по

 

выбору

 

альтернативных

 SF

6

 

га

-

зов

 [2, 7, 8].

В

 2014 

году

 

было

 

предложено

 

использовать

 

смесь

 

флюорони

-

трила

 ((CF3)2CFCN) 

и

 

углекисло

-

го

 

газа

Применение

 

этой

 

смеси

 

с

 6% 

флюоронитрила

 

позволяет

 

на

 98% 

снизить

 

влияние

 

на

 

ат

-

мосферу

 

и

 

парниковый

 

эффект

 

по

 

сравнению

 

с

 

использованием

 

элегаза

Эта

 

газовая

 

смесь

 

не

 

влияет

 

также

 

на

  

формирование

 

озоновых

 

дыр

Следует

 

отме

-

тить

что

 

электрическая

 

проч

-

ность

 

флюоронитрила

 

выше

 

прочности

 

элегаза

 (

рисунок

 7).

 1 (40) 2017


Page 6
background image

102

Другой

 

возможной

 

альтерна

-

тивой

 

для

 

элегаза

 

являются

 

ке

-

тоны

 — 

С

5

 ketone 

и

 

С

6

 ketone [2], 

предложенные

 

для

 

применения

 

в

 

качестве

 

изолирующего

 

газа

 

несколько

 

ранее

и

 

сравнитель

-

ные

 

характеристики

 

которых

 

приведены

 

в

 

таблице

 1.

Таким

 

образом

наиболее

 

интересными

 

для

 

применения

 

в

 

высоковольтной

 

аппаратуре

 

как

 

альтернатива

 

элегазу

 

в

 

на

-

стоящее

 

время

   

являются

 

раз

-

личные

 

смеси

 

флюоронитрило

-

вых

 

газов

или

 

кетонов

  (

чистые

 

новые

 

газы

 

не

 

удовлетворяют

 

требованиям

 

по

 

температуре

 

ки

-

пения

).

На

 

рисунке

 8 

приведены

 

га

-

зонаполненные

 

КРУ

 

трубчатого

 

и

 

шкафного

 

типа

где

 

в

 

качестве

 

основной

 

изоляции

 

использова

-

ны

 

смеси

 

кетонов

 [3].

Для

 

повышения

 

экологично

-

сти

 

КРУ

 

даже

 

на

 

номинальное

 

напряжение

 66–110 

кВ

 

в

 

газо

-

наполненных

 

ячейках

 

начинает

 

применяться

 

вместо

 

элегаза

 

су

-

хой

 

технический

 

воздух

  (

рису

-

нок

 9).

Важным

 

направлением

 

соз

-

дания

 

более

 

компактных

 

рас

-

пределительных

 

устройств

 

яв

 -

ляются

 

гибридные

 

многофунк

-

циональные

 

высоковольтные

 

ап

-

Табл

. 1. 

Физические

 

свойства

 

различных

 

газов

Газ

Моле

-

куляр

-

ный

 

вес

 

Диэлектричес

-

кая

 

прочность

 

по

 

отношению

 

к

 SF

6

Точка

 

кипения

 

(°C) 

Коэффициент

глобального

 

теп

 

лового

потенциала

 

Ток

-

сич

-

ность

 

CO

2

 44 0,45 -78,5 1 

нет

 

N

2

 14 

0,4 

-196 

нет

 

Воздух

 29 

0,5 

-194 

нет

 

CF

4

 88 0,46 -128 

6,630 

нет

 

C

2

F

6

 138  0,78  -78 

11,100 

нет

 

C

3

F

8

 188  0,96  -37 8,900 

нет

 

c-

С

4

F

8

 200 

1,25 

-6  9,540 

нет

 

CF

3

I 196  1,2  -22,5  5 

да

 

Кетон

 C

5

266 1,3  24  1 

нет

 

Кетон

 C

6

316 1,7  49  1 

нет

 

SF

6

 146  1  -63 

23,500 

нет

 

Рис

. 8. 

Газонаполненные

 

КРУ

 

различного

 

исполнения

 

на

 

напряжение

 170 

кВ

 

и

 24 

кВ

 

с

 

использованием

 

высокопрочного

 

газа

 

на

 

основе

 

смеси

 

кетонов

Рис

. 9. 

Газонаполненная

 

ячейка

 

КРУ

 

на

 

напряжение

 66 

кВ

 

с

 

изоляцией

 

техническим

 

сухим

 

воздухом

 [4]

Рис

. 10. 

Гибридные

 

коммутационные

 

аппараты

 

на

 

145 

кВ

 

и

 

РУ

-420 

кВ

 

на

 

базе

 

гибридных

 

аппаратов

ОБОРУДОВАНИЕ


Page 7
background image

103

Рис

. 11. 

Сопоставление

 

первых

 

и

 

последних

 

поколений

 

ячеек

 

КРУЭ

 [5] 

и

 

отдельных

 

выключателей

 [6]

параты

 

и

 

переход

 

к

 

модульному

 

построению

 

РУ

В

 

каждом

 

из

 

ги

-

бридных

 

аппаратов

 

практически

 

имеется

 

несколько

 

устройств

 

(

рисунок

 10).

Гибридные

 

аппараты

 

реа

-

лизуют

 

новое

 

качество

 

в

 

по

-

строении

 

распределительных

 

устройств

 

и

 

подстанций

где

 

чис

-

ло

 

используемых

 

в

 

проектиро

-

вании

 

ПС

 

элементов

 

сокращено

 

в

 

несколько

 

раз

каждый

 

аппа

-

рат

 

является

 

производственным

 

модулем

 

и

 

имеет

 

высокую

 

на

-

дежность

  (

так

 

как

 

собирается

 

и

 

испытывается

 

на

 

заводе

а

 

все

 

основные

 

контактные

 

соеди

-

нения

 

и

 

механизмы

 

находятся

 

в

 

герметизированных

 

корпусах

 

и

 

не

 

подвержены

 

воздействию

 

атмосферы

), 

электрическая

 

схе

-

ма

 

подстанции

 

и

 

ее

 

компоновка

 

упрощены

 

и

 

оптимизированы

.

Гибридные

 

аппараты

 

реализу

-

ют

 

новое

 

качество

 

в

 

построении

 

распределительных

 

устройств

 

и

 

подстанций

где

 

число

 

ис

-

пользуемых

 

в

 

проектировании

 

ПС

 

элементов

 

сокращено

 

в

 

не

-

сколько

 

раз

каждый

 

аппарат

 — 

производственный

 

модуль

 

име

-

ет

 

высокую

 

надежность

  (

так

 

как

 

собирается

 

и

 

испытывается

 

на

 

заводе

а

 

все

 

основные

 

контакт

-

ные

 

соединения

 

и

 

механизмы

 

находятся

 

в

 

герметизированных

 

корпусах

 

и

 

не

 

подвержены

 

воз

-

действию

 

атмосферы

), 

электри

-

ческая

 

схема

 

подстанции

 

и

 

ее

 

компоновка

 

упрощены

 

и

 

оптими

-

зированы

.

В

 

распределительных

 

устрой

-

ствах

 

на

 

основе

 

гибридных

 

аппа

-

ратов

 

сочетаются

 

преимущества

 

КРУЭ

  (

компактность

 

и

 

высокая

 

надежность

с

 

главным

 

преиму

-

ществом

 

ОРУ

 — 

экономично

-

стью

  (

поскольку

 

объем

 

элегаза

 

по

 

сравнению

 

с

 

КРУЭ

 

в

 

гибрид

-

ных

 

подстанциях

 

сокращается

 

на

 30–50%).

Применение

 

вместо

 

традици

-

онных

 

индуктивных

 

трансформа

-

торов

 

тока

 

и

 

напряжения

 

изме

-

рителей

 

типа

 

пояса

 

Роговского

 

и

 

оптоэлектронных

 

устройств

 

также

 

позволяет

 

существен

-

но

 

снизить

 

габариты

 

даже

 

та

-

ких

 

компактных

 

устройств

 

как

 

КРУЭ

 [9].

Примеры

 

возможности

 

умень

-

шения

 

размеров

 

КРУ

 

за

 

счет

 

оп

-

тимизации

 

конструкции

 

отдель

-

ных

 

высоковольтных

 

устройств

 

и

 

общей

 

их

 

компоновки

 

пред

-

ставлены

 

на

 

рисунке

 11. 

Из

 

рисунка

 11 

видно

как

 

вы

-

глядят

 

выключатели

 

последнего

 

поколения

 (

на

 

рисунке

— 

желтые

по

 

сравнению

 

с

 

традиционными

 

выключателями

 

в

 

распредели

-

тельном

 

устройстве

 

при

 

рекон

-

струкции

 

РУ

и

 

очевидно

что

 

объем

 

ячеек

 

в

 

процессе

 

разви

-

тия

 

КРУЭ

 

сократился

 

в

 2–3 

раза

Вопрос

 

снижения

 

затрат

 

на

 

монтаж

обслуживание

 

и

 

опти

-

мизацию

 

технико

-

экономических

 

характеристик

 

рассмотрен

 

в

 [10] 

применительно

 

к

 

подстанциям

 

глубокого

 

ввода

 

по

 

материалам

 

зарубежных

 

данных

.

Как

 

следует

 

из

 

представ

-

ленных

 

в

 [10] 

данных

макси

-

мальными

 

являются

 

начальные

 

капиталовложения

 

в

 

случае

 

подстанций

 

с

 

КРУЭ

а

 

наиболее

 

низки

 — 

у

 

ОРУ

 

и

 

гибридных

 

под

-

станций

  (

прежде

 

всего

 

за

 

счет

 

значительного

 

сокращения

 

зем

-

ли

упрощения

 

монтажа

 

и

 

отка

-

за

 

от

 

элегазовых

 

сборных

 

шин

). 

С

 

другой

 

стороны

наиболее

 

ве

-

лики

 

затраты

 

на

  

монтаж

 

и

 

обслу

-

живание

 

именно

 

у

 

подстанций

 

с

 

ОРУ

а

 

наиболее

 

малы

 — 

у

 

под

-

станций

 

с

 

КРУЭ

.  

Если

 

учитывать

 

все

 

затраты

 

(

начальные

 

капиталовложения

затраты

 

на

 

монтаж

обслужива

-

ние

ремонты

 

и

 

эксплуатацию

), 

то

 

экономически

 

целесообраз

-

ным

 

является

 

строительство

 

ги

-

бридных

 

модульных

 

распреде

-

лительных

 

устройств

.

ВЫВОДЫ

1. 

В

 

последние

 

годы

 

изменились

 

требования

 

к

 

подстанционно

-

му

 

оборудованию

прежде

 

все

-

го

в

 

части

 

социальных

 

аспек

-

тов

 

установки

 

и

 

эксплуатации

 

подстанций

а

 

также

 

возможно

-

сти

 

загрязнения

 

окружающей

среды

.

2. 

Ключевыми

 

направлениями

 

повышения

 

надежности

 

высо

-

ковольтного

 

оборудования

 

РУ

 

являются

снижение

 

отрица

-

тельного

 

эффекта

 

на

 

оборудо

-

вание

 

от

 

воздействия

 

внешней

 

среды

 

и

 

использование

 

новых

более

 

эффективных

изоляци

-

онных

 

и

 

механических

 

систем

.

3. 

Повышение

 

управляемости

 

распределительных

 

устройств

 

высоковольтных

 

подстан

-

ций

 

основано

 

на

 

применении

 

«smart» 

оборудования

 

и

 

сис

-

тем

.

4. 

Повышение

 

компактности

 

рас

-

пределительных

 

устройств

 

 1 (40) 2017


Page 8
background image

104

главным

 

образом

 

достигается

 

за

 

счет

 

применения

 

новых

 

изо

-

ляционных

 

сред

 (

в

 

первую

 

оче

-

редь

высокопрочных

 

в

 

элек

-

трическом

 

отношении

 

газов

 

и

 

полимерных

 

диэлектриков

), 

создания

 

гибридных

 

много

-

функциональных

 

аппаратов

 

и

 

перехода

 

к

 

модульному

 

по

-

строению

 

распределительных

 

устройств

использования

 

не

-

традиционных

 

измерителей

 

тока

 

и

 

напряжения

оптими

-

зации

 

конструкции

 

отдельных

 

высоковольтных

 

устройств

.

5. 

Наблюдается

 

интенсивное

 

раз

-

витие

 

газонаполненных

 

распре

-

делительных

 

устройств

 

и

 

КРУ

 

с

 

твердой

 

экранированной

 

изо

-

ляцией

 

на

 

основе

 

новых

 

высо

-

копрочных

 

газов

 

и

 

усовершен

-

ствованных

 

систем

 

твердой

 

изоляции

.

6. 

Наиболее

 

перспективными

 

для

 

применения

 

в

 

высоковольтной

 

аппаратуре

  (

как

 

альтернатива

 

элегазу

в

 

настоящее

 

время

 

являются

 

различные

 

смеси

 

флюоронитриловых

 

газов

 

или

 

кетонов

.

7. 

Важным

 

направлением

 

соз

-

дания

 

более

 

компактных

 

и

 

эффективных

 

распредели

-

тельных

 

устройств

 

являются

 

гибридные

 

многофункцио

-

нальные

 

высоковольтные

 

ап

-

параты

 

и

 

переход

 

к

 

модуль

-

ному

 

построению

 

РУ

Такие

 

устройства

 

близки

 

к

 

опти

-

мальным

 

в

 

аспекте

 

технико

-

экономических

 

характеристик

учитывающих

 

начальные

 

ка

-

питаловложения

монтаж

экс

-

плуатацию

ремонт

 

и

 

обслужи

-

вание

.  

ЛИТЕРАТУРА

1.  Imura H., Kobayashi T., Mametani Y., Sasamori K., Okota 

T., Okada A. Changes in requirements for substation 
equipment and examples of new technologies applied to 
existing facilities (CIGRE Session 2012, B3-212)

2.   Gautschi D., Ficheux A., Walter M., Vuachet J. Application 

of a 

 uoronitrile gas in GIS and GIL as an environmental 

friendly alternative to SF6 (CIGRE Session 2016, B3-106).

3. Diggelmann T., Tehlar D., Mueller P. 170 kV pilot 

installation with a ketone based insulation gas with 

 rst 

experience from operation in the grid (CIGRE Session 
2016, B3-105).

4.  Presser N., Orth C., Lutz B., Kuschel M., Teichmann J. 

Advanced insulation and switching concepts for next 
generation High Voltage Substations (CIGRE Session 
2016, B3-108)