Выключатели-разъединители - минимум площади, максимум готовности

1. Выключатели-разъединители - минимум площади, максимум готовности
2. Применение, примеры

Страница 1 из 2

Выключатель-Разъединитель - максимальная эксплуатационная готовность при минимуме занимаемой площади

Открытые распредустройства, выполненные на базе выключателей-разъединителей, обеспечивают максимальную эксплуатационную готовность при минимуме занимаемой площади

Совершенствование высоковольтных выключателей привело к изменению принципов построения подстанции

Совершенствование высоковольтных выключателей привело к изменению принципов построения подстанции. Ранее схемы подстанций ПС проектировались исходя из того, что выключатели имеют большую потребность в техническом обслуживании, поэтому с каждой из сторон выключателя устанавливался разъединитель. Такой принцип позволяет производить плановое обслуживание выключателей, не затрагивая ближайшие участки. Для современных выключателей интервал между обслуживанием составляет более 15 лет. Благодаря этому при проектировании ПС в основном необходимо уделять внимание необходимости вывода в обслуживание отходящих линий, трансформаторов, реакторов и т. д. Изменение принципов проектирования дало возможность совместить функцию разъединения с выключателем, создав, таким образом, новый аппарат - выключатель- разъединитель ВР. Благодаря тому, что главные контакты BP находятся в защищенной среде элегаза (SFg), свободной от загрязнений, функция разъединителя имеет высокую надежность, интервал между обслуживанием увеличивается, повышая тем самым общую эксплуатационную готовность ПС. В дополнение использование ВР сокращает площадь ПС примерно на 50% (рис. 1а и 1б).

Рис. 1а

Подстанция с традиционными выключателями и разъединителями

Рис. 1б

Использование ВР сокращает площадь ПС примерно на 50%

Совершенствование выключателей привело к значительному снижению потребности в обслуживании и повышению надежности. Период между работами по обслуживанию, когда требуется снимать напряжение с первичной цепи, у современных элегазовых выключателей составляет 15 и более лет. В то же время периодичность обслуживания и надежность разъединителей с контактами, расположенными в открытом воздухе, не подверглись существенному улучшению. В основном все было сосредоточено на сокращении расходов путем оптимизации использования материалов. Интервал обслуживания главных контактов разъединителей составляет от двух до шести лет, в зависимости от принятой на эксплуатирующем предприятии практики и уровня загрязнений (например, промышленные загрязнения и/или естественные загрязнения, такие как песок и соль).

Надежность выключателей повышалась, благодаря совершенствованию технологии гашения дуги: от воздушных и масляных к современным элегазовым выключателям. В то же время число последовательно включенных дугогасительных камер было уменьшено и сегодня колонковые выключатели на напряжение до 300 кВ могут быть изготовлены всего с одним разрывом на полюс. Отсутствие выравнивающих конденсаторов для колонковых выключателей с двумя разрывами на полюс еще более упростило первичную цепь, повысив тем самым надежность. Сейчас выключатели на напряжение до 550 кВ могут быть изготовлены без выравнивающих конденсаторов, что позволяет создавать ВР вплоть до этого напряжения. Привод выключателя также совершенствовался: от пневматического и гидравлического к пружинному, обеспечивая более надежную конструкцию и уменьшая потребность в обслуживании (рис. 2).

Рис. 2

Развитие выключателей с соответствующим уменьшением количества отказов и потребности в обслуживании

В прошлом, основным подходом при проектировании ПС было “окружить” выключатели разъединителями, чтобы сделать возможным частое обслуживание выключателей. В виду значительного уменьшения частоты отказов и необходимости в обслуживании выключателей, функция разъединителя на данный момент больше требуется для вывода в обслуживание отходящих линий, силовых трансформаторов и т.д. Сниженная потребность в обслуживания выключателей вместе с невысокой надежностью разъединителей с контактами в открытом воздухе, привели к разработке выключателя-разъединителя. Оборудование создавалось в тесном сотрудничестве с одним из крупных Заказчиков АББ. ВР совмещает функции выключателя и разъединителя в одном устройстве, уменьшая тем самым площадь, занимаемую ПС и увеличивая ее эксплуатационную готовность. Первый ВР был установлен в 2000 году и сегодня ВР доступны на классы напряжения от 72,5 кВ до 550 кВ.

Конструкция выключателей-разъединителей

В ВР главные контакты дугогасительной камеры также обеспечивают функцию разъединителя, когда они находятся в открытом положении. Конструкция контактной системы такая же, как и в обычном выключателе, без каких-либо дополнительных контактов или связей (рис. 3). ВР поставляются с полимерными изоляторами. Эти изоляторы обладают гидрофобными свойствами, т.е. вода на поверхности не растекается, а образует капли. Как результат они имеют превосходные характеристики в загрязненных средах, токи утечки через выключатель в отключенном положении минимальны. Применение ВР значительно снижает потребность в обслуживании открытого распредустройства подстанции и минимизирует риск отказов из-за загрязнений. Благодаря замене комбинации отдельностоящих выключателя и разъединителя, выключателем-разъединителем, значительно повышается эксплуатационная готовность ПС.

ВР соответствует требованиям стандартов, как на выключатели, так и на разъединители. Стандарт, разработанный специально на выключатели-разъединители, был выпущен МЭК в 2005 году. Важной частью этого стандарта являются комбинированные функциональные испытания. Эти испытания подтверждают, что свойства ВР как разъединителя выполняются в течение всего срока службы, несмотря на износ контактов и загрязнение продуктами разложения, образовавшимися в процессе горения дуги. Это обеспечивается выполнением сначала коммутационных и механических испытаний, а затем подтверждением соответствующих изоляционных характеристик аппарата.

Тип	LTB 72,5	LTB 145	HPL 170-300	HPL 362-420	HPL 550
Номинальное напряжение, кВ	35	110	150-220	330	500
Номинальный ток, А	3150	3150	4000	4000	4000
Номинальный ток отключения, кА	40	40	50	50	63
Номинальная частота, кГц	50/60	50/60	50/60	50/60	50

Таблица 1

Номенклатура выключателей-разъединителей

Рис. 3

DCB LTB 145. Зазмеляющие ножи встроены в опорную металлоконструкцию

ВР изготавливаются на классы напряжения от 72,5 кВ до 550 кВ (табл. 1). Около 900 трехполюсных комплектов было установлено, либо уже заказано.

Безопасное заземление

При необходимости обслуживания или ремонта части подстанции или сети, один или несколько разъединителей отключаются, чтобы изолировать участок от остальной системы. Далее изолированное оборудование заземляется для безопасности персонала. Это может быть может быть достигнуто различными способами:

1. со стандартными разъединителями: видимый разрыв подтверждает, что участок цепи отключен, затем он заземляется;
2. ВР надежно блокируется в отключенном положении. Блокировка состоит из электрической блокировки привода выключателя одновременно с механической блокировкой тяг главных контактов выключателя. После этого, ближайший заземлитель включается. Видимое заземление подтверждает, что участок системы не находится под напряжением и безопасен для персонала.

Особенности обслуживания

В прошлом, сложное техническое устройство выключателей требовало больших затрат на обслуживание, и главное внимание уделялось тому, как отделить их, пока остальная часть ПС находится в работе. Основной причиной появления разъединителей, более 100 лет назад, была необходимость вывода в обслуживание выключателей. Однолинейные схемы подстанций состояли из выключателей, окруженных разъединителями, для обслуживания этих выключателей, см. рис. 6.

Сравнение традиционной схемы ПС 132 кВ с двойной системой шин с отдельностоящими выключателями и разъединителями и схемы с секционированной одинарной системой шин с выключателями-разъединителями, включающих в себя четыре воздушные линии, два силовых трансформатора и один шиносоединительный или секционный выключатель, показано на рис. 9. Использование ВР снижает площадь ОРУ более чем на 40%. Длительность простоев для подходящих или отходящих линий из-за необходимости обслуживания основных аппаратов на ОРУ показана на рис. 4. Предполагаемые интервалы между обслуживанием приняты в соответствии с рекомендациями производителей, т.е. 5 лет для разъединителей и 15 лет для выключателей и ВР. Таким образом, использование ВР снижает среднее время простоя из-за обслуживания с 3,1 до 1,2 часов в год.

Рис. 4

Длительность перерыва в подаче электроэнергии из-за необходимости обслуживания основных аппаратов на ОРУ 132 кВ

Рис. 5

Конфигурации первичных схем, «нечувствительные» к коротким замыканиям на сборных шинах

Снижение работ по обслуживанию дает следующие преимущества:

1. Практически бесперебойное электроснабжение потребителей (в зависимости от топологии ПС/сети работы по обслуживанию могут приводить к отключению электроснабжения некоторых потребителей).
2. Меньше риск системных аварий, т.к. риск аварий в первичных цепях при обслуживании (т.е. когда люди находятся на подстанции) выше, чем при нормальной работе, из-за того, что при обслуживании не все оборудование находится в работе, и нет возможности резервирования.
3. Меньше эксплуатационные затраты.
4. Выше безопасность персонала, т.к. все работы на подстанции подразумевают потенциальный риск поражения электричеством, падения с высоты и т.д.

Быстро демонтируемый контактный узел позволяет производить быструю расшиновку ВР. Таким образом, пока проводятся работы на отсоединенном ВР, остальные части подстанции могут быть поставлены под напряжение.

Различные виды неисправностей

Оборудование и аппараты становятся все более и более надежными. Однако, не смотря на то, что их наработка на отказ становится больше, отказы все еще могут происходить. Отказ - это стохастический процесс, это означает, что даже при очень большой наработке на отказ у аппарата, он может произойти в любое время и Заказчики АББ должны учитывать это при проектировании ПС. При ликвидации короткого замыкания также существует небольшая вероятность того, что какой-либо выключатель не справится и должны сработать смежные выключатели.

Для однолинейной схемы, показанной на рис. 9, возникновение КЗ на одной из отходящих линий и отказ выключателя повлечет за собой отключение одной из секций сборных шин. Неисправность секционного или шиносоединительного выключателя приведет к отключению всей подстанции. Для особо важных подстанций, с точки зрения безопасности всей системы, вероятность потери всего объекта из-за неисправности в первичных цепях неприемлема. Чтобы сделать ПС нечувствительной к КЗ на шинах и сведению к минимуму отключений при отказе выключателя используется полуторная схема или схема с двумя выключателями (рис. 5).

На рис. 10 показано сравнение однолинейной схемы подстанции и соответствующей ей площади с традиционной компоновкой (выключатели и разъединители) и с ВР. Подстанция напряжением 420 кВ состоит из трех ВЛ, двух силовых трансформаторов и реактора. При применении ВР площадь ОРУ уменьшается почти на 50%.

Рис. 6

Различные типы первичных схем, спроектированные исходя из необходимости частого вывода выключателей в обслуживание. В этом нет больше необходимости

Рис. 7

Длительность простоя из-за отказов в первичных цепях распредустройства 400кВ

8а Решение с традиционным оборудованием 8б Модифицированный вариант с разъединителями только у отходящей линии (в некоторых странах) 8в. Решение с применением выключателей-разъединителей

Рис. 9

Быстро демонтируемый контактный узел, используется при необходимости вывода ВР в обслуживание или ремонт

Выключатель-разъединитель

Первичная схема и компоновка ПС 132 кВ с традиционным оборудованием (выключатели и разъединители) и с ВР

Длительность простоя для подходящих/отходящих ячеек

Рис. 10

Первичная схема и компоновка ПС 420 кВ с традиционным оборудованием (выключатели и разъединители) и с ВР

из-за отказов на РУ показана на рис. 7. Исходные данные по частоте отказов были взяты из международной статистики СИГРЕ и СЕА, которые получают информацию от эксплуатирующих предприятий. Так как технологические решения схожи для ВР и для выключателя, то статистика отказов для них принята одинаковой. Использование ВР уменьшает длительность отключений на 50%. Незапланированные отключения могут приводить к потере энергоснабжения потребителей, для которых это недопустимо.