А. Назаричев, главен инженер, Contact T&D LLC, гл. катедра на Ивановския енергиен университет, зам.-ректор по научната работа на ПЕИПК, д-р на техническите науки, професор; А. Суровов, директор на Contact T&D LLC; В. Чайка, главен конструктор на OJSC NPP Contact; А. Таджибаев, ректор на Петербургския енергетичен институт за напреднали изследвания (PEIPK), доктор на техническите науки, проф.
Техническото преоборудване на електроразпределителния мрежов комплекс е в основата на модернизацията на икономиката на регионите на Русия. Програмата за обновяване на комплекса на електрическата мрежа за периода от 2011 до 2020 г., разработена от IDGC Holding, дава приоритет на намаляването на износването на оборудването до 46-48%, загубите на мощност до 6,1%, както и двукратно намаляване на броя на технологичните нарушения.
ВЪЗДУХ И МАСЛО ПРЕВЪТКВАТЕЛИ
Най-важното оборудване на разпределителните мрежи са комутационни устройства, от работата на които зависи надеждността на всички подстанции, електропроводи и разпределителни устройства при всички режими на работа.
Превключвателите за високо напрежение са основните комутационни устройства в електрическите инсталации и се използват за изключване и включване на вериги във всякакви режими: номинално непрекъснато, претоварване, късо съединение (SC), без натоварване, асинхронна работа. Най-трудната и отговорна операция е да изключите токовете на късо съединение и да включите съществуващото късо съединение. Общият брой на работещите високоволтови прекъсвачи 110-750 kV е около 30 хиляди. Те са разпределени според класовете на напрежението, както е показано в табл. един.
От масата. 1 показва, че най-голям брой прекъсвачи - 95,7% - се експлоатират в клас напрежение 110-220 kV.
От доста дълго време в енергийните системи в тези класове на напрежението са използвани маслен резервоар, колона с ниско съдържание на масло и въздушни превключватели от различни видове. Днес броят на превключвателите, които са изработили стандартния експлоатационен живот, е 40% от общия брой работещи превключватели, включително 90% от превключвателите на резервоара за масло от типа MKP-110 и 40% от превключвателите от типа U-110 , 30% от въздушните превключватели са отработени VVN-110, 40% от въздушните прекъсвачи VVN-220. През последните години броят на повредите на домашните прекъсвачи забележимо се увеличи. Основните причини са:
... износване на основните монтажни възли на превключвателите;
... несъвършенство на дизайна на работещите устройства;
... несъответствие с климатичните условия на работа;
... дефекти, причинени от ниското качество на ремонта и използвани материали при ремонта;
... производствени дефекти;
... нарушаване на нормативни и директивни документи относно сроковете на ремонта и режимите на работа;
... монтаж във вериги на шунтиращи реактори и кондензаторни банки, за които ключовете не са предназначени за превключване;
... монтаж във вериги, където токове на късо съединение и напрежение на възстановяване надвишават номиналните параметри на прекъсвача.
Разпоредбите на Техническата политика в разпределителния мрежов комплекс налагат следните доста високи изисквания към съвременните прекъсвачи за високо напрежение:
... надеждно изключване на всякакви токове (включително токове на късо съединение);
... бързина на операциите, т.е. най-краткото време за изключване и включване;
... подходящ за бързо автоматично повторно затваряне, т.е. бързо включване на превключвателя веднага след изключване;
... Възможност за пофазно (полюсно) управление за прекъсвачи 110 kV и нагоре;
... наличието на превключващ и механичен ресурс, осигуряващ период на основен ремонт най-малко 15-20 години;
... минималният брой операции по поддръжката по време на работа;
... максимално намаляване на теглото и размерите;
... намаляване на оперативните разходи;
... взривна и пожарна безопасност.
Тези изисквания са трудни за изпълнение с традиционните методи за гасене с маслена или въздушна дъга. Възможностите за по-нататъшно значително усъвършенстване на прекъсвачите с традиционните методи за гасене на дъга са практически изчерпани.
ВАКУУМ И ВАКУУМНИ ПРЕКЪСВАТЕЛИ
Изпълнението на повишените изисквания за прекъсвачи е възможно при използване на съвременни SF6 и вакуумни прекъсвачи (VV) в разпределителните устройства на подстанциите. Понастоящем автоматичните прекъсвачи с вакуумни и газоизолирани устройства за потушаване на дъга (DU) заменят маслените, електромагнитните и въздушните прекъсвачи. Факт е, че дистанционните управления на вакуумните и SF6 прекъсвачи не се нуждаят от ремонт в продължение на най-малко 20 години, докато при маслените прекъсвачи маслото се замърсява със свободни въглеродни частици по време на изключване и освен това изолационните свойства на маслото намаляват поради навлизането й в нея.влага и въздух. Това води до необходимостта от смяна на маслото поне веднъж на всеки 4 години. Устройствата за потушаване на дъгата на въздушните прекъсвачи изискват почистване приблизително по едно и също време. Освен това износените въздушни превключватели имат течове на сгъстен въздух от дистанционното управление, което изключва възможността за нормална работа. Устройствата за потискане на дъгата на вакуумните и SF6 прекъсвачи са затворени в херметически затворени кутии, а вътрешната им изолация не е изложена на външна среда. Електрическата дъга по време на спирания във вакуум или в газ SF6 също практически не намалява свойствата на дъгата и изолационната среда.
Регулаторните документи на FGC UES и IDGC Holding осигуриха решението за преференциално използване на прекъсвачи с газова изолация при строителство, реконструкция, техническо преоборудване и подмяна на оборудване в подстанции 330-750 kV и вакуумни прекъсвачи на 6, 10 , 20, 35 kV подстанции. В клас на напрежение 110-220 kV днес, при нововъведени в експлоатация подстанции, като правило, при липса на алтернативни опции, се предлага използването на SF6 прекъсвачи, които с всичките си предимства имат редица от следните проблематични точки.
Физическите особености на използването във високоволтови прекъсвачи на газ SF6 (серен хексауторид - SF 6) като изолираща и дъгообразна среда предполагат необходимостта от поддържане на повишено налягане (1,5-2,5 атм.) в системата за управление, за да се осигури работата на системата за управление на електрическата мрежа. необходимо ниво на превключваща способност и диелектрична якост на контактната междина. При продължителна работа на прекъсвача са възможни течове на SF6 газ. В този случай налягането в камерата за потушаване на дъгата намалява. При вакуумните прекъсвачи съвременните технологии за производство на камери за вакуумно прекъсване (VDK) са доведени до ниво, което гарантира необходимия вакуум през целия експлоатационен живот на VDK - 25-40 години.
Налягането в дистанционното управление на SF6 прекъсвачи също може да намалее при значителни колебания в температурата на околната среда. В случай на спад на налягането под предварително зададените граници на критичната стойност, която се определя индивидуално за различните видове дистанционно управление, съществува опасност от повреда на SF6 междина или повреда на прекъсвача в момента на превключване. За предотвратяване на този вид повреди е необходимо да се следи работното налягане в камерата за гасене на дъга в SF6 прекъсвача с помощта на манометър и своевременно да се изпомпва SF6 газа до определените граници. Освен това, когато се интегрират SF6 прекъсвачи в цифрова подстанционна система, разходите за организиране на предаването на информация за налягането на газа SF6 са сравними с цената на самия прекъсвач. Вакуумният превключвател може да работи в температурния диапазон от + 50 ° до -60 ° C, докато сензорът за управление на вакуума не се изисква да се монтира във VDK.
Например, известен е случай на блокиране на управляващи вериги на 59 прекъсвачи на резервоара за SF6 110-500 kV, произведени от редица европейски компании при температура на околната среда от -41 ° C в Тюменска област през 2006 г. поради несъвършенства на дизайна, недостатъчно мощност, ниска надеждност на отоплителните устройства на резервоара и системни недостатъци контрол на налягането (плътността) на газа SF6. Следователно, при избора на превключватели за региони със студен климат, трябва да се даде предпочитание или на превключватели, пълни с газова смес, която не изисква отопление, или е необходимо: инсталиране на допълнителна топлоизолация на резервоари, допълнително нагряване на импулсен газ тръби, увеличаване на мощността на нагревателите. Всичко това усложнява и оскъпява проектирането на елегазовите прекъсвачи и увеличава консумацията на електроенергия за собствени нужди, което означава, че прави SF6 прекъсвачите енергийно неефективни. Трябва да се отбележи и относително високата цена на производство, пречистване и обезвреждане на SF6 газ.
Въпреки доказаната практика за безопасност на SF6 прекъсвачи при нормални експлоатационни условия, все пак проблемите с околната среда възникват рязко по време на ремонта и изхвърлянето на използвания нормативен ресурс на прекъсвачи. Факт е, че някои продукти от разлагането на SF6 са много токсични и могат да навредят на хората и околната среда. Таблица 2 показва степента на опасност от продуктите от разлагането на SF6.
Анализиране на таблицата. 2, може да се заключи, че най-опасно за околната среда е изпускането в околната среда както на самия SF6 газ, така и на продуктите от разпадането му, които съдържат токсични вещества. Тъй като екологичните изисквания излизат на преден план днес, законодателството на Русия и страните, участващи в Монреалския протокол, забраняват изпускането в атмосферата на флуорирани вещества, които включват SF6. Ето защо, за да се осигури безопасност и да се отговори на съвременните екологични изисквания, да се подобри качеството и културата на работа при въвеждане на SF6 оборудване, е необходимо предприятията от разпределителния електромрежов комплекс да бъдат оборудвани със съвременни газови технологични устройства, както и оборудване за SF6 пречистване на газ и изхвърляне на продуктите от разпадането му, което ще изисква сериозни финансови разходи.
В споразумението (Пакт за изменението на климата), подписано от повечето страни по света в японския град Киото през 1997 г., има пряко споменаване на SF 6 като потенциално опасен газ с парников (парников) ефект и страните по споразумението са инструктирани да се въздържат от използването му. ... Поради това в много страни са правени опити за разработване на високоволтов VDK, който да замени елегазовите прекъсвачи, които в момента се използват навсякъде.
Вакуумните прекъсвачи са идеални от гледна точка на околната среда, имат висока надеждност, имат по-дълъг ресурс на превключване и могат да работят при температури до -60 ° C.
В клас на напрежение 6-35 kV вакуумните прекъсвачи отдавна изместиха позицията на елегазовите прекъсвачи и работят успешно повече от 15 години. При модернизацията и новото изграждане на закрити разпределителни устройства 6-10 kV в подстанции на FGC UES и IDGC Holding други видове прекъсвачи освен вакуумните изобщо не се разглеждат. Единственото изключение е вътрешното разпределително устройство 6 kV на някои АЕЦ и ТЕЦ, където поради преобладаващите стереотипи за възможни пренапрежения по време на работа на вакуумни прекъсвачи все още се обмисля инсталирането на SF6 прекъсвачи и като правило внос - Schneider Electric, ABB, Areva.
Разработването на вакуумни прекъсвачи 110-220 kV многократно е обсъждано в докладите и материалите на Международния симпозиум по разряди и електрическа изолация във вакуум (ISDEIV), което несъмнено показва интереса на разработчиците и производителите на вакуумно комутационно оборудване с високо напрежение класове. Въз основа на материалите на симпозиума можем да говорим за следните тенденции в изследването и развитието на вакуумна комутационна технология за класове високо напрежение:
... Намаляването на размера на вакуумните превключватели е възможно поради оптимизирането на електрическата якост на VDC контактната система и увеличаване на плътността на прекъснатите токове на единица контактна площ;
... на базата на най-новите резултати от изследванията на електрическата якост във вакуум, създаването на проекти за прекъсвачи и VDK за големи класове напрежение (проектиране на камери с единични взривове за високи напрежения) и дизайнерски решения за многокамерни камери и многокамерни прекъсвачи ;
... решение на проблема за осигуряване на възстановяване на електрическата якост във VDK след изгасване на дъгата. Процесите на ерозия и термичното нагряване на контактите значително ограничават скоростта и нивото на възстановяване на електрическата якост на VDK. Съвременното ниво на познания направи възможно разработването на VDK за напрежения до 145 kV, което дава възможност за създаване на 110 kV единични и двойни вакуумни превключватели и 220 kV вакуумни превключватели с двоен взрив;
... продължава работата по оптимизиране на контактните материали и дизайна на VDK.
ВАКУУМНИ ДЪГОВИ КАМЕРИ
Историята на развитието на VDK за класове високо напрежение е в света от много години. Държави като Русия, Германия, Франция, Великобритания, САЩ, Китай активно провеждат изследвания за създаването на вакуумни прекъсвачи за високо напрежение и високи токове на прекъсване. Siemens разработи прекъсвачи за вакуумни генератори с номинални токове на прекъсване до 80 kA. Проблемът с преминаването на големи номинални токове в тези устройства се решава чрез паралелно свързване на няколко вакуумни прекъсвачи във всеки полюс.
Най-значимите резултати са получени в Япония, поради нарастващото потребление на енергия в тази страна, както и аспектите на националната сигурност. В резултат на това най-новите постижения: на вътрешния пазар на Япония VDK се появиха за напрежение 126 kV, 145 kV (фиг. 1, дължина 700 mm, диаметър 200 mm, Cu-Cr контакти, с аксиално магнитно поле) и дори порцеланов двоен VDK за напрежение 168 kV ...
От няколко години в енергийните системи на Япония успешно работят вакуумни прекъсвачи с две и едно прекъсване на базата VDK за напрежения 126-168 kV, номинални токове до 2000 A и номинален ток на прекъсване до 40 kA. На фиг. Фигури 2, 3 показват примери за такива вакуумни превключватели.
Понастоящем едно от основните направления в Япония се превърна в използването на VDK не само в диапазона на средно напрежение, но и във високоволтови разпределителни устройства на подстанции, което се дължи на такива уникални свойства на VDK като висока способност на прекъсване, издръжливост, безопасност и ефективност.
Също така в Япония има тенденция да се комбинира високоскоростен VDK със свръхпроводимост. В ход са активни изследвания по проблема с използването на свръхпроводящи материали в дизайните на VDK. Оказа се, че подобна иновация би била подходяща за устройства за ограничаване на тока в мощни енергийни системи. Провеждат се редица лабораторни изследвания с цел установяване на принципите на действие на такива устройства, при които токоограничителят да бъде свързан към елемент с високотемпературна свръхпроводимост успоредно с веригата на мощен енергиен източник. Когато свръхпроводящият елемент започне да гаси тока в резултат на претоварване, VDK лесно отваря веригата и насочва целия ток към токоограничителя, което води до безопасността на свръхпроводящия материал и намаляването му на размера.
Русия, по отношение на разработването и внедряването на вакуумни прекъсвачи за напрежение 110-220 kV, е в крак с японските си колеги и значително изпреварва европейските учени и инженери. През 2008 г. FGUP VEI (Москва) успешно тества прототипи на руски VDK тип KDV-60-31.5 / 2000 и KDV-126-40 / 3150, предназначени съответно за напрежения от 60 и 126 kV променлив ток с честота 50 Hz. предназначени за комплектоване на вакуумни прекъсвачи с двоен и един взрив 110-220 kV.
Камерата KDVA-60-31.5 / 2000 е показана на фиг. 4., предназначена за номинално напрежение 60 kV, 50 Hz и е предназначена за вакуумен прекъсвач с двоен взрив за напрежение 110 kV (максимално работно напрежение 126 kV), номинален ток на прекъсване 31,5 kA, номинален ток 2000 A.
Следващото поколение камера - KDV-126-40 / 3150, показана на фиг. 5, се предполага, че се използва за завършване на вакуумен прекъсвач с единичен взрив за напрежение 110 kV, 50 Hz, за номинален ток от 3150 A и номинален ток на прекъсване от 40 kA. Освен това в бъдеще на негова основа може да бъде създаден вакуумен прекъсвач с две прекъсвания за напрежение 220 kV.
Първият руски вакуумен прекъсвач за напрежение 110 kV започна да се разработва през 2007 г. в Саратов в JSC NPP Contact. Техническите изисквания за комутационното устройство са съгласувани с FGC UES. През 2009 г. предприятието произведе прототип на вакуумен прекъсвач с двойно взривяване на базата на камери KDVA-60-31.5 / 2000 с пружинно-магнитно задвижване (фиг. 6).
През същата година започнаха пълномащабни тестове на прекъсвача в лабораториите на самия завод, FSUE VEI и Изследователски център VVA. Успоредно с това имаше диалог с експлоатационни специалисти, появиха се препоръки, бяха направени промени в дизайна на прекъсвача.
През 2010 г., въз основа на положителни резултати от теста, беше получен сертификат за първия руски вакуумен прекъсвач 110 kV и започна серийното производство на VBP-110 kV.
Краткият период от време, изразходван от АЕЦ Контакт за разработването и пускането в експлоатация на 110 kV VBP, се обяснява с използването на технически решения и възли в конструкцията на прекъсвача, които се произвеждат серийно за вакуумни прекъсвачи от серия VBPS-35 kV. Те включват пружинно-магнитно задвижване (за VBP-110 kV задвижването е подсилено, настройките са променени), полюси на прекъсвача, механични пръти и валове. Параметрите на прекъсвача VBP-110 са дадени в табл. 3.
До края на 2010 г., съгласувано с Холдинг IDGC, първите серийни захранващи блокове 110 kV ще бъдат инсталирани в подстанциите на клоновете на Холдинг IDGC - IDGC на Център и Волжка област, Северозапад, Сибир, Волга, Северен Кавказ.
През 2009-2010г На базата на камерата KDV-126-40 / 3150 е разработен вакуумен прекъсвач с едно прекъсване за напрежение 110 kV, 50 Hz, номинален ток 3150 A и номинален ток на прекъсване от 40 kA. Превключвателят има класическо оформление за превключватели на колони. Външният изглед на прекъсвача VBP-110III-40/3150 UHL1 е показан на фиг. 7. Серийното производство на такъв прекъсвач се планира да започне още през 2011 г. Както и при прекъсвача с двойно прекъсване, в VBP-110III-40/3150 UHL1 се предполага, че се използва предварително разработен и тестван в работни условия (на верига прекъсвачи от клас 35 kV и на първите VBP-110 kV) възли и проектни решения.
Предимствата на прекъсвачите VBP-110III-31, 5/2000 и 40/3150 UHL1 са:
... екологична безопасност;
... възможност за ръчно включване и изключване;
... голям комутационен и механичен ресурс;
... стабилна работа в трудни климатични условия;
... механизъм за свободно изключване на задвижването, което позволява прекъсвачът да бъде отворен по всяко време, независимо от позицията на механизма;
... пожарна и експлозивна безопасност;
... малки размери и тегло.
За разпределителния мрежов комплекс на Русия, при избора на SF6 или вакуумни прекъсвачи, разходите за ремонт и поддръжка за целия стандартен период на експлоатация могат да бъдат от решаващо значение. Изчисленията показват, че разходите за поддръжка и експлоатация на SF6 прекъсвачите са много по-високи (до 100-300 пъти) от тези на вакуумните прекъсвачи.
Уникалните разработки на руски учени и инженери на вакуумни прекъсвачи с двойно и единично взривяване не само ще създадат реална алтернатива на елегазовите прекъсвачи, но и ще формират основата на програмата за подмяна на маслени прекъсвачи и сепаратор на късо съединение прекъсвач (OD-KZ) двойки от 110 kV, а в бъдеще и 220 kV. В допълнение, използването на иновативни видове вакуумни прекъсвачи с високо напрежение ще позволи разработването и подобряването на разпределителни устройства 110-220 kV за създаване на нови блок-модулни вериги, които осигуряват:
... екологична безопасност на оборудването;
... висока степен на надеждност и безопасност на работа;
... повишаване нивото на заводска готовност и консолидиране на блоковостта на доставката;
... максимално намаляване на теглото и размерите;
... намаляване на оперативните разходи и осигуряване на лесна поддръжка и ремонт;
... разработване на необслужвани дистанционно управлявани цифрови подстанции;
... създаване на затворени разпределителни устройства KRU и ZRU-110 kV с въздушна и комбинирана изолация, без използване на газ SF6.
Използването на вакуумни прекъсвачи 110-220 kV е особено важно при използване на трансформатори за ток и напрежение без поддръжка, които не съдържат масло и SF6 газ в цялостна подстанция. Такива трансформатори - с оптични сензори - се използват широко в Северна Америка и Канада, където въпросът за екологичността на оборудването е на първо място. Оптичните трансформатори на ток и напрежение се интегрират лесно в цифрови подстанционни системи, т.к имат цифрови сигнали на изхода.
В следващите статии ще разгледаме идеологията на изграждане на модерни блокови подстанции 110 и 220 kV с помощта на най-модерните електрически устройства и дизайнерски решения, включително описани в тази статия вакуумни прекъсвачи 110-220 kV и оптични трансформатори на ток и напрежение.
2
ВАКУУМЕН ПРЕДУПРЕЖДАТЕЛ 110 kV, серия VRS-110
Досега вакуумните прекъсвачи традиционно заемат ниша до 40 kV по отношение на класа на мрежовото напрежение. В този случай в почти всички случаи са използвани устройства за гасене на дъга с едно прекъсване.
За създаване на вакуумни превключватели за по-високи напрежения, например за мрежово напрежение 110 kV, бяха използвани устройства за гасене на дъга, състоящи се от няколко камери с единичен взрив (превключватели от Fuji, ELVEST и други), което значително усложни конструкцията на превключвателя.
Благодарение на въвеждането на съвременни технологични постижения стана възможно да се създаде вакуумен прекъсвач с един взрив за номинално напрежение 110 kV и да се разработи съответен вакуумен прекъсвач.
Такъв превключвател от типа VRS-110 е разработен и произведен от Концерн „Союз за високо напрежение“. Прекъсвачът е преминал целия цикъл от типови изпитвания и се планира да бъде монтиран в експлоатация в подстанции с клас на напрежение 110 kV.
Един от основните технически проблеми, свързани с използването на вакуумни прекъсвачи, е определянето на нивата на комутационни пренапрежения и разработването на ефективни и осъществими мерки за ограничаването им.
Целта на тази презентация е:
определяне чрез изчисляване на нивата на комутационни пренапрежения при превключване с вакуумен прекъсвач 110 kV, произведен от ЗАО High Voltage Union;
разработване на препоръки за ограничаване на пренапреженията, произтичащи от
изключване на високоволтови електродвигатели и трансформатори чрез вакуумни превключватели
ров.
демонстрация на самия вакуумен прекъсвач VRS-110 с пружинно задвижване
Програмата TRIADA, разработена в катедра „Електроцентрали и мрежи“ на Санкт Петербургския държавен технически университет, беше използвана като софтуерен инструмент за числен анализ на преходни процеси.
1. СХЕМА ЗА ИЗЧИСЛЕНИЕ НА ЗАМЕСТВАНЕ И НЕГОВИТЕ ПАРАМЕТРИ.
За изчисляване на пренапрежението при превключване на трансформатори са използвани електрическите принципни схеми на подстанции 110 kV, представени от Клиента,
Ориз. 1. Изчислена еквивалентна схема, когато двигателят е изключен. В еквивалентната схема на фиг. 1 включва следните елементи:
За изчисляване на пренапрежението при изключване на трансформатори от вакуумни прекъсвачи е съставена еквивалентна схема, представена в едноредов вид на фиг. един.
Eс - мрежово напрежение;
Lс - еквивалентна индуктивност на мрежата;
Cс и Rc - еквивалентен капацитет и съпротивление на затихване на мрежата по автобусите
секции;
B - вакуумен превключвател;
L t, Ct и R t - еквивалентна индуктивност, капацитет и съпротивление на загуби транс
Форматор;
Еквивалентната мрежова индуктивност Lc се определя от стойностите на токовете на късо съединение (Isc) на секционните шини.
Lc = -
к.з.
По данни на Клиента токовете на късо съединение по автобусите на трафопоста са били
Маса 1.
|
Подстанция |
Трифазен ток на късо съединение, kA |
|
юг |
7,1 |
|
Източна |
11,0 |
|
П-29 |
23,0 |
Еквивалентният капацитет на Cc мрежата се определя от стойностите на изходящите мощности от подстанциите на ВЛ 110 kV.
В същото време беше взето предвид, че в подстанции Южна и Восточная ремонтните джъмпери се включват в нормален режим, а удвоените дължини на двуверижните изходящи линии участват във формирането на Сс. В подстанция R-29 трансформаторите T1 и T2 са свързани съответно към секции 1 и 2. Също така, секции 1 и 2 обикновено са свързани към две изходящи едноверижни линии.
По този начин общите дължини на изходящите ВЛ по данни на Клиента (Приложение 2) бяха
Таблица 2.
Стойността на линейния капацитет VL 110 kV е избрана, като се вземе предвид следното.
За изчисляване на пренапрежението е обичайно да се използва еквивалентната стойност на линейния капацитет, която може да бъде оценена чрез стойността на тока на зареждане (зарядна мощност). За VL 110 kV с напречно сечение на проводниците от 70 до 240 mm2, според референтните данни, стойностите на зарядния ток са в диапазона от 18 - 20 A / 100 km от линията. Ако приемем за определеност средната стойност от 19 A / 100 km, тогава това ще съответства на стойността на линейния капацитет от 9,5 nF / km.
Капацитетът на свързващия кондензатор от 6,4 nF се добавя към капацитета на мрежата, ако е свързан към въздушната линия.
Така общите дължини на изходящите ВЛ по данни на Клиента (Приложение 2) и стойностите на Сс бяха
Таблица 2.
|
Подстанция |
Обща дължина на изходящите ВЛ, км |
Еквивалентен капацитет на мрежата Сс, nF |
|
юг |
24,22 |
236,5 |
|
Източна |
19,03 |
187,2 |
|
R-29 1 раздел 2 раздел |
19,42 13,37 |
190,9 139,8 |
Трябва да се отбележи, че стойността на Сс е оценена и в определени граници не оказва значително влияние върху изчислените стойности на пренапреженията, които ще бъдат показани по-долу в хода на изчисленията.
Предвидено е еквивалентно съпротивление на затихване на мрежата Rс, за да се вземе предвид затихването на свободните вибрации на секционните гуми.
За да се изчисли комутационното пренапрежение при изключване на трансформаторите, бяха избрани следните режими с индуктивен характер на тока, който трябва да бъде изключен:
режим на празен ход Iхх;
режим на индуктивно натоварване с ток от 0,1 In
режим на индуктивно натоварване с ток 0,3 In
симетричен режим на късо съединение от страната на НН, Isc ..
Стойността на капацитета St, успоредна на намотката на трансформатора HV, е равна на капацитета на шината плюс входния капацитет.
Капацитетът на шината се определя чрез умножаване на дължината на шината от превключвателя до клемите на трансформатора по стойността на капацитета на линейната шина, взета равна на 8 pF / m. Капацитетите на 110 kV втулки се приемат за 400 pF. По този начин:
за SS Южна и Восточная ул. = 15 mx 8 pF / m +400 pF = 520 pF
за PS R-29 - St = 20 mx 8 pF / m +400 pF = 560 pF. Стойността на Rt се определя от стойността на загубите при празен ход. Характеристиките на трансформаторите, използвани в изчисленията, са дадени в таблица 3.
Таблица 3.
|
Подстанция |
Disp. име на тр-ра |
Тип Tr-ra |
Unom (VN), kV |
Inom. (VN), |
Iх.х., |
Pх.х., kW |
Uк,% |
|
юг |
T1 |
TRDN- |
115 |
85 |
0,42 |
114,3 |
10,77 |
|
юг |
Т2 |
TRDN- |
115 |
85 |
0,44 |
115,27 |
9,59 |
|
Източна |
T1 |
TDN- |
115 |
74,5 |
0,97 |
65 |
11,10 |
|
Източна |
Т2 |
TDN- |
115 |
80,3 |
0,46 |
22,68 |
11,15 |
|
Източна |
Т * |
TRDN- 25000/110/77-U1 |
115 |
125,5 |
0,75 |
31,5 |
10,95 |
|
П-29 |
T1 (T2) |
TDN- |
115 |
80,3 |
0,85 |
21,0 |
10,5 |
*) - планира се подмяна на трансформатори T1 и T2.
Тъй като на този етап от разработването на прекъсвача няма експериментални данни, по които да е възможно да се оцени скоростта на нарастване и крайната стойност на диелектричната якост на контактната междина, за изчисленията тези параметри на математическата Моделът на вакуумния прекъсвач VRS-110 е избран въз основа на следното:
крайната стойност на диелектричната якост (Umax.) беше приета равна на теста
мълниеносно импулсно напрежение 450 kV за оборудване без повишено ниво
изолация съгласно GOST 1516.-96, табл. D6. Тази стойност Umax. е приет като ми
минимално;
минимално време на движение на контактите на дъгообразния улей от момента
отваряне преди достигане на крайна позиция е 16,7 ms. За да се получи марж в изчисленията, това време беше взето равно на 20 ms;
стойността на тока на прекъсване на вакуумната камера се приема равна на 5 A.
В съответствие с „Насоки за използване на отводители в електрически мрежи 110 - 750 kV“, изборът на отводители от пренапрежение в мрежи 110 kV се извършва според следните показатели и условия:
Според най-високото работно напрежение.
Според GOST 1516.3-96 най-високото работно напрежение на мрежа 110 kV не трябва да надвишава 126 kV.
В този случай максималното работно напрежение на разрядника трябва да бъде най-малко Un.r. = (126 / √3) ∙ 1,05 = 76,4 kV.
Тъй като консуматорите с товар, съдържащ по-високи хармоници, например тягови подстанции, не са свързани към 110 kV шини на разглежданите подстанции, не е необходимо допълнително отчитане на влиянието на по-високите хармоници.
По-нататък за категоричност приемаме Un.r. = 77 kV, като една от най-близките стойности за произвежданите отводители.
Според условията на работа в квазистационарен режим.
Като типичен проектен случай на квазистационарен режим за разглежданата точка от мрежата 110 kV е обичайно да се разглежда еднофазно късо съединение към земята, при което напреженията върху "здравите" фази се увеличават.
Тъй като в нормален режим неутралите на трансформаторите са стабилно заземени, не се очаква значително повишаване на напрежението на здрави фази при еднофазно земно съединение. За да се получи марж, може да се приеме коефициент на повишаване на напрежението от 1,4, тогава най-голямата очаквана стойност на квазистационарното пренапрежение ще бъде Uc.p. = 1,4- (126 / l / 3) = 102 kV.
Планираният за монтаж OPNp-110/550/77-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat, се счита за предварителен вариант на отводителя от пренапрежения.
Съгласно представената от производителя характеристика волт-време, съответстваща на случая на максимално натоварване на разрядника, фиг. 2, а според съотношението Uc.p./Un.r. = 102/77 = 1,32, определяме, че в този случай отводникът ще издържи пренапрежение в квазистационарен режим за около 1 секунда, което може да е недостатъчно, ако приемем, че максималното време на работа на защитите е 4 s.
Ако увеличите Uн.r. до 84 kV, след което според съотношението Uc.p./Un.r. = 102/84 = 1,21, може да се определи, че в квазистационарен режим разрядникът ще издържи около 100 s.
По енергийна интензивност.
Най-голямата обща дължина на изходящите ВЛ съответства на подстанция Р-29 и е 25,72 км. Няма други обекти с голям капацитет.
Енергията (Wopn), погълната от разрядника при пренапрежение при ограничаване на комутационните пренапрежения, идващи от въздушната линия 110 kV, може да бъде оценена по формулата
Svl - капацитет на въздушната линия, Svl = 0,0058 (μF / km) -25,79 km = 0,149 μF,
Uкп макс. - най-високото номинално комутационно напрежение, взето равно за мрежа от 110 kV 3Uph.,
Почивай си. - най-малката стойност на остатъчното напрежение на разрядника с ограничението на комутационни пренапрежения, взето равна на 182 kV.
За разглежданите въздушни линии, стойността на Wopn = 5,8 kJ или 0,061 kJ / kV от най-високото работно напрежение на разрядника, който се очаква да бъде монтиран. Съответната стойност на специфичната погълната енергия на отводителя, предвидена за инсталацията, е 3,1 kJ / kV naib, slave. волтаж.
По ниво на ограничаване на пренапрежението.
Остатъчното напрежение на разрядника при разряден ток 8/20 ms с амплитуда 10 kA е 244 kV, което е по-ниско от тестовото напрежение от 450 kV на мълниеносен импулс за силови трансформатор 110 kV.
Големината на едноминутното тестово напрежение на индустриалната честота на изолацията спрямо земята на намотките на силови трансформатори 110 kV е 200 kV, което съответства на 200 ∙ √2 ∙ 1,15 = 325 kV на импулса на превключване.
Нивата на ограничаване на пренапрежението на разглеждания OPNp-110/550/84-IV-UHL1 са в диапазона 185 - 201 kV на импулса на превключване, т.е. значително по-ниски от съответните тестови напрежения на изолацията на защитеното оборудване.
По големината на взривобезопасния ток.
Стойността на взривозащитения ток трябва да е по-висока от най-високата стойност на тока на късо съединение в дадена точка от мрежата.
Най-високата стойност на тока на късо съединение, равна на 23 kA,. се извършва в подстанция R-29, което е значително по-ниско от стойността на взривозащитения ток OPNp-110/550/84-IV-UHL1, равна на 40 kA.
Заключение за избор на отводител 110 kV.
За защита на силови трансформатори 110 kV от мълниеви и комутационни пренапрежения в подстанциите Южна, Восточная и R-29 може да се използва OPNp-110/550/84-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat.
Конструкцията на отводителя от пренапрежения според степента на замърсяване и климатичните условия на експлоатация може да бъде уточнена в проекта.
Възможно е използване на отводители на други производители с характеристики, които не отстъпват на тези на избрания отводител.
2. РЕЗУЛТАТИ ОТ ИЗЧИСЛЕНИЕТО И АНАЛИЗЪТ ИМ.
При изчисленията се прие, че при изключване на индуктивни токове в диапазона от 0,1 In до Isc. отваряне на контактите на превключвателя става, когато токът се доближи до нула. В този случай, както показва опитът от изчисленията и експерименталните данни, трябва да се очакват най-големите пренапрежения поради многократни повреди между контактите.
При изчисленията при изключване на токове на празен ход се приема, че прекъсване на тока може да възникне във всеки момент от неговата полувълна поради нестабилността на дъгата в диапазона от нула до максималната стойност на тока на прекъсване. В този случай моментът на отваряне на контактите в изчисленията съответства на началото на полувълната на тока.
Изчисленията показват, че при изключване на индуктивните токове на трансформаторите могат да се появят многократни повреди между контактите на превключвателя във всички разглеждани режими.
Най-големите пренапрежения при липса на разрядник възникват при изключване на индуктивните токове (0,1 - 0,3) In и са в диапазона (206 - 234) kV или (2,0 - 2,3) Uph.
По своята величина такива пренапрежения не представляват опасност за изолацията на трансформаторите, тъй като не надвишават нивата на изпитателните напрежения нито на импулс на мълния (550 kV), нито на амплитудата на честотата на мощността (200x√2 = 283 kV). Въпреки това, като се има предвид, че тези пренапрежения са придружени от множество високочестотни спадове (срязвания), които влияят негативно на изолацията на завоя на намотките, е препоръчително да се вземат мерки за ограничаване на тези пренапрежения.
Както показват изчисленията, при инсталиране на отводител от пренапрежение, големината на пренапрежението при изключване на индуктивни токове (0,1 - 0,3) In намалява до (137 - 157) kV или (1,3 - 1,5) Uph, което съответно намалява и опасните ефекти при завоя изолация на намотките.
За да се определи влиянието на стойността на еквивалентния мрежов капацитет Сс върху нивата на пренапрежение по време на работа на вакуумния прекъсвач, бяха извършени сравнителни изчисления, резултатите от които са отразени в Приложение 4. Изменение на Сс към около 100 Намаляването на nF (линията "Южная, Сс намалена, Сс = 147,4 nF") или нагоре (линията "Юг, Сс увеличена, Сс = 340 nF") няма забележим ефект върху изчислените стойности на максималните напрежения .
Изчисленията показват също, че подмяната на съществуващи трансформатори в подстанция Восточная с трансформатори 25 000 kVA няма значителен ефект върху проектните нива на пренапрежение (виж Приложение 4, ред "Восточная", T *, планиран за подмяна) и не е пречка за инсталацията на вакуумен прекъсвач VRS -110.
3.1. Когато вакуумни прекъсвачи от типа VRS-110, произведени от концерна Високоволтов Союз, изключват индуктивните токове на 110 kV трансформатори в подстанциите PO kV Южная, Восточная и R-29 на IDGC of South, АД, пренапрежения с амплитуда до 2,3 Uph.
3.2. За ограничаване на пренапреженията, когато вакуумни прекъсвачи VRS-110 изключват 110 kV трансформатори в подстанции PO kV Южная, Восточная и R-29, се препоръчва да се инсталира отводител от пренапрежения като OPNp-110/550/84-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat или отводители от пренапрежение на други производители със сходни характеристики
Вакуумните прекъсвачи 110 kV днес са високотехнологично оборудване. Те са лишени от такива недостатъци като опасност от пожар и интензивност на труда по време на работа, което е характерно за маслени и въздушни превключватели, и в бъдеще няма да има проблеми, свързани с необходимостта от изхвърляне на газ SF6, което е типично за SF6 ключове.
Основни марки и производители на 110 kV и по-високи вакуумни прекъсвачи
На руския пазар има две предприятия, които произвеждат вакуумни прекъсвачи за клас напрежение 110 kV:
- NTEAZ Electric LLC, член на концерна High Voltage Union Concern. Предприятието произвежда вакуумни прекъсвачи за клас напрежение 110 kV тип (ВРС-110 kV с едно прекъсване на фаза).
- АД "АЕЦ" Контакт", Саратов. Предприятието произвежда вакуумни прекъсвачи за класове напрежение 110 kV (тип VBP-110) и 220 kV (тип VBP-220)
Основни предимства и недостатъци на 110 kV и по-високи вакуумни прекъсвачи
Основните предимства на 110 kV вакуумни прекъсвачи:
- висок ресурс на превключване - 10 000 I / O цикъла (2 пъти повече от SF6)
- ниски експлоатационни разходи (не изискват зареждане с газ)
- възможност за работа в широк температурен диапазон от -60 (без допълнително нагряване) до +50 ° С
- са екологично чисто оборудване (без изтичане на SF6 газ, въздух или технически течности в околната среда)
- не изискват допълнителни разходи за обезвреждане на нефт или SF6 газ
- висока фабрична готовност (не изисква зареждане с технически течности и газове по време на монтажа), което намалява времето за монтажа им (изисква 6-8 часа)
Недостатъците на технологията на вакуумните прекъсвачи могат да се считат за ограниченото им използване в класове на напрежение (до 220 kV). Това се дължи на трудността при създаването на прекъсвачи с малки размери (трудно е да се оптимизират размерите на камерите за прекъсване на вакуум, VDK), сложността на осигуряването на възстановяване на електрическата якост във VDK след изгасване на дъгата. Процесите на ерозия и термичното нагряване на контактите значително ограничават скоростта и нивото на възстановяване на електрическата якост на VDK.
Вакуумните прекъсвачи се произвеждат в Нижнетуринския електроапаратен завод при контролирани условия, установени от система за управление на качеството, работеща в съответствие с изискванията на ISO 9001:2008. Заводът разполага със собствена лаборатория, оборудвана с автоматизирани стендове и модерни многофункционални измервателни уреди. Всяко устройство е щателно проверено и тествано преди да бъде изпратено на клиента.
Предимства на вакуумните прекъсвачи:
- Висока механична якост;
- Висок комутационен ресурс при номинален ток и ток на прекъсване;
- Надеждно и стабилно включване и изключване с нормализирани параметри;
- Възможност за ръчно изключване при липса на допълнително захранване;
- Материалът и конструкцията на стълбовете предотвратяват натрупването на прах върху повърхността му;
- Не изисква настройки през целия експлоатационен живот.
Производителят на вакуумния прекъсвач гарантира работата на прекъсвача през целия му експлоатационен живот и съответствие с всички технически параметри, посочени в инструкциите за експлоатация и сертификатите за съответствие.
Производителят на вакуумни прекъсвачи предоставя услуги, консултации и техническа поддръжка през целия период на експлоатация.
Вакуумен прекъсвач: полюси и камери, задвижващ механизъм
Вътрешните вакуумни прекъсвачи използват епоксидни формовани стълбове. Външните прекъсвачи имат плътни полюси, изолирани от силиций. Стълбовете са оборудвани с най-модерните вакуумни камери, които са специално проектирани и оптимално пригодени за използване в ляти стълбове.
Контактите на вакуумните камери са изработени от специални легирани сплави. Изгарянето на дъгата, което възниква при разделяне на контактите при изключване на товара, се поддържа от метални пари поради изпаряването на материала на електрода. Електрическата дъга се гаси внимателно с естествено преминаване през нула на тока, следователно е изключена възможността от пренапрежения при превключване на повечето видове товари.
Във вакуумните прекъсвачи се използва универсално електромагнитно задвижване. Захранването от мощни постоянни магнити се използва за задържане или изключване на прекъсвача. Фиксирането става чрез използването на принципа на "магнитно закопчаване", а именно, затваряне или изключване на магнитната верига с котва, която е механично свързана с подвижните контакти на вакуумните камери.
За управление на задвижването се използва електронен блок за управление, който е оборудван с високоволтов вакуумен превключвател. Блокът за управление може да бъде вграден в корпуса на прекъсвача или направен като дистанционен вариант. Изключването се получава поради енергията на предварително заредените кондензатори.
Автоматичните прекъсвачи използват и пружинни задвижвания, които освен стандартизирано затваряне/отваряне на прекъсвача осигуряват възможност за ръчно затваряне и отваряне.
| Параметри | BP1, BP2, BP3 | VR27NS | VR35NT | VRS-110 |
|---|---|---|---|---|
| Номинално напрежение, kV | 10 | 27,5 | 35 | 110 |
| Най-високото работно напрежение, kV | 12 | 30,5 | 40,5 | 126 |
| Номинален ток, А | 630-3 150 | 1 600; 2 000 | 1 600 | 2 500; 3 150 |
| Номинален ток на прекъсване, kA | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Термоустойчив ток, kA (3 s) | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Ток на електродинамична стабилност, kA | 52-102 | 64 | 64 | 81; 102 |
| Време за пълно изключване, ms, не повече | 57-70 | 70 | 80 | 47 |
| Собствено време за включване, ms, не повече | 90-120 | 100 | 80 | 80 |
| Собствено време за изключване, ms, не повече | 35-55 | 30-55 | 60 | 32 |
| Механичен живот, VO цикли | 30 000-100 000 | 30 000 | 25 000 | 10 000 |
| Ресурс на превключване при номинални токове, цикли VO | 30 000-50 000 | 30 000 | 20 000 | 10 000 |
| Ресурс на превключване при номинални прекъсващи токове, цикли VO | 40-100 | 30 | 30 | 25 |
| Тегло, кг | 65-285 | 270 | 640 | 1 645 |
Тук можете да разгледате пълния каталог на вакуумни прекъсвачи и да изберете продуктите, които най-добре отговарят на вашите текущи нужди.
За да разберете каква е цената на вакуумните прекъсвачи в Екатеринбург, Москва, Новосибирск или други градове, можете
Изпратете заявка
Вакуумни прекъсвачи 6 (10) kV
Вакуумни прекъсвачи от серия VR и VRS за работа в мрежи с номинално напрежение 10 kV. Токове на късо съединение 20; 31,5; 40 kA. Номинален работен ток 630 - 4 000 A.
Вакуумен превключвател от серия VRS-110
ВАКУУМЕН ПРЕДУПРЕЖДАТЕЛ 110 kV, серия VRS-110
Досега вакуумните прекъсвачи традиционно заемат ниша до 40 kV по отношение на класа на мрежовото напрежение. В този случай в почти всички случаи са използвани устройства за гасене на дъга с едно прекъсване.
За създаване на вакуумни превключватели за по-високи напрежения, например за мрежово напрежение 110 kV, бяха използвани устройства за гасене на дъга, състоящи се от няколко камери с единичен взрив (превключватели от Fuji, ELVEST и други), което значително усложни конструкцията на превключвателя.
Благодарение на въвеждането на съвременни технологични постижения стана възможно да се създаде вакуумен прекъсвач с един взрив за номинално напрежение 110 kV и да се разработи съответен вакуумен прекъсвач.
Такъв превключвател от типа VRS-110 е разработен и произведен от Концерн „Союз за високо напрежение“. Прекъсвачът е преминал целия цикъл от типови изпитвания и се планира да бъде монтиран в експлоатация в подстанции с клас на напрежение 110 kV.
Един от основните технически проблеми, свързани с използването на вакуумни прекъсвачи, е определянето на нивата на комутационни пренапрежения и разработването на ефективни и осъществими мерки за ограничаването им.
Целта на тази презентация е:
Определяне чрез изчисляване на нивата на комутационно пренапрежение при превключване с вакуумен прекъсвач 110 kV, произведен от ЗАО High Voltage Union;
Демонстрация на самия вакуумен прекъсвач VRS-110 с пружинно задвижване
Информация за изчисляване на пренапреженията при превключване от вакуумни превключватели от типа VRS-110 на силови трансформатори на подстанции 110 kV като SS Восточная, SS Южна и SS R-29 е предоставена от IDGC of South, АД, това са обекти, където в момента се работи по монтаж на вакуумни превключватели за 110 kV.
Програмата TRIADA, разработена в катедра „Електроцентрали и мрежи“ на Санкт Петербургския държавен технически университет, беше използвана като софтуерен инструмент за числен анализ на преходни процеси.
1. СХЕМА ЗА ИЗЧИСЛЕНИЕ НА ЗАМЕСТВАНЕ И НЕГОВИТЕ ПАРАМЕТРИ.
За изчисляване на пренапрежението при превключване на трансформатори са използвани електрическите принципни схеми на подстанции 110 kV, представени от Клиента,
За изчисляване на пренапрежението при изключване на трансформатори от вакуумни прекъсвачи е съставена еквивалентна схема, представена в едноредов вид на фиг. един.
Eс - мрежово напрежение;
Lс - еквивалентна индуктивност на мрежата;
Cс и Rc - еквивалентен капацитет и съпротивление на затихване на мрежата по автобусите
секции;
B - вакуумен превключвател;
Lт, Cт и Rт - еквивалентна индуктивност, капацитет и съпротивление на загуби транс
Форматор;
Елементите на еквивалентната схема на фиг. 1 бяха определени както следва. Напрежението на мрежата Eс е прието равно на 127 kV.
Еквивалентната индуктивност на мрежата Lc се определя от стойностите на токовете на късо съединение (Ic. Z.) на секционните шини.
По данни на Клиента токовете на късо съединение по автобусите на трафопоста са били
Маса 1.
Подстанция | Трифазен ток на късо съединение, kA |
Източна | |
Еквивалентният капацитет на Cc мрежата се определя от стойностите на изходящите мощности от подстанциите на ВЛ 110 kV.
В същото време беше взето предвид, че в подстанции Южна и Восточная ремонтните джъмпери се включват в нормален режим, а удвоените дължини на двуверижните изходящи линии участват във формирането на Сс. В подстанция R-29 трансформаторите T1 и T2 са свързани съответно към секции 1 и 2. Също така, секции 1 и 2 обикновено са свързани към две изходящи едноверижни линии.
По този начин общите дължини на изходящите ВЛ по данни на Клиента (Приложение 2) бяха
Таблица 2.
Подстанция | |
Източна | |
R-29 1 раздел 2 раздел |
Стойността на линейния капацитет VL 110 kV е избрана, като се вземе предвид следното.
За изчисляване на пренапрежението е обичайно да се използва еквивалентната стойност на линейния капацитет, която може да бъде оценена чрез стойността на тока на зареждане (зарядна мощност). За VL 110 kV с напречно сечение на проводниците от 70 до 240 mm2, според референтните данни, стойностите на зарядния ток са в рамките на A / 100 km от линията. Ако приемем за определеност средната стойност от 19 A / 100 km, тогава това ще съответства на стойността на линейния капацитет от 9,5 nF / km.
Капацитетът на свързващия кондензатор от 6,4 nF се добавя към капацитета на мрежата, ако е свързан към въздушната линия.
Така общите дължини на изходящите ВЛ по данни на Клиента (Приложение 2) и стойностите на Сс бяха
Таблица 2.
Подстанция | Обща дължина на изходящите ВЛ, км | Еквивалентен капацитет на мрежата Сс, nF |
Източна | ||
R-29 1 раздел 2 раздел |
Трябва да се отбележи, че стойността на Сс е оценена и в определени граници не оказва значително влияние върху изчислените стойности на пренапреженията, които ще бъдат показани по-долу в хода на изчисленията.
Предвидено е еквивалентно съпротивление на затихване на мрежата Rс, за да се вземе предвид затихването на свободните вибрации на секционните гуми.
За изчисляване на превключвателното пренапрежение при изключване на трансформатори са избрани следните режими с индуктивна природа на тока, който трябва да се изключи:
Iхх режим на празен ход;
Режим на индуктивно натоварване с ток от 0,1 In
Режим на индуктивно натоварване с ток 0,3 In
Симетричен режим на късо съединение от страната на НН, Ik. ч ..
Трансформаторът беше заменен с еквивалентна индуктивност Lt, чиято стойност беше определена по формула, подобна на (1), при съответните токове (ток на празен ход, ток на индуктивно натоварване 0,1 Inom., Индуктивен ток на натоварване 0,3 Inom., Ток от страна HV с късо съединение от страна LV - според стойностите на Uk). Стойностите на токовете на празен ход и Uc са взети от техническите характеристики на трансформаторите, предоставени от Клиента, или взети от референтните данни.
Стойността на капацитета St, успоредна на намотката на трансформатора HV, е равна на капацитета на шината плюс входния капацитет.
Капацитетът на шината се определя чрез умножаване на дължината на шината от превключвателя до клемите на трансформатора по стойността на капацитета на линейната шина, взета равна на 8 pF / m. Капацитетите на 110 kV втулки се приемат за 400 pF. По този начин:
за SS Южна и Восточная ул. = 15 mx 8 pF / m +400 pF = 520 pF
за PS R-29 - St = 20 mx 8 pF / m +400 pF = 560 pF. Стойността на Rt се определя от стойността на загубите при празен ход. Характеристиките на трансформаторите, използвани в изчисленията, са дадени в таблица 3.
Таблица 3.
Подстанция | Disp. име на тр-ра | Тип Tr-ra | Unom (VN), kV | Inom. (VN), | Px ч., кВт | ||
Източна | |||||||
Източна | |||||||
Източна |
25000/110/77-U1 | ||||||
*) - планира се подмяна на трансформатори T1 и T2.
Тъй като на този етап от разработването на прекъсвача няма експериментални данни, по които да е възможно да се оцени скоростта на нарастване и крайната стойност на диелектричната якост на контактната междина, за изчисленията тези параметри на математическата Моделът на вакуумния прекъсвач VRS-110 е избран въз основа на следното:
Крайната стойност на диелектричната якост (Umax.) беше взета за равна на теста
мълниеносно импулсно напрежение 450 kV за оборудване без повишено ниво
изолация съгласно GOST 1516.-96, табл. D6. Тази стойност Umax. е приет като ми
минимално;
Минималното време на движение на контактите на дъгообразния улей от момента
отваряне преди достигане на крайна позиция е 16,7 ms. За да се получи марж в изчисленията, това време беше взето равно на 20 ms;
Стойността на тока на прекъсване на вакуумната камера се приема равна на 5 A.
Избор на отводители за защита на трансформатори 110 kV от мълнии и комутационни пренапрежения.
В съответствие с „Методическите указания за използване на отводители в kV електрически мрежи“ изборът на отводители от пренапрежение в мрежи 110 kV се извършва според следните показатели и условия:
Според най-високото работно напрежение.
Според GOST 1516.3-96 най-високото работно напрежение на мрежа 110 kV не трябва да надвишава 126 kV.
В този случай максималното работно напрежение на разрядника трябва да бъде най-малко Un. Р. = (126 / √3) ∙ 1,05 = 76,4 kV.
Тъй като консуматорите с товар, съдържащ по-високи хармоници, например тягови подстанции, не са свързани към 110 kV шини на разглежданите подстанции, не е необходимо допълнително отчитане на влиянието на по-високите хармоници.
По-нататък за определеност ще вземем Uн. Р. = 77 kV, като една от най-близките стойности за произвежданите отводители.
Според условията на работа в квазистационарен режим.
Като типичен проектен случай на квазистационарен режим за разглежданата точка от мрежата 110 kV е обичайно да се разглежда еднофазно късо съединение към земята, при което напреженията върху "здравите" фази се увеличават.
Тъй като при нормална работа неутралите на трансформаторите са стабилно заземени, не се очаква значително повишаване на напрежението на здрави фази с еднофазно заземяване. За да се получи марж, може да се приеме коефициент на повишаване на напрежението от 1,4, тогава най-голямата очаквана стойност на квазистационарното пренапрежение ще бъде Uc. стр. = 1,4- (126 / l / 3) = 102 kV.
Планираният за монтаж OPNp-110/550/77-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat, се счита за предварителен вариант на отводителя от пренапрежения.
Съгласно представената от производителя характеристика волт-време, съответстваща на случая на максимално натоварване на разрядника, фиг. 2, а според съотношението Uк. п./Ун. Р. = 102/77 = 1,32, определяме, че в този случай отводникът ще издържи пренапрежение в квазистационарен режим за около 1 секунда, което може да е недостатъчно, ако приемем, че максималното време на работа на защитите е 4 s.
Ако увеличите Un. Р. до 84 kV, след което според съотношението Uк. п./Ун. Р. = 102/84 = 1,21, може да се определи, че в квазистационарен режим разрядникът ще издържи около 100 s.
По енергийна интензивност.
Най-голямата обща дължина на изходящите ВЛ съответства на подстанция Р-29 и е 25,72 км. Няма други обекти с голям капацитет.
Енергията (Wopn), погълната от разрядника при пренапрежение при ограничаване на комутационните пренапрежения, идващи от въздушната линия 110 kV, може да бъде оценена по формулата
Svl - капацитет на въздушната линия, Svl = 0,0058 (μF / km) -25,79 km = 0,149 μF,
Uкп макс. - най-високото номинално комутационно напрежение, взето равно за мрежа от 110 kV 3Uph.,
Uost. - най-малката стойност на остатъчното напрежение на разрядника с ограничението на комутационни пренапрежения, взето равна на 182 kV.
За разглежданите въздушни линии, стойността на Wopn = 5,8 kJ или 0,061 kJ / kV от най-високото работно напрежение на разрядника, който се очаква да бъде монтиран. Съответната стойност на специфичната погълната енергия на отводителя, предвидена за инсталацията, е 3,1 kJ / kV naib, slave. волтаж.
По ниво на ограничаване на пренапрежението.
Остатъчното напрежение на разрядника при разряден ток 8/20 ms с амплитуда 10 kA е 244 kV, което е по-ниско от тестовото напрежение от 450 kV на мълниеносен импулс за силови трансформатор 110 kV.
Големината на едноминутното тестово напрежение на индустриалната честота на изолацията спрямо земята на намотките на силови трансформатори 110 kV е 200 kV, което съответства на 200 ∙ √2 ∙ 1,15 = 325 kV на импулса на превключване.
Граничните нива на пренапрежение на разглеждания OPNp-110/550/84-IV-UHL1 са в рамките на импулса на превключване kV, т.е. значително по-ниски от съответните тестови изолационни напрежения на защитеното оборудване.
По големината на взривобезопасния ток.
Стойността на взривозащитения ток трябва да е по-висока от най-високата стойност на тока на късо съединение в дадена точка от мрежата.
Най-високата стойност на тока на късо съединение, равна на 23 kA ,. се извършва в подстанция R-29, което е значително по-ниско от стойността на взривозащитения ток OPNp-110/550/84-IV-UHL1, равна на 40 kA.
Заключение за избор на отводител 110 kV.
За защита на силови трансформатори 110 kV от мълниеви и комутационни пренапрежения в подстанциите Южна, Восточная и R-29 може да се използва OPNp-110/550/84-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat.
Конструкцията на отводителя от пренапрежения според степента на замърсяване и климатичните условия на експлоатация може да бъде уточнена в проекта.
Възможно е използване на отводители на други производители с характеристики, които не отстъпват на тези на избрания отводител.
2. РЕЗУЛТАТИ ОТ ИЗЧИСЛЕНИЕТО И АНАЛИЗЪТ ИМ.
При изчисленията се приема, че при изключване на индуктивни токове в диапазона от 0,1 In до Ik. з. отваряне на контактите на превключвателя става, когато токът се доближи до нула. В този случай, както показва опитът от изчисленията и експерименталните данни, трябва да се очакват най-големите пренапрежения поради многократни повреди между контактите.
При изчисленията при изключване на токове на празен ход се приема, че прекъсване на тока може да възникне във всеки момент от неговата полувълна поради нестабилността на дъгата в диапазона от нула до максималната стойност на тока на прекъсване. В този случай моментът на отваряне на контактите в изчисленията съответства на началото на полувълната на тока.
Изчисленията показват, че при изключване на индуктивните токове на трансформаторите могат да се появят многократни повреди между контактите на превключвателя във всички разглеждани режими.
Най-големите пренапрежения при липса на разрядник възникват, когато индуктивните токове са изключени (0,1 - 0,3) In и са в рамките на (kV или (2,0 - 2,3) Uf.
По своята величина такива пренапрежения не представляват опасност за изолацията на трансформаторите, тъй като не надвишават нивата на изпитателните напрежения нито на импулс на мълния (550 kV), нито на амплитудата на честотата на мощността (200x√2 = 283 kV). Въпреки това, като се има предвид, че тези пренапрежения са придружени от множество високочестотни спадове (срязвания), които влияят негативно на изолацията на завоя на намотките, е препоръчително да се вземат мерки за ограничаване на тези пренапрежения.
Както показаха изчисленията, при инсталиране на разрядник, големината на пренапрежението при изключване на индуктивни токове (0,1 - 0,3) Iн се намалява до (kV или (1,3 - 1,5) Uph, което съответно намалява и опасните ефекти върху изолацията на завоя на намотки.
За да се определи влиянието на стойността на еквивалентния мрежов капацитет Сс върху нивата на пренапрежение по време на работа на вакуумния прекъсвач, бяха извършени сравнителни изчисления, резултатите от които са отразени в Приложение 4. Изменение на Сс към около 100 Намаляването на nF (линията "Южная, Сс намалена, Сс = 147,4 nF") или нагоре (линията "Юг, Сс увеличена, Сс = 340 nF") няма забележим ефект върху изчислените стойности на максималните напрежения .
Изчисленията показват също, че подмяната на съществуващи трансформатори в подстанция Восточная с трансформатори 25 000 kVA няма значителен ефект върху проектните нива на пренапрежение (виж Приложение 4, ред "Восточная", T *, планиран за подмяна) и не е пречка за инсталацията на вакуумен прекъсвач VRS -110.
3.1. Когато вакуумни прекъсвачи от типа VRS-110, произведени от концерна Високоволтов Союз, изключват индуктивните токове на 110 kV трансформатори в подстанциите PO kV Южная, Восточная и R-29 на IDGC of South, АД, пренапрежения с амплитуда до 2,3 Uph.
3.2. За ограничаване на пренапреженията, когато вакуумни прекъсвачи VRS-110 изключват 110 kV трансформатори в подстанции PO kV Южная, Восточная и R-29, се препоръчва да се инсталира отводител от пренапрежения като OPNp-110/550/84-IV-UHL1, произведен от ZAO Polymer-Apparat или отводители от пренапрежение на други производители със сходни характеристики
