A. Nazarychev, inginer șef al Contact T&D LLC, șef. Departamentul Universității de Inginerie Energetică din Ivanovo, prorector pentru cercetare, PEIPC, doctor în științe tehnice, profesor; A. Surovov, director Contact T&D LLC; V. Chaika, proiectant șef al OAO NPP Kontakt; A. Tadzhibaev, rectorul Institutului Energetic pentru Studii Avansate din Sankt Petersburg (PEIPK), doctor în științe tehnice, profesor
Reechiparea tehnică a complexului rețelei de distribuție stă la baza modernizării economiei regiunilor Rusiei. Programul de Renovare a Complexului de Rețea Electrică pentru perioada 2011-2020, elaborat de IDGC Holding, stabilește ca prioritate reducerea uzurii echipamentelor la 46-48%, a pierderilor de energie electrică la 6,1%, precum și de două ori. reducerea numărului de defecțiuni ale procesului.
Întrerupătoare de aer și ulei
Cele mai importante echipamente ale rețelelor de distribuție sunt dispozitivele de comutație, de a căror funcționare depinde fiabilitatea tuturor substațiilor, liniilor electrice și a aparatelor de distribuție în toate modurile de funcționare.
Întrerupătoarele de înaltă tensiune sunt principalele dispozitive de comutare din instalațiile electrice și sunt folosite pentru a opri și a porni circuitele în orice mod: continuu nominal, suprasarcină, scurtcircuit (scurtcircuit), mers în gol, funcționare nesincronă. Cea mai dificilă și responsabilă operațiune este oprirea curenților de scurtcircuit și pornirea scurtcircuitului existent. Numărul total de comutatoare de înaltă tensiune cu o tensiune de 110-750 kV în funcțiune este de aproximativ 30 de mii. Pe clase de tensiune, acestea sunt distribuite așa cum se arată în tabel. unu.
Din Tabel. 1 arată că cel mai mare număr de întreruptoare - 95,7% este operat în clasa de tensiune 110-220 kV.
Pentru o perioadă destul de lungă de timp, în sistemele de alimentare din aceste clase de tensiune, au fost utilizate rezervoare de ulei, coloană cu ulei scăzut și întrerupătoare de aer de diferite tipuri. Astăzi, numărul întreruptoarelor care și-au expirat durata de viață standard este de 40% din numărul total de întreruptoare în funcțiune, inclusiv 90% dintre întreruptoarele cu ulei din rezervor de tip MKP-110 și 40% dintre întreruptoarele U-110. , 30% întreruptoare de aer VVN-110, 40% întreruptoare de aer VVN-220. În ultimii ani, numărul deteriorărilor la comutatoarele casnice a crescut considerabil. Principalele motive sunt:
. uzura unităților principale de asamblare a întrerupătoarelor;
. imperfecțiunea designului dispozitivelor în funcțiune;
. nerespectarea condițiilor climatice de funcționare;
. defecte cauzate de calitatea scăzută a reparației și a materialelor utilizate în reparație;
. defecte de fabricație;
. încălcări ale documentelor normative și directive privind condițiile de reparație și modurile de funcționare;
. instalarea în circuite de reactoare shunt și bănci de condensatoare, pentru comutare ale căror întrerupătoare nu sunt destinate;
. instalarea în circuite în care curenții de scurtcircuit și tensiunea de restabilire depășesc parametrii nominali ai întreruptorului.
Prevederile Politicii tehnice în complexul rețelei de distribuție impun următoarele cerințe destul de ridicate întreruptoarelor moderne de înaltă tensiune:
. oprirea fiabilă a oricăror curenți (inclusiv curenții de scurtcircuit);
. viteza operațiunilor, adică cel mai scurt timp de oprire și pornire;
. adecvarea pentru reînchidere automată rapidă, de ex. închiderea rapidă a întreruptorului imediat după oprire;
. Posibilitatea controlului monofazat (pol-la-pol) pentru întrerupătoarele de 110 kV și mai mari;
. prezența unei resurse de comutare și mecanică care asigură o perioadă de funcționare de revizie de cel puțin 15-20 de ani;
. numărul minim de operațiuni de întreținere în timpul funcționării;
. reducerea maximă a indicatorilor de greutate și dimensiune;
. reducerea costurilor de exploatare;
. securitatea la explozie și incendiu.
Aceste cerințe sunt dificil de îndeplinit cu metodele tradiționale de stingere a arcului în ulei sau aer. Posibilitățile de îmbunătățire semnificativă în continuare a întrerupătoarelor cu metode tradiționale de stingere a arcului sunt practic epuizate.
ÎNTRERUPTOARE CU VACUUM ȘI SF6
Îndeplinirea cerințelor crescute pentru întrerupătoarele de circuit este posibilă atunci când SF6 și întrerupătoarele de circuit în vid (VV) moderne sunt utilizate în tablourile de comutare ale substațiilor. În prezent, întreruptoarele cu vid și dispozitive de stingere a arcului SF6 (DU) înlocuiesc întreruptoarele cu ulei, electromagnetice și aer. Cert este că sistemele de control ale întrerupătoarelor cu vid și SF6 nu necesită reparații timp de cel puțin 20 de ani, în timp ce în întreruptoarele cu ulei uleiul se contaminează cu particule de carbon liber în timpul opririlor și, în plus, proprietățile izolante ale uleiului. scăderea datorită pătrunderii umidității și aerului. Acest lucru duce la necesitatea schimbarii uleiului cel putin o data la 4 ani. Dispozitivele de stingere a arcului electric ale întreruptoarelor cu aer necesită curățare aproximativ în același timp. În plus, întreruptoarele de circuit de aer uzate au scurgeri de aer comprimat de la telecomandă, ceea ce exclude posibilitatea de funcționare normală. Dispozitivele de stingere a arcului de vacuum și întrerupătoarele SF6 sunt închise în carcase ermetice, iar izolația lor internă nu este expusă mediului extern. Arcul electric în timpul opririlor în vid sau în SF6, de asemenea, practic nu reduce proprietățile mediului de stingere a arcului și izolator.
Documentele de reglementare ale FGC UES și IDGC Holding au fixat decizia privind utilizarea primară a întrerupătoarelor izolate cu gaz în construcția, reconstrucția, reechiparea tehnică și înlocuirea echipamentelor stațiilor cu o tensiune de 330–750 kV și întrerupătoarelor în vid. la posturi cu tensiunea de 6, 10, 20, 35 kV. În clasa de tensiune de 110-220 kV astăzi, la substațiile nou puse în funcțiune, de regulă, în absența oricăror opțiuni alternative, se propune utilizarea întrerupătoarelor SF6, care, pentru toate avantajele lor, au un număr dintre următoarele puncte problematice.
Caracteristicile fizice ale utilizării gazului SF6 (hexafluorura de sulf - SF 6) în întrerupătoarele de circuit de înaltă tensiune ca mediu izolator și de stingere a arcului implică necesitatea menținerii unei presiuni crescute (1,5–2,5 atm.) în PS pentru a asigura nivelul necesar al capacității de comutare și rezistența electrică a spațiului de contact. În procesul de funcționare pe termen lung a întreruptorului, sunt posibile scurgeri de gaz SF6. În acest caz, presiunea în camera arcului scade. În întrerupătoarele cu vid, tehnologiile moderne de fabricare a jgheaburilor cu arc de vid (VAC) au fost aduse la un nivel care garantează vidul necesar pe toată durata de viață a VAC - 25-40 de ani.
Presiunea din telecomandă a întrerupătoarelor SF6 poate scădea și cu fluctuații semnificative ale temperaturii ambientale. În cazul unei scăderi de presiune sub limitele specificate ale valorii critice, care este determinată individual pentru diferite tipuri de telecomandă, există riscul de defectare a decalajului SF6 sau defectarea întreruptorului în momentul comutării. Pentru a preveni astfel de defecțiuni, este necesar să existe în întrerupătorul SF6 controlul presiunii de lucru în camera arcului folosind un manometru și pomparea în timp util a gazului SF6 până la limitele specificate. În plus, atunci când se integrează întrerupătoarele SF6 într-un sistem de substație digitală, costul organizării transmiterii informațiilor despre presiunea SF6 este comparabil cu costul întreruptorului în sine. Întrerupătorul cu vid poate fi acționat în intervalul de temperatură de la +50o până la -60°C, în timp ce senzorul de control al stării de vid nu este necesar să fie instalat în VDC.
De exemplu, există un caz cunoscut de blocare a circuitelor de comandă a 59 întrerupătoare de rezervor SF6 110–500 kV fabricate de un număr de companii europene la o temperatură ambientală de -41 ° C în regiunea Tyumen în 2006 din cauza imperfecțiunilor de proiectare, putere insuficientă, fiabilitate scăzută a dispozitivelor de încălzire a rezervorului și deficiențe ale sistemului, controlul presiunii (densității) gazului SF6. Prin urmare, atunci când alegeți întrerupătoarele pentru regiuni cu un climat rece, ar trebui să se acorde preferință fie întreruptoarele umplute cu un amestec de gaze care nu necesită încălzire, fie sunt necesare următoarele: instalarea de izolare termică suplimentară a rezervoarelor, încălzire suplimentară. a conductelor de gaz de impuls, creșterea puterii încălzitorului. Toate acestea complică și măresc costul de proiectare a întrerupătoarelor SF6 și crește consumul de energie electrică pentru nevoile proprii și, prin urmare, face ca întreruptoarele SF6 să fie ineficiente din punct de vedere energetic. De asemenea, trebuie remarcat faptul că costul relativ ridicat de producție, purificare și eliminare a gazului SF6.
În ciuda siguranței dovedite a întrerupătoarelor SF6 în condiții normale de funcționare, totuși, problemele de mediu apar brusc în timpul reparației și eliminării întreruptoarelor care au expirat. Cert este că unii produși de descompunere ai gazului SF6 sunt foarte toxici și pot dăuna oamenilor și mediului. În tabel. 2 arată gradul de pericol al produselor de descompunere a SF6.
Analizând tabelul. 2, putem concluziona că cea mai periculoasă pentru mediu este pătrunderea în mediu atât a SF6-ului însuși, cât și a produselor de descompunere, care conțin substanțe toxice. Deoarece cerințele de mediu ies acum în prim-plan, legislația Rusiei și a țărilor care participă la Protocolul de la Montreal interzice emisia de substanțe care conțin fluor în atmosferă, printre care SF6. Prin urmare, pentru a asigura siguranța și pentru a îndeplini cerințele moderne de mediu, pentru a îmbunătăți calitatea și cultura de funcționare la introducerea echipamentelor SF6, este necesară dotarea întreprinderilor din complexul rețelei electrice de distribuție cu dispozitive tehnologice moderne de gaze, precum și echipamente pentru curățare. Gazul SF6 și utilizarea produselor sale de descompunere, ceea ce va necesita costuri financiare serioase.
Acordul (Pactul privind Schimbările Climatice), semnat de majoritatea țărilor lumii în orașul japonez Kyoto în 1997, conține o mențiune directă a SF 6 ca gaz potențial periculos cu efect de seră (efect de seră), iar părțile la acord sunt instruiți să se abțină de la utilizarea acestuia. Prin urmare, în multe țări, s-au făcut încercări de a dezvolta VDC de înaltă tensiune care să înlocuiască întreruptoarele de circuit SF6 care sunt utilizate în mod obișnuit astăzi.
Întreruptoarele în vid sunt ideale din punct de vedere al mediului, sunt foarte fiabile, au o durată de viață mai lungă și pot funcționa la temperaturi de până la -60°C.
În clasa de tensiune de 6-35 kV, întreruptoarele în vid au înlocuit de mult pozițiile întreruptoarelor SF6 și au fost operate cu succes de mai bine de 15 ani. În perioada modernizării și construcției noi a aparatelor de comutație interioare 6-10 kV la substațiile FGC UES și IDGC Holding nu sunt luate în considerare deloc alte tipuri de întreruptoare, altele decât cele de vid. Singura excepție este ZRU-6 kV a unor centrale nucleare și centrale termice, unde, din cauza stereotipurilor predominante despre posibilele supratensiuni în timpul funcționării întreruptoarelor în vid, se ia în considerare instalarea întreruptoarelor SF6, și ca un regula, cele importate - Schneider Electric, ABB, Areva.
Dezvoltarea întreruptoarelor în vid de 110-220 kV a fost discutată în mod repetat în rapoartele și materialele Simpozionului Internațional de Descărcări și Izolație Electrică în Vid (ISDEIV - International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum), ceea ce indică, fără îndoială, interesul dezvoltatori și producători de tehnologie de comutare în vid în clase de înaltă tensiune. Pe baza materialelor simpozionului, putem vorbi despre următoarele tendințe în cercetarea și dezvoltarea tehnologiei de comutare în vid pentru clasele de înaltă tensiune:
. reducerea dimensiunilor întreruptoarelor în vid este posibilă prin optimizarea rezistenței electrice a sistemului de contact al VDC și creșterea densității curenților de întrerupt pe unitatea de suprafață de contact;
. pe baza celor mai recente rezultate ale cercetărilor privind rezistența electrică în vid, crearea de proiecte pentru întrerupătoare și VDC pentru clase mari de tensiune (proiectare camere cu o singură rafală pentru tensiuni înalte) și soluții de proiectare pentru camere cu mai multe rafale și multi-camera întrerupătoare de circuit;
. rezolvarea problemei asigurării restabilirii rezistenței electrice în VDC după stingerea arcului. Procesele de eroziune și încălzirea termică a contactelor limitează semnificativ rata și nivelul de restabilire a rezistenței electrice a VDC. Nivelul modern de cunoștințe a făcut posibilă dezvoltarea VDC-urilor pentru tensiuni de până la 145 kV, ceea ce face posibilă crearea întrerupătoarelor în vid cu întrerupere simplă și dublă de 110 kV și întreruptoare în vid cu întrerupere dublă 220 kV;
. Lucrările continuă la optimizarea materialelor de contact și a designului VDC.
CAMERA DE ARC VID
Istoria dezvoltării VDC pentru clasele de înaltă tensiune există de mulți ani în lume. Țări precum Rusia, Germania, Franța, Marea Britanie, SUA, China desfășoară activ cercetări privind crearea întreruptoarelor în vid pentru tensiuni înalte și curenți întrerupti mari. Siemens a dezvoltat întreruptoare cu generatoare de vid cu curenți nominali de rupere de până la 80 kA. Problema trecerii curenților nominali mari în aceste dispozitive este rezolvată prin conectarea în paralel a mai multor jgheaburi cu arc de vid în fiecare pol.
Cele mai semnificative rezultate au fost obținute în Japonia, ceea ce este asociat cu consumul de energie în creștere din această țară, precum și cu aspecte de securitate națională. Drept urmare, cele mai recente realizări: pe piața internă a Japoniei a apărut un VDC pentru o tensiune de 126 kV, 145 kV (Fig. 1, lungime 700 mm, diametru 200 mm, contacte Cu-Cr, cu un câmp magnetic axial ) și chiar un dublu VDC din porțelan pentru o tensiune de 168 kV .
De câțiva ani, sistemele de alimentare japoneze funcționează cu succes întreruptoare de vid cu întrerupere dublă și simplă bazate pe VDC pentru o tensiune de 126–168 kV, pentru curenți nominali de până la 2000 A și un curent nominal de rupere de până la 40 kA. Pe fig. 2, 3 exemple de astfel de întrerupătoare de circuit în vid sunt prezentate.
În prezent, în Japonia, una dintre direcțiile principale a devenit utilizarea VDC nu numai în domeniul de tensiune medie, ci și în aparatele de comutație de înaltă tensiune ale substațiilor, datorită proprietăților unice ale VDC-urilor cum ar fi capacitatea mare de rupere, durabilitate, siguranță. si economie.
De asemenea, în Japonia, există tendința de a combina VDC de mare viteză cu tehnologia de supraconductivitate. Se efectuează cercetări active cu privire la problema utilizării materialelor supraconductoare în proiectele VDC. S-a dovedit că o astfel de inovație ar fi potrivită pentru dispozitivele de limitare a curentului din sistemele mari de putere. Se efectuează o serie de studii de laborator pentru a stabili principiile de funcționare a unor astfel de dispozitive în care limitatorul de curent ar fi conectat la un element cu supraconductivitate la temperatură ridicată în paralel cu circuitul unei surse puternice de energie. Când elementul supraconductor începe să stingă curentul din cauza supraîncărcării, VDC deschide ușor circuitul și direcționează tot curentul către limitatorul de curent, ceea ce duce la siguranța materialului supraconductor și la reducerea dimensiunii acestuia.
Rusia, în ceea ce privește dezvoltarea și implementarea întreruptoarelor în vid pentru o tensiune de 110-220 kV, ține pasul cu omologii săi japonezi și este semnificativ înaintea oamenilor de știință și inginerilor europeni. În 2008, FSUE VEI (Moscova) a testat cu succes prototipuri ale tipurilor VDK rusești KDV-60-31.5 / 2000 și KDV-126-40 / 3150, proiectate pentru o tensiune de 60 și respectiv 126 kV AC cu o frecvență de 50 Hz proiectate pentru completarea intreruptoarelor de vacuum dublu si simplu 110-220 kV.
Camera KDVA-60-31.5/2000 este prezentată în fig. 4., nominal pentru tensiune nominală de 60 kV, 50 Hz și proiectat pentru întrerupător de circuit de vid cu întrerupere dublă de 110 kV (tensiune maximă de funcționare 126 kV), curent nominal de rupere 31,5 kA, curent nominal 2000 A.
Camera de generație următoare - KDV-126-40/3150, prezentată în fig. 5 este destinat să fie utilizat pentru a completa un întrerupător de circuit în vid cu o singură întrerupere pentru o tensiune de 110 kV, 50 Hz, un curent nominal de 3150 A și un curent nominal de rupere de 40 kA. În plus, în viitor, pe baza acestuia, poate fi creat un întrerupător de circuit cu vid dublu pentru o tensiune de 220 kV.
Primul întrerupător de circuit în vid rusesc de 110 kV a început să fie dezvoltat în 2007 la Saratov la NPP Kontakt OJSC. Cerințele tehnice pentru dispozitivul de comutare au fost convenite cu FGC UES. În 2009, compania a fabricat un prototip de întrerupător de circuit în vid cu două explozii, bazat pe camere KDVA-60-31.5/2000 cu o antrenare cu arc magnetic (Fig. 6).
În același an, au început testarea la scară largă a întreruptorului în laboratoarele centralei în sine, FSUE VEI și Centrul de Cercetare VVA. În paralel, a avut loc un dialog cu specialiștii în exploatare, au apărut recomandări, s-au făcut modificări la proiectarea întreruptorului.
În 2010, pe baza rezultatelor pozitive ale testelor, a fost obținut un certificat pentru primul întrerupător de circuit în vid rusesc de 110 kV și a început producția în serie a VBP-110 kV.
O perioadă scurtă de timp petrecută de JSC NPP Kontakt pentru dezvoltarea și producerea VBP-110 kV se explică prin utilizarea în proiectarea întreruptorului de circuit a soluțiilor și ansamblurilor tehnice produse în serie pentru întrerupătoarele în vid ale VBPS-35 kV. serie. Acestea includ o acționare magnetică cu arc (pentru VBP-110 kV, acționarea a fost întărită, setările au fost modificate), poli de comutator, unități mecanice de tije și arbori. Parametrii întreruptorului VBP-110 sunt prezentați în tabel. 3.
Până la sfârșitul anului 2010, în acord cu IDGC Holding, primul serial VBP-110 kV va fi instalat la substațiile filialelor IDGC Holding - IDGC din Regiunea Centru și Volga, Nord-Vest, Siberia, Volga, Caucazul de Nord.
În 2009-2010 Pe baza camerei KDV-126-40/3150, a fost dezvoltat un întrerupător de circuit în vid cu o singură întrerupere pentru o tensiune de 110 kV, 50 Hz, un curent nominal de 3150 A și un curent nominal de rupere de 40 kA. Comutatorul are un aspect clasic pentru comutatoarele de coloană. Aspectul întreruptorului VBP-110III-40/3150 UHL1 este prezentat în fig. 7. Producția în serie a unui astfel de întrerupător este planificată să înceapă încă din 2011. La fel ca și în cazul întreruptorului cu dublă întrerupere, VBP-110III-40/3150 UHL1 presupune utilizarea în condiții de funcționare dezvoltate și testate anterior (pe 35 kV). întreruptoare de clasă și pe primul VBP-110 kV ) noduri și soluții de proiectare.
Avantajele întrerupătoarelor VBP-110III-31, 5/2000 și 40/3150 UHL1 sunt:
. Siguranța mediului;
. posibilitatea de pornire și oprire manuală;
. resursă mare de comutare și mecanică;
. funcționare stabilă în condiții climatice dificile;
. mecanism de declanșare liberă a unității, care permite oprirea întreruptorului în orice moment, indiferent de poziția mecanismului;
. securitatea la incendiu și explozie;
. dimensiuni si greutate reduse.
Pentru complexul de rețea electrică de distribuție din Rusia, atunci când alegeți întrerupătoarele SF6 sau în vid, costurile de reparație și întreținere pentru întreaga perioadă standard de funcționare pot fi de o importanță decisivă. Calculele efectuate au arătat că costurile de reparație și întreținere ale întrerupătoarelor SF6 sunt mult mai mari (de până la 100–300 de ori) decât cele ale întrerupătoarelor în vid.
Evoluțiile unice ale oamenilor de știință și inginerilor ruși ai întrerupătoarelor de circuit cu dublă rupere și cu o singură întrerupere vor permite nu numai să creeze o alternativă reală la întreruptoarele de circuit SF6, ci și să fie baza pentru programul de înlocuire a întrerupătoarelor și separatorului de ulei. perechi de scurtcircuit (OD-SC) de 110 kV, iar în viitor 220 kV. În plus, utilizarea unor tipuri inovatoare de întrerupătoare de circuit în vid de înaltă tensiune va permite dezvoltarea și îmbunătățirea aparaturii de comutare de 110–220 kV pentru a crea noi soluții de circuite modulare bloc care oferă:
. siguranța ecologică a echipamentelor;
. grad ridicat de fiabilitate și siguranță în funcționare;
. creșterea nivelului de pregătire a fabricii și consolidarea blocării livrării;
. reducerea maximă a indicatorilor de greutate și dimensiune;
. reducerea costurilor de operare și asigurarea ușurinței întreținerii și reparațiilor;
. dezvoltarea de substații digitale controlate de la distanță nesupravegheate;
. realizarea de tablouri închise KRU și ZRU-110 kV cu aer și izolație combinată, fără utilizarea gazului SF6.
Utilizarea întrerupătoarelor cu vid de 110-220 kV este deosebit de importantă atunci când se utilizează transformatoare de curent și tensiune nesupravegheate, fără ulei și fără SF6 într-o substație completă. Astfel de transformatoare - cu senzori optici - sunt utilizate pe scară largă în America de Nord și Canada, unde problema siguranței de mediu a echipamentelor este pe primul loc. Transformatoarele optice de curent și tensiune sunt ușor de integrat în sistemele substațiilor digitale, cum ar fi au iesiri digitale.
În următoarele articole, vom lua în considerare ideologia construirii stațiilor bloc moderne de 110 și 220 kV folosind cele mai moderne dispozitive electrice și soluții de proiectare, inclusiv întrerupătoarele cu vid de 110–220 kV descrise în acest articol și transformatoare optice de curent și tensiune.
2
DISRUPTOR DE VID 110 kV seria VRS-110
Întreruptoarele cu vid au ocupat în mod tradițional o nișă de până la 40 kV în ceea ce privește clasa de tensiune de rețea. În acest caz, în aproape toate cazurile s-au folosit dispozitive de stingere a arcului unic discontinuu.
Pentru a crea întrerupătoare în vid pentru tensiuni mai mari, de exemplu, pentru o tensiune de rețea de 110 kV, au fost utilizate dispozitive de stingere a arcului, constând din mai multe camere cu o singură explozie (întrerupătoare de la Fuji, ELVEST și altele), care au complicat foarte mult proiectarea întrerupător de circuit.
Datorită introducerii progreselor tehnologice moderne, a devenit posibilă crearea unei jgheaburi cu arc de vid cu o singură explozie pentru o tensiune nominală de 110 kV și dezvoltarea unui întrerupător de circuit în vid adecvat.
Un astfel de întrerupător de tip VRS-110 este proiectat și fabricat de High-Voltage Union Concern. Întrerupătorul a trecut întregul ciclu de încercări de tip și este planificat pentru instalarea în stații cu o clasă de tensiune de 110 kV.
Una dintre principalele sarcini tehnice asociate cu utilizarea întrerupătoarelor de circuit în vid este determinarea nivelurilor de supratensiuni de comutare și elaborarea unor măsuri eficiente și practicabile pentru limitarea acestora.
Scopul acestei prezentări este:
determinarea prin calcul a nivelurilor de supratensiuni de comutare în timpul comutării de către un întrerupător în vid de 110 kV fabricat de ZAO High-Voltage Union;
elaborarea de recomandări pentru limitarea supratensiunilor rezultate din
comutarea întrerupătoarelor în vid ale motoarelor și transformatoarelor electrice de înaltă tensiune
şanţ.
demonstrație a întreruptorului cu vid VRS-110 însuși cu o antrenare cu arc
Ca instrument software pentru analiza numerică a proceselor tranzitorii, a fost utilizat programul TRIADA dezvoltat la Departamentul de Centrale și Rețele Energetice al Universității Tehnice de Stat din Sankt Petersburg.
1. SCHEMA DE SUBSTITUȚIE CALCULATĂ ȘI PARAMETRII SĂI.
Pentru calculele supratensiunilor în timpul comutării transformatoarelor s-au folosit schemele de circuit electric ale stațiilor de 110 kV prezentate de Client,
Orez. 1. Circuit echivalent estimat când motorul electric este oprit. În circuitul echivalent din fig. 1 include următoarele elemente:
Pentru a calcula supratensiunile atunci când transformatoarele sunt oprite de întrerupătoarele în vid, s-a realizat un circuit echivalent, prezentat sub formă de linie unică în fig. unu.
Ec - tensiunea de rețea;
Lc - inductanța rețelei echivalentă;
Cc și Rc - capacitatea echivalentă și rezistența de amortizare a rețelei pe magistrale
secțiuni;
B - comutator vacuum;
L t, Ct și R t - inductanța echivalentă, capacitatea și rezistența la pierderi trans
formatator;
Inductanța echivalentă a rețelei Lc este determinată de valorile curenților de scurtcircuit (Is.c.) pe magistralele de secțiune.
Lc=-
k.z.
Conform datelor Clientului, valorile curenților de scurtcircuit pe barele de distribuție ale substațiilor au fost
Tabelul 1.
|
Substație |
Curent de scurtcircuit trifazat, kA |
|
Sud |
7,1 |
|
estic |
11,0 |
|
R-29 |
23,0 |
Capacitatea echivalentă a rețelei Сс a fost determinată de valorile capacităților care pleacă de la substațiile liniei aeriene de 110 kV.
În același timp, s-a luat în considerare faptul că la substațiile Yuzhnaya și Vostochnaya, jumperii de reparații sunt porniți în modul normal, iar lungimile duble ale liniilor de ieșire cu dublu circuit participă la formarea Сс. La stația R-29, transformatoarele T1 și T2 sunt conectate la secțiunile 1 și, respectiv, 2. De asemenea, două linii de ieșire cu un singur circuit sunt conectate la secțiunile 1 și 2 în modul normal.
Astfel, lungimile totale ale liniilor aeriene de ieșire conform Clientului (Anexa 2) s-au ridicat la
Masa 2.
Valoarea capacității liniare V L 110 kV a fost aleasă ținând cont de următoarele.
Pentru calculele de supratensiune, se obișnuiește să se utilizeze valoarea echivalentă a capacității liniare, care poate fi estimată din valoarea curentului de încărcare (putere de încărcare). Pentru VL 110 kV cu o secțiune transversală a firului de la 70 la 240 mm2, conform datelor de referință, valorile curentului de încărcare sunt la 18 - 20 A / 100 km de linie. Dacă luăm pentru certitudine valoarea medie de 19 A/100 km, atunci aceasta va corespunde cu valoarea capacității liniare de 9,5 nF/km.
Capacitatea condensatorului de cuplare 6,4 nF a fost adăugată capacității rețelei dacă aceasta a fost conectată la linia aeriană.
Astfel, lungimile totale ale liniilor aeriene de ieșire conform datelor Clientului (Anexa 2) și valorile Сс s-au ridicat la
Masa 2.
|
Substație |
Lungimea totală a liniilor aeriene de ieșire, km |
Capacitatea rețelei echivalente Сс, nF |
|
Sud |
24,22 |
236,5 |
|
estic |
19,03 |
187,2 |
|
Р-29 1 secțiunea 2 secțiunea |
19,42 13,37 |
190,9 139,8 |
Trebuie remarcat faptul că valoarea Cc este o estimare și, în anumite limite, nu afectează semnificativ valorile de supratensiune calculate, care vor fi afișate mai jos în cursul calculelor.
Rezistența de amortizare echivalentă a rețelei Rс este prevăzută pentru a lua în considerare atenuarea oscilațiilor libere pe barele de secțiune.
Pentru calculele supratensiunilor de comutare în timpul deconectării transformatorului, s-au ales următoarele moduri cu natura inductivă a curentului deconectat:
modul inactiv Iхх;
modul de sarcină inductivă cu curent de 0,1 in
modul de sarcină inductivă cu un curent de 0,3 in
mod de scurtcircuit simetric pe partea JT, Ish.c..
Valoarea capacității St, paralelă cu înfășurarea HV a transformatorului, este egală cu capacitatea barei colectoare plus capacitatea de intrare.
Capacitatea barei colectoare a fost determinată prin înmulțirea lungimii barei colectoare de la întrerupător la clemele transformatorului cu capacitatea barei colectoare pe unitate de lungime, luată egală cu 8 pF/m cu . Capacitatele intrărilor de 110 kV sunt luate egale cu 400pF. În acest fel:
pentru substația Southern and Eastern St = 15 m x 8 pF/m +400 pF = 520 pF
pentru PS R-29 - St \u003d 20 m x 8 pF / m + 400 pF \u003d 560 pF. Valoarea lui Rt a fost determinată de valoarea pierderilor în gol. Caracteristicile transformatoarelor utilizate în calcule sunt date în Tabelul 3.
Tabelul 3
|
Substație |
Disp. numele tr-ra |
Tipul transportorului |
Unom. (HV), kV |
Inom. (VN), |
Iх.х., |
Pх.х., kW |
Regatul Unit, % |
|
Sud |
T1 |
TRDN- |
115 |
85 |
0,42 |
114,3 |
10,77 |
|
Sud |
T2 |
TRDN- |
115 |
85 |
0,44 |
115,27 |
9,59 |
|
estic |
T1 |
TDN- |
115 |
74,5 |
0,97 |
65 |
11,10 |
|
estic |
T2 |
TDN- |
115 |
80,3 |
0,46 |
22,68 |
11,15 |
|
estic |
T * |
TRDN- 25000/110/77-U1 |
115 |
125,5 |
0,75 |
31,5 |
10,95 |
|
R-29 |
T1 (T2) |
TDN- |
115 |
80,3 |
0,85 |
21,0 |
10,5 |
*) - se preconizează înlocuirea transformatoarelor T1 și T2.
Deoarece în această etapă a dezvoltării întreruptorului nu există date experimentale prin care să fie posibilă estimarea ratei de creștere și a valorii finale a rezistenței electrice a decalajului de intercontact, acești parametri ai modelului matematic al VRS -110 întreruptoare în vid au fost selectate pentru calcule pe baza următoarelor:
valoarea finală a rezistenței electrice (Umax.) a fost luată egală cu testul
tensiune de impuls fulger 450 kV pentru echipamente fără nivel crescut
izolație conform GOST 1516.-96, tab. G6. Această valoare Umax. a fost acceptat ca mi
minim;
timpul minim de deplasare a contactelor jgheabului arc din momentul respectiv
deschiderea înainte de a ajunge în poziția finală este de 16,7 ms. Pentru a obține o marjă în calcule s-a luat acest timp egal cu 20 ms;
se presupune că curentul de întrerupere al camerei de vid este de 5 A.
În conformitate cu „Orientările pentru utilizarea limitatoarelor în rețelele electrice 110 - 750 kV”, alegerea descărcătoarelor de supratensiune în rețelele de 110 kV se face conform următorilor indicatori și condiții:
După cea mai mare tensiune de operare.
Conform GOST 1516.3-96, tensiunea maximă de funcționare a rețelei de 110 kV nu trebuie să depășească 126 kV.
În acest caz, tensiunea maximă de funcționare a descărcătorului de supratensiune trebuie să fie de cel puțin Un.r. \u003d (126 / √3) ∙ 1,05 \u003d 76,4 kV.
Deoarece consumatorii cu o sarcină care conține armonici mai mari, de exemplu, substații de tracțiune, nu sunt conectați la magistralele de 110 kV ale stațiilor aflate în considerare, nu este necesară luarea în considerare suplimentară a efectului armonicilor superioare.
În cele ce urmează, pentru certitudine, vom lua Un.r. = 77 kV, ca una dintre cele mai apropiate valori pentru descărcătoarele de supratensiune produse.
După condiţiile de muncă în regim cvasi-staţionar.
Ca caz tipic de proiectare a unui mod cvasi-staționar pentru punctul considerat al rețelei de 110 kV, se obișnuiește să se ia în considerare un scurtcircuit monofazat la pământ, în care tensiunile pe fazele „sănătoase” cresc.
Deoarece în modul normal, neutrele transformatoarelor sunt împământate solid, nu este de așteptat o creștere semnificativă a tensiunii pe fazele sănătoase în cazul unei defecțiuni monofazate la pământ. Pentru a obține o marjă, se poate adopta un factor de creștere a tensiunii de 1,4, atunci cea mai mare valoare așteptată a supratensiunii cvasi-staționare va fi Uk.p. \u003d 1,4- (126 / l / 3) \u003d 102 kV.
OPNp-110/550/77-IV-UHL1 fabricat de CJSC „Polymer-Apparat”, planificat pentru instalare, este considerat o versiune preliminară a descărcătorului.
După caracteristica tensiune-timp prezentată de producător, corespunzătoare cazului de încărcare maximă a descărcător, fig. 2, iar conform raportului Uk.p./Un.r. = 102/77 = 1,32 determinăm că în acest caz descărcătorul va rezista la supratensiuni în regim cvasi-staționar timp de aproximativ 1 secundă, ceea ce poate fi insuficient dacă presupunem că timpul maxim de funcționare a protecției este de 4 s.
Daca mariti Un.r. până la 84 kV, apoi după raportul Uk.p./Un.r. = 102/84 = 1,21, se poate determina că în modul cvasi-staționar, descărcătorul va rezista aproximativ 100 s.
După intensitatea energetică.
Cea mai mare lungime totală a liniilor aeriene de ieșire corespunde stației R-29 și este de 25,72 km. Nu există alte obiecte cu o capacitate mare.
Energia (Wopn) absorbită de descărcătorul de supratensiune la limitarea supratensiunilor de comutare provenite de la liniile aeriene de 110 kV poate fi estimată prin formula
Svl - capacitatea liniei aeriene, Svl = 0,0058 (uF / km) -25,79 km = 0,149 uF,
Ukp max. - cea mai mare tensiune nominală de comutare, luată egală cu 110 kV rețea 3Uf.,
Oprește-te - cea mai mică valoare a tensiunii rămase pe descărcător la limitarea supratensiunilor de comutare, luată egală cu 182 kV.
Pentru liniile aeriene considerate, valoarea Wopn = 5,8 kJ sau 0,061 kJ/kV a celei mai mari tensiuni de operare a descărcătorului de supratensiune care se preconizează a fi instalat. Valoarea corespunzătoare a energiei specifice absorbite a descărcătorul de supratensiune propus pentru instalare este de 3,1 kJ/kV max, slave. Voltaj.
În funcție de nivelul de limitare a supratensiunii.
Tensiunea rămasă a descărcătorului la un curent de descărcare de 8/20 ms cu o amplitudine de 10 kA este de 244 kV, care este mai mică decât tensiunea de testare a impulsului de fulger de 450 kV pentru un transformator de putere de 110 kV.
Valoarea unei tensiuni de testare de un minut a frecvenței industriale a izolației față de pământul înfășurărilor de 110 kV ale transformatoarelor de putere este de 200 kV, ceea ce corespunde la 200∙√2∙1,15 = 325 kV a impulsului de comutare.
Nivelurile de limitare a supratensiunii ale OPNp-110/550/84-IV-UHL1 considerat sunt în intervalul de impuls de comutare 185 - 201 kV, adică mult mai mici decât tensiunile de testare corespunzătoare ale izolației echipamentului protejat.
În funcție de mărimea curentului de siguranță la explozie.
Valoarea curentului antideflagrant trebuie să fie mai mare decât cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit într-un punct dat al rețelei.
Cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit, egală cu 23 kA,. are loc la stația R-29, care este semnificativ mai mică decât valoarea curentului de siguranță la explozie, OPNp-110/550/84-IV-UHL1, egal cu 40 kA.
Concluzie privind alegerea descărcătorului de supratensiune 110 kV.
Pentru a proteja transformatoarele de putere de 110 kV de fulgere și supratensiuni de comutare la substațiile Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29, se poate folosi OPNp-110/550/84-IV-UHL1 fabricat de CJSC „Polymer-Apparat”.
Performanța descărcătorului de supratensiune în ceea ce privește gradul de poluare și condițiile climatice de funcționare pot fi specificate în proiect.
Este posibil să se utilizeze descărcătoare de la alți producători care au caracteristici care nu sunt inferioare celor ale descărcătorului selectat.
2. REZULTATELE CALCULELOR ŞI ANALIZA LOR.
În calcule s-a presupus că atunci când curenții inductivi sunt opriți în intervalul de la 0,1 In până la Ik.c. deschiderea contactelor comutatorului are loc atunci când curentul se apropie de zero. În acest caz, după cum arată experiența de calcul și datele experimentale, ar trebui să se aștepte cele mai mari supratensiuni din cauza defecțiunilor repetate între contacte.
În calculele când curenții fără sarcină sunt opriți, s-a presupus că curentul s-ar putea întrerupe în orice moment al semi-undei din cauza instabilității arcului în intervalul de la zero la curentul de întrerupere maxim. În acest caz, momentul deschiderii contactului din calcule corespundea începutului semiundei curente.
După cum au arătat calculele, atunci când curenții inductivi ai transformatoarelor sunt opriți, pot avea loc defecțiuni repetate între contactele comutatorului în toate modurile luate în considerare.
Cele mai mari supratensiuni în absența descărcătoarelor de supratensiune apar atunci când curenții inductivi (0,1 - 0,3) In sunt opriți și sunt între (206 - 234) kV sau (2,0 - 2,3) Uf.
În ceea ce privește magnitudinea, astfel de supratensiuni nu reprezintă un pericol pentru izolarea transformatoarelor, deoarece nu depășesc nivelurile de tensiune de testare nici ale unui impuls de fulger (550 kV), nici ale amplitudinii frecvenței de putere (200x√2 = 283 kV). Totuși, ținând cont de faptul că aceste supratensiuni sunt însoțite de numeroase căderi (tăieri) de înaltă frecvență, care afectează negativ izolarea întorsăturii înfășurărilor, este indicat să se ia măsuri pentru limitarea acestor supratensiuni.
După cum au arătat calculele, la instalarea unui descărcător, mărimea supratensiunilor la deconectarea curenților inductivi (0,1 - 0,3) In se reduce la (137 - 157) kV sau (1,3 - 1,5) Uf, ceea ce, în consecință, reduce și efectele periculoase. izolarea la tură a înfășurărilor.
Pentru a determina efectul valorii capacității echivalente a rețelei Сс asupra nivelurilor de supratensiuni în timpul funcționării întreruptorului în vid, au fost efectuate calcule comparative, ale căror rezultate sunt reflectate în Anexa 4. nF"). sau în sus (linia „Sud, Cc crescut, Cc = 340 nF”) nu are un efect vizibil asupra tensiunilor maxime calculate.
Calculele mai arată că înlocuirea transformatoarelor existente la stația Vostochnaya cu transformatoare de 25.000 kVA nu are un impact semnificativ asupra nivelurilor de supratensiune calculate (vezi Anexa 4, linia „Vostochnaya”, T* planificată pentru înlocuire) și nu reprezintă un obstacol. la instalarea unui întrerupător în vid VRS -110.
3.1. Când întrerupătoarele de circuit în vid de tip VRS-110 fabricate de High-Voltage Union Concern întrerup curenții inductivi ai transformatoarelor de 110 kV la substațiile PO kV Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29 ale IDGC din South JSC, supratensiunile cu o amplitudine de apar până la 2,3 Uph.
3.2. Pentru a limita supratensiunile la deconectarea transformatoarelor de 110 kV cu întrerupătoarele în vid VRS-110 la substațiile PO Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29, se recomandă instalarea unui descărcător de tip OPNp-110/550/84-IV-UHL1 fabricat de CJSC. „Polymer-Apparat” sau descărcătoare ale altor producători cu caracteristici similare
Întreruptoarele de circuit în vid de 110 kV sunt astăzi echipamente de înaltă tehnologie. Acestea sunt lipsite de astfel de dezavantaje, cum ar fi pericolul de incendiu și intensitatea muncii în timpul funcționării, ceea ce este tipic pentru întrerupătoarele cu ulei și aer, iar în viitor nu vor exista probleme legate de necesitatea de a utiliza gaz SF6, care este tipic pentru întreruptoarele de circuit SF6. .
Principalele mărci și producători de întrerupătoare de circuit în vid de 110 kV și mai sus
Există două companii pe piața rusă care produc întrerupătoare de circuit în vid pentru clasa de tensiune de 110 kV:
- NTEAZ Electric LLC, parte a uniunii de înaltă tensiune. Compania produce întreruptoare în vid pentru clasa de tensiune de tip 110 kV (VRS-110 kV cu o întrerupere pe fază).
- JSC NPP Contact, Saratov. Compania produce întreruptoare în vid pentru clasele de tensiune de 110 kV (tip VBP-110) și 220 kV (tip VBP-220)
Principalele avantaje și dezavantaje ale întrerupătoarelor cu vid de 110 kV și mai sus
Principalele avantaje ale întrerupătoarelor cu vid de 110 kV:
- durată mare de comutare - 10.000 de cicluri C/O (de 2 ori mai mult decât în SF6)
- costuri de operare reduse (nu necesită realimentare cu gaz)
- posibilitatea de funcționare într-un interval larg de temperatură de la -60 (fără încălzire suplimentară) la +50 ° С
- sunt echipamente prietenoase cu mediul (nu există scurgeri de gaz SF6, aer sau lichide tehnice în mediu)
- nu necesită costuri suplimentare pentru eliminarea petrolului sau a gazului SF6
- pregătire ridicată din fabrică (nu necesită reumplere cu lichide și gaze tehnice în timpul instalării), ceea ce reduce timpul de instalare a acestora (dura 6-8 ore)
Dezavantajele tehnologiei întreruptoarelor cu vid pot fi considerate utilizarea lor limitată pe clase de tensiune (până la 220 kV). Acest lucru se datorează dificultății de a crea întreruptoare cu dimensiuni reduse (este dificil de optimizat dimensiunile jgheaburilor de arc de vid, VDC), dificultății de a asigura restabilirea rezistenței electrice în VAC după stingerea arcului. Procesele de eroziune și încălzirea termică a contactelor limitează semnificativ rata și nivelul de recuperare a rezistenței electrice a VDC.
Producția de întrerupătoare de circuit în vid se realizează la Uzina de aparate electrice Nijneturinsk în condiții controlate stabilite de un sistem de management al calității care funcționează în conformitate cu cerințele ISO 9001:2008. Fabrica are propriul laborator dotat cu bancuri de testare automatizate si instrumente moderne de masura multifunctionale. Fiecare dispozitiv este verificat și testat cu atenție înainte de a fi trimis clientului.
Avantajele întrerupătoarelor cu vid:
- Rezistență mecanică ridicată;
- Durată mare de comutare la curent nominal și curent de întrerupere;
- Pornire și oprire fiabilă și stabilă cu parametri normalizați;
- Posibilitatea de oprire manuală operațională în absența alimentării operaționale;
- Materialul și designul stâlpului împiedică acumularea de praf pe suprafața acestuia;
- Nu necesita ajustari pe toata perioada de functionare.
Producătorul întreruptorului în vid garantează funcționarea întreruptorului pe toată perioada de funcționare și respectarea tuturor parametrilor tehnici menționați în instrucțiunile de utilizare și certificatele de conformitate.
Producătorul de întrerupătoare în vid oferă service, consultanță și suport tehnic pe toată perioada de funcționare.
Întrerupător în vid: stâlpi și camere, antrenare
Întreruptoarele de circuit cu vid de interior folosesc stâlpi turnați cu epoxi. Întrerupătoarele de exterior au stâlpi solidi în izolație organosilicioasă. Stâlpii sunt echipați cu camere de vid de ultimă generație, care sunt special concepute și potrivite optim pentru utilizarea în stâlpi turnați.
Contactele camerelor de vid sunt realizate din aliaje speciale. Arderea arcului care apare atunci când contactele sunt separate la oprirea sarcinii este susținută de vapori de metal datorită evaporării materialului electrodului. Arcul electric este stins ușor în timpul tranziției naturale a curentului prin zero, prin urmare, posibilitatea de supratensiune în timpul comutării majorității tipurilor de sarcini este exclusă.
Întreruptoarele de circuit în vid utilizează o unitate electromagnetică universală. Magneți permanenți puternici sunt utilizați pentru a ține comutatorul în poziția pornit sau oprit. Fixarea are loc datorită utilizării principiului „zăvorului magnetic”, și anume, închiderea sau oprirea circuitului magnetic de către o armătură, care este conectată mecanic la contactele mobile ale camerelor de vid.
Pentru a controla unitatea, se folosește o unitate de control electronică, care este echipată cu un întrerupător de circuit de înaltă tensiune în vid. Unitatea de control poate fi încorporată în corpul întreruptorului sau realizată într-o versiune la distanță. Oprirea are loc din cauza energiei condensatoarelor preîncărcate.
Întreruptoarele de circuit folosesc și antrenări cu arc, care, pe lângă închiderea/deschiderea nominală a întreruptorului, oferă posibilitatea de închidere și deschidere manuală.
| Parametrii | BP1, BP2, BP3 | VR27NS | VR35NT | VRS-110 |
|---|---|---|---|---|
| Tensiune nominală, kV | 10 | 27,5 | 35 | 110 |
| Tensiune maximă de funcționare, kV | 12 | 30,5 | 40,5 | 126 |
| Curentul nominal, A | 630-3 150 | 1 600; 2 000 | 1 600 | 2 500; 3 150 |
| Curent nominal de rupere, kA | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Curent de rezistență termică, kA (3 s) | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
| Curentul de rezistență electrodinamică, kA | 52-102 | 64 | 64 | 81; 102 |
| Timp total de oprire, ms, nu mai mult | 57-70 | 70 | 80 | 47 |
| Timp propriu de pornire, ms, nu mai mult | 90-120 | 100 | 80 | 80 |
| Timp de închidere propriu, ms, nu mai mult | 35-55 | 30-55 | 60 | 32 |
| Resursă mecanică, cicluri VO | 30 000-100 000 | 30 000 | 25 000 | 10 000 |
| Resursă de comutare la curenți nominali, cicluri VO | 30 000-50 000 | 30 000 | 20 000 | 10 000 |
| Resursă de comutare la curenți nominali de rupere, cicluri VO | 40-100 | 30 | 30 | 25 |
| Greutate, kg | 65-285 | 270 | 640 | 1 645 |
Aici puteți vizualiza catalogul complet al întrerupătoarelor cu vid, precum și să alegeți produsele care se potrivesc cel mai bine nevoilor dumneavoastră curente.
Pentru a afla care este prețul întrerupătoarelor cu vid în Ekaterinburg, Moscova, Novosibirsk sau alte orașe, puteți
Trimiteți o cerere
Întrerupătoare în vid 6(10) kV
Întrerupătoare în vid din seriile VR și VRS pentru funcționarea în rețele cu o tensiune nominală de 10 kV. Curenți de scurtcircuit 20; 31,5; 40 kA. Curent nominal de funcționare 630 - 4000 A.
Întrerupător în vid seria VRS-110
DISRUPTOR DE VID 110 kV seria VRS-110
Întreruptoarele cu vid au ocupat în mod tradițional o nișă de până la 40 kV în ceea ce privește clasa de tensiune de rețea. În acest caz, în aproape toate cazurile s-au folosit dispozitive de stingere a arcului unic discontinuu.
Pentru a crea întrerupătoare în vid pentru tensiuni mai mari, de exemplu, pentru o tensiune de rețea de 110 kV, au fost utilizate dispozitive de stingere a arcului, constând din mai multe camere cu o singură explozie (întrerupătoare de la Fuji, ELVEST și altele), care au complicat foarte mult proiectarea întrerupător de circuit.
Datorită introducerii progreselor tehnologice moderne, a devenit posibilă crearea unei jgheaburi cu arc de vid cu o singură explozie pentru o tensiune nominală de 110 kV și dezvoltarea unui întrerupător de circuit în vid adecvat.
Un astfel de întrerupător de tip VRS-110 este proiectat și fabricat de High-Voltage Union Concern. Întrerupătorul a trecut întregul ciclu de încercări de tip și este planificat pentru instalarea în stații cu o clasă de tensiune de 110 kV.
Una dintre principalele sarcini tehnice asociate cu utilizarea întrerupătoarelor de circuit în vid este determinarea nivelurilor de supratensiuni de comutare și elaborarea unor măsuri eficiente și practicabile pentru limitarea acestora.
Scopul acestei prezentări este:
Determinarea prin calcul a nivelurilor supratensiunilor de comutare în timpul comutării de către un întrerupător în vid de 110 kV fabricat de ZAO High-Voltage Union;
Demonstrație a întreruptorului cu vid VRS-110 în sine cu o antrenare cu arc
Informațiile pentru calcularea supratensiunilor în timpul comutării cu întrerupătoarele în vid ale transformatoarelor de putere de tip VRS-110 la substații de 110 kV, cum ar fi Stația Vostochnaya, Substația Yuzhnaya și Substația R-29 au fost furnizate de IDGC al South JSC, acestea sunt obiecte în care se lucrează în prezent. în curs de instalare întreruptoare în vid la 110 kV.
Ca instrument software pentru analiza numerică a proceselor tranzitorii, a fost utilizat programul TRIADA dezvoltat la Departamentul de Centrale și Rețele Energetice al Universității Tehnice de Stat din Sankt Petersburg.
1. SCHEMA DE SUBSTITUȚIE CALCULATĂ ȘI PARAMETRII SĂI.
Pentru calculele supratensiunilor în timpul comutării transformatoarelor s-au folosit schemele de circuit electric ale stațiilor de 110 kV prezentate de Client,
Pentru a calcula supratensiunile atunci când transformatoarele sunt oprite de întrerupătoarele în vid, s-a realizat un circuit echivalent, prezentat sub formă de linie unică în fig. unu.
Ec - tensiunea de rețea;
Lc - inductanța rețelei echivalentă;
Cc și Rc - capacitatea echivalentă și rezistența de amortizare a rețelei pe magistrale
secțiuni;
B - comutator vacuum;
Lt, Ct și Rt - inductanța echivalentă, capacitatea și rezistența la pierderi trans
formatator;
Elementele circuitului echivalent din fig. 1 au fost determinate după cum urmează. Tensiunea rețelei Eс a fost presupusă a fi de 127 kV.
Inductanța echivalentă a rețelei Lc este determinată de valorile curenților de scurtcircuit (Ik. z.) pe magistralele de secțiune.
Conform datelor Clientului, valorile curenților de scurtcircuit pe barele de distribuție ale substațiilor au fost
Tabelul 1.
Substație | Curent de scurtcircuit trifazat, kA |
estic | |
Capacitatea echivalentă a rețelei Сс a fost determinată de valorile capacităților care pleacă de la substațiile liniei aeriene de 110 kV.
În același timp, s-a luat în considerare faptul că la substațiile Yuzhnaya și Vostochnaya, jumperii de reparații sunt porniți în modul normal, iar lungimile duble ale liniilor de ieșire cu dublu circuit participă la formarea Сс. La stația R-29, transformatoarele T1 și T2 sunt conectate la secțiunile 1 și, respectiv, 2. De asemenea, două linii de ieșire cu un singur circuit sunt conectate la secțiunile 1 și 2 în modul normal.
Astfel, lungimile totale ale liniilor aeriene de ieșire conform Clientului (Anexa 2) s-au ridicat la
Masa 2.
Substație | |
estic | |
Р-29 1 secțiunea 2 secțiunea |
Valoarea capacității liniare V L 110 kV a fost aleasă ținând cont de următoarele.
Pentru calculele de supratensiune, se obișnuiește să se utilizeze valoarea echivalentă a capacității liniare, care poate fi estimată din valoarea curentului de încărcare (putere de încărcare). Pentru V L 110 kV cu o secțiune transversală a firului de la 70 la 240 mm2, conform datelor de referință, valorile curentului de încărcare sunt la A / 100 km de linie. Dacă luăm pentru certitudine valoarea medie de 19 A/100 km, atunci aceasta va corespunde cu valoarea capacității liniare de 9,5 nF/km.
Capacitatea condensatorului de cuplare 6,4 nF a fost adăugată capacității rețelei dacă aceasta a fost conectată la linia aeriană.
Astfel, lungimile totale ale liniilor aeriene de ieșire conform datelor Clientului (Anexa 2) și valorile Сс s-au ridicat la
Masa 2.
Substație | Lungimea totală a liniilor aeriene de ieșire, km | Capacitatea rețelei echivalente Сс, nF |
estic | ||
Р-29 1 secțiunea 2 secțiunea |
Trebuie remarcat faptul că valoarea Cc este o estimare și, în anumite limite, nu afectează semnificativ valorile de supratensiune calculate, care vor fi afișate mai jos în cursul calculelor.
Rezistența de amortizare echivalentă a rețelei Rс este prevăzută pentru a lua în considerare atenuarea oscilațiilor libere pe barele de secțiune.
Pentru calculele supratensiunilor de comutare în timpul deconectării transformatorului, s-au ales următoarele moduri cu natura inductivă a curentului deconectat:
Modul inactiv Iхх;
Modul de sarcină inductivă cu un curent de 0,1 In
Modul de sarcină inductivă cu un curent de 0,3 In
Mod de scurtcircuit simetric pe partea JT, Ik. h..
Transformatorul a fost înlocuit cu o inductanță echivalentă Lt, a cărei valoare a fost determinată printr-o formulă similară cu (1), cu valorile curente corespunzătoare (curent fără sarcină, curent de sarcină inductivă 0,1 Inom., curent de sarcină inductivă 0,3 Inom. ., curent pe partea HV cu un scurtcircuit pe partea JT - conform valorilor lui Uк). Valorile curenților în gol și Uk sunt preluate din caracteristicile tehnice ale transformatoarelor furnizate de Client, sau luate din date de referință.
Valoarea capacității St, paralelă cu înfășurarea HV a transformatorului, este egală cu capacitatea barei colectoare plus capacitatea de intrare.
Capacitatea barei colectoare a fost determinată prin înmulțirea lungimii barei colectoare de la întrerupător la clemele transformatorului cu capacitatea barei colectoare pe unitate de lungime, luată egală cu 8 pF/m cu . Capacitatele intrărilor de 110 kV sunt luate egale cu 400pF. În acest fel:
pentru substația Southern and Eastern St = 15 m x 8 pF/m +400 pF = 520 pF
pentru PS R-29 - St \u003d 20 m x 8 pF / m + 400 pF \u003d 560 pF. Valoarea lui Rt a fost determinată de valoarea pierderilor în gol. Caracteristicile transformatoarelor utilizate în calcule sunt date în Tabelul 3.
Tabelul 3
Substație | Disp. numele tr-ra | Tipul transportorului | Unom. (HV), kV | Inom. (VN), | Px. h., kW | ||
estic | |||||||
estic | |||||||
estic |
25000/110/77-U1 | ||||||
*) - se preconizează înlocuirea transformatoarelor T1 și T2.
Deoarece în această etapă a dezvoltării întreruptorului nu există date experimentale prin care să fie posibilă estimarea ratei de creștere și a valorii finale a rezistenței electrice a decalajului de intercontact, acești parametri ai modelului matematic al VRS -110 întreruptoare în vid au fost selectate pentru calcule pe baza următoarelor:
Valoarea finală a rezistenței electrice (Umax.) a fost luată egală cu testul
tensiune de impuls fulger 450 kV pentru echipamente fără nivel crescut
izolație conform GOST 1516.-96, tab. G6. Această valoare Umax. a fost acceptat ca mi
minim;
Timpul minim de mișcare a contactelor jgheabului arc din momentul respectiv
deschiderea înainte de a ajunge în poziția finală este de 16,7 ms. Pentru a obține o marjă în calcule s-a luat acest timp egal cu 20 ms;
Se presupune că curentul de întrerupere al camerei de vid este de 5 A.
Alegerea descărcătoarelor de supratensiune pentru protejarea transformatoarelor de 110 kV de trăsnet și supratensiuni de comutare.
În conformitate cu „Orientările pentru utilizarea limitatoarelor în rețelele electrice kV”, alegerea descărcătoarelor de supratensiune în rețelele de 110 kV se face conform următorilor indicatori și condiții:
După cea mai mare tensiune de operare.
Conform GOST 1516.3-96, tensiunea maximă de funcționare a rețelei de 110 kV nu trebuie să depășească 126 kV.
În acest caz, tensiunea maximă de funcționare a descărcătorului de supratensiune trebuie să fie de cel puțin Un. R. \u003d (126 / √3) ∙ 1,05 \u003d 76,4 kV.
Deoarece consumatorii cu o sarcină care conține armonici mai mari, de exemplu, substații de tracțiune, nu sunt conectați la magistralele de 110 kV ale stațiilor aflate în considerare, nu este necesară luarea în considerare suplimentară a efectului armonicilor superioare.
În cele ce urmează, pentru certitudine, vom lua Un. R. = 77 kV, ca una dintre cele mai apropiate valori pentru descărcătoarele de supratensiune produse.
După condiţiile de muncă în regim cvasi-staţionar.
Ca caz tipic de proiectare a unui mod cvasi-staționar pentru punctul considerat al rețelei de 110 kV, se obișnuiește să se ia în considerare un scurtcircuit monofazat la pământ, în care tensiunile pe fazele „sănătoase” cresc.
Deoarece în modul normal, neutrele transformatoarelor sunt împământate solid, nu este de așteptat o creștere semnificativă a tensiunii pe fazele sănătoase în cazul unei defecțiuni monofazate la pământ. Pentru a obține o marjă, se poate adopta un factor de creștere a tensiunii de 1,4, atunci cea mai mare valoare așteptată a supratensiunii cvasi-staționare va fi Uк. n. \u003d 1,4-(126 / l / 3) \u003d 102 kV.
OPNp-110/550/77-IV-UHL1 fabricat de CJSC „Polymer-Apparat”, planificat pentru instalare, este considerat o versiune preliminară a descărcătorului.
După caracteristica tensiune-timp prezentată de producător, corespunzătoare cazului de încărcare maximă a descărcător, fig. 2, iar conform raportului Uk. joc de cuvinte. R. = 102/77 = 1,32 determinăm că în acest caz descărcătorul va rezista la supratensiuni în regim cvasi-staționar timp de aproximativ 1 secundă, ceea ce poate fi insuficient dacă presupunem că timpul maxim de funcționare a protecției este de 4 s.
Daca mariti Un. R. până la 84 kV, apoi după raportul Uk. joc de cuvinte. R. = 102/84 = 1,21, se poate determina că în modul cvasi-staționar, descărcătorul va rezista aproximativ 100 s.
După intensitatea energetică.
Cea mai mare lungime totală a liniilor aeriene de ieșire corespunde stației R-29 și este de 25,72 km. Nu există alte obiecte cu o capacitate mare.
Energia (Wopn) absorbită de descărcătorul de supratensiune la limitarea supratensiunilor de comutare provenite de la liniile aeriene de 110 kV poate fi estimată prin formula
Svl - capacitatea liniei aeriene, Svl = 0,0058 (uF / km) -25,79 km = 0,149 uF,
Ukp max. - cea mai mare tensiune nominală de comutare, luată egală cu 110 kV rețea 3Uf.,
Ures. - cea mai mică valoare a tensiunii rămase pe descărcător la limitarea supratensiunilor de comutare, luată egală cu 182 kV.
Pentru liniile aeriene considerate, valoarea Wopn = 5,8 kJ sau 0,061 kJ/kV a celei mai mari tensiuni de operare a descărcătorului de supratensiune care se preconizează a fi instalat. Valoarea corespunzătoare a energiei specifice absorbite a descărcătorul de supratensiune propus pentru instalare este de 3,1 kJ/kV max, slave. Voltaj.
În funcție de nivelul de limitare a supratensiunii.
Tensiunea rămasă a descărcătorului la un curent de descărcare de 8/20 ms cu o amplitudine de 10 kA este de 244 kV, care este mai mică decât tensiunea de testare a impulsului de fulger de 450 kV pentru un transformator de putere de 110 kV.
Valoarea unei tensiuni de testare de un minut a frecvenței industriale a izolației față de pământul înfășurărilor de 110 kV ale transformatoarelor de putere este de 200 kV, ceea ce corespunde la 200∙√2∙1,15 = 325 kV a impulsului de comutare.
Nivelurile de limitare a supratensiunii ale OPNp-110/550/84-IV-UHL1 considerat sunt în cadrul impulsului de comutare kV, adică semnificativ mai mici decât tensiunile de testare corespunzătoare ale izolației echipamentului protejat.
În funcție de mărimea curentului de siguranță la explozie.
Valoarea curentului antideflagrant trebuie să fie mai mare decât cea mai mare valoare a curentului de scurtcircuit într-un punct dat al rețelei.
Cea mai mare valoare a curentului scurtcircuit, egală cu 23 kA,. are loc la stația R-29, care este semnificativ mai mică decât valoarea curentului de siguranță la explozie, OPNp-110/550/84-IV-UHL1, egal cu 40 kA.
Concluzie privind alegerea descărcătorului de supratensiune 110 kV.
Pentru a proteja transformatoarele de putere de 110 kV de fulgere și supratensiuni de comutare la substațiile Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29, se poate folosi OPNp-110/550/84-IV-UHL1 fabricat de CJSC „Polymer-Apparat”.
Performanța descărcătorului de supratensiune în ceea ce privește gradul de poluare și condițiile climatice de funcționare pot fi specificate în proiect.
Este posibil să se utilizeze descărcătoare de la alți producători care au caracteristici care nu sunt inferioare celor ale descărcătorului selectat.
2. REZULTATELE CALCULELOR ŞI ANALIZA LOR.
În calcule s-a presupus că atunci când curenții inductivi sunt opriți în intervalul de la 0,1 In până la Ik. h. deschiderea contactelor comutatorului are loc atunci când curentul se apropie de zero. În acest caz, după cum arată experiența de calcul și datele experimentale, ar trebui să se aștepte cele mai mari supratensiuni din cauza defecțiunilor repetate între contacte.
În calculele când curenții fără sarcină sunt opriți, s-a presupus că curentul s-ar putea întrerupe în orice moment al semi-undei din cauza instabilității arcului în intervalul de la zero la curentul de întrerupere maxim. În acest caz, momentul deschiderii contactului din calcule corespundea începutului semiundei curente.
După cum au arătat calculele, atunci când curenții inductivi ai transformatoarelor sunt opriți, pot avea loc defecțiuni repetate între contactele comutatorului în toate modurile luate în considerare.
Cele mai mari supratensiuni în absența descărcătoarelor de supratensiune apar atunci când curenții inductivi (0,1 - 0,3) In sunt opriți și sunt în (kV sau (2,0 - 2,3) Uf.
În ceea ce privește magnitudinea, astfel de supratensiuni nu reprezintă un pericol pentru izolarea transformatoarelor, deoarece nu depășesc nivelurile de tensiune de testare nici ale unui impuls de fulger (550 kV), nici ale amplitudinii frecvenței de putere (200x√2 = 283 kV). Totuși, ținând cont de faptul că aceste supratensiuni sunt însoțite de numeroase căderi (tăieri) de înaltă frecvență, care afectează negativ izolarea întorsăturii înfășurărilor, este indicat să se ia măsuri pentru limitarea acestor supratensiuni.
După cum au arătat calculele, la instalarea unui descărcător, valorile de supratensiune la deconectarea curenților inductivi (0,1 - 0,3) In se reduc la (kV sau (1,3 - 1,5) Uf, ceea ce, în consecință, reduce și efectele periculoase asupra izolarea bobinelor înfăşurărilor.
Pentru a determina efectul valorii capacității echivalente a rețelei Сс asupra nivelurilor de supratensiuni în timpul funcționării întreruptorului în vid, au fost efectuate calcule comparative, ale căror rezultate sunt reflectate în Anexa 4. nF"). sau în sus (linia „Sud, Cc crescut, Cc = 340 nF”) nu are un efect vizibil asupra tensiunilor maxime calculate.
Calculele mai arată că înlocuirea transformatoarelor existente la stația Vostochnaya cu transformatoare de 25.000 kVA nu are un impact semnificativ asupra nivelurilor de supratensiune calculate (vezi Anexa 4, linia „Vostochnaya”, T* planificată pentru înlocuire) și nu reprezintă un obstacol. la instalarea unui întrerupător în vid VRS -110.
3.1. Când întrerupătoarele de circuit în vid de tip VRS-110 fabricate de High-Voltage Union Concern întrerup curenții inductivi ai transformatoarelor de 110 kV la substațiile PO kV Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29 ale IDGC din South JSC, supratensiunile cu o amplitudine de apar până la 2,3 Uph.
3.2. Pentru a limita supratensiunile la deconectarea transformatoarelor de 110 kV cu întrerupătoarele în vid VRS-110 la substațiile PO Yuzhnaya, Vostochnaya și R-29, se recomandă instalarea unui descărcător de tip OPNp-110/550/84-IV-UHL1 fabricat de CJSC. „Polymer-Apparat” sau descărcătoare ale altor producători cu caracteristici similare
