(С.-Петербург, ОАО "НИИВА")
Новые разработки в области элегазовой аппаратуры 110 – 800 кВ
В течение г. г. в ОАО "НИИВА" были закончены разработки, а на ряде отечественных и зарубежных заводах внедрены в производстве и установлены в эксплуатацию ряд новых высоковольтных аппаратов, отвечающих самым последним требованиям международных стандартов и мировой энергетики. Это новые серии комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией на напряжения (110-800) кВ, отдельно стоящих баковых выключателей (110-750) кВ, трансформаторов тока на (110-220) кВ.
Впервые в отечественной практике типовые испытания аппаратуры были проверены на ведущих зарубежных испытательных центрах KEMA (Голландия), CESI (Италия), KERI (Ю. Корея).
В докладе приведены основные конструктивные особенности и технические характеристики этих аппаратов (см. таблицы 1, 2 и 3).
Таблица 1
Технические характеристики ячеек типа ЯГК-110, ЯЭГ-220, ЯЭУ-330, ЯЭУ-500, ЯЭУ-800
Наименование параметра | ЯГК-110 | ЯЭГ-220 | ЯЭУ-330 | ЯЭУ-500 | ЯЭУ-800 | |
Номинальное напряжение и соответствующее ему наибольшее рабочее напряжение, кВ | 110/126 | 220/252 | 330/362 | 500/525 | 800 | |
Испытательное напряжение кратковременное (одноминутное) переменное, кВ | 230 | 395 | 450 | 620 | 830 | |
Испытательное напряжение полного грозового импульса относительно земли, кВ | 550 | 950 | 1175 | 1425 | 2100 | |
Испытательное напряжение коммутационного импульса относительно земли, кВ | 230 | 395 | 950 | 1175 | 1425 | |
Номинальный ток, А сборные шины отводы | 3150 2000 | 3150 2000 | 8000 8000 | |||
Номинальная частота тока, Гц | 50 | 50 | 50 | 50/60 | 50/60 | |
Нижний предел избыточного давления элегаза при температуре 20 °С, МПа (кгс/см2 ): для выключателя | 0,35 (3,5) | 0,42 (4,20) | 0,50 (5,0) 0,70 (7,0) | 0,50 (5,0) 0,60 (6,0) | 0,50 (5,0) | 0,62 (6,2) |
для трансформаторов напряжения | 0,40 (4,0) | 0,39 (3,90) | 0,39 (3,90) | 0,39 (3,90) | 0,40 (4,0) | |
для других модулей | 0,25 (2,5) | 0,29 (2,90) | 0,29 (2,90) | 0,29 (2,90) | ||
Тип выключателя | ВГ-110 | ВГГ-220 | ВГГК-220 | ВГК-330 | ВГК-500 | ВГК-800 |
Номинальный ток отключения, кА | 40 | 50 | 40/50 | 40/63 | 40/50 | 50 |
Число разрывов на полюс | 1 | 2 | 1 | 1/2 | 1/2 | 2 |
Коммутационный ресурс. Допустимое число операций "О/В" в диапазоне от 60 до 100 % Io, ном и Iв, ном | 20/10 | 18/9 - 20/10 | 20/10—15/8 | 18/9 | 18/9 | |
Полное время отключения, с, не более | 0,055 | 0,055 | 0,055 | 0,055 | 0,033 | |
Вид привода | гидравлический | |||||
Собственное время отключения, с | 0,030 | 0,030 | 0,030 | 0,030 | 0,017 | |
Собственное время включения, с, не более | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | |
Трансформатор тока | ||||||
Номинальный первичный ток, А | 00 | 00 | 1000,2000, 1500,3000, 4000, 8000 | 1000, 2000, 1500,3000, 4000 | 1000 ,2000, 1500, 3000, 4000, 8000 | |
Номинальный вторичный ток, А | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
Количество вторичных обмоток | 4 | 4 | 5 | 5 | 5 | |
Вторичная обмотка для измерений | 15 ВА класс 0,5-0,2-0,2 | 30 ВА класс 0,5-0,2-0,2 | 30 ВА класс 0,5-0,2 | 30 ВА класс 0,5-0,2 | 30 ВА класс 0,5-0,2 | |
Вторичная обмотка для защиты | 15 ВА класс 10Р | 30 ВА класс 10Р | 30 ВА класс 10Р 21 | 30 ВА класс 10Р 21 | 30 ВА класс 10Р 21 | |
Утечка элегаза в год, % от массы, не более | 1 |
КРУЭ предназначены для эксплуатации в закрытом помещении в районах с умеренным и холодным климатом (исполнение УХЛ4 по ГОСТ ). Вместе с тем для зарубежных заказчиков была освоена технология исполнения КРУЭ наружной установки.
Таблица 2
Технические характеристики выключателей
Наименование параметра | ВГБ-110У1 | ВГБУ-110У1 | ВГБУ-220У1 | ВГБ-330У1 | ВГБ-500У1 | ВГБ-750У1 | ||||||||
Номинальное / наибольшее рабочее напряжение, кВ | 110/126 | 220/252 | 330/363 | 500/525 | 750/787 | |||||||||
Номинальный ток отключения, кА | 40 | 40/50 | 40 | 40/50 | 50 | |||||||||
Собственное время отключения, с, не более | 0,035 | 0,035 | 0,02 | |||||||||||
Номинальный ток, А | 2000 | 3150 | 4000 | |||||||||||
Полное время отключения, с, не более | 0,055 | 0,055 | 0,04 | |||||||||||
Собственное время включения, с, не более | 0,10 | |||||||||||||
Допустимое число операций «О/В» в диапазоне от 60 до 100 % Io, ном и Iв, ном | 20/10 | 18/9 | ||||||||||||
Покрышка ввода | фарфоровая | полимерная | ||||||||||||
Удельная длина пути утечки внешней изоляции вводов, см/кВ, не менее | 2,25 | |||||||||||||
Количество разрывов на фазу | 1 | 1/2 | 2 | |||||||||||
Ток потребления ЭВ и ЭО полюса выключателя при номинальном напряжении, А, не более | 2,30 | |||||||||||||
Нижний предел избыточного давления элегаза при 20 °С, МПа (кгс/см2) | 0,35 (3,50) | 0,50 (5,0) 0,60 (6,0) | 0,60 (6,0) | 0,60 (6,0) | ||||||||||
Номинальная частота, Гц | 50 | 50 | 50 | 50/60 | 50/60 | 50/60 | ||||||||
Масса, кг | 4700 | 3500 | 5200 | 10000 | 14000 | 38000 | ||||||||
Встроенный трансформатор тока: | ТВ-110 | ТВ-220 | ТВ-330 | ТВ-500 | ТВ-750 | |||||||||
для измерений | для защиты | для измерений | для защиты | для измерений | для защиты | для измерений | для защиты | для измерений | для защиты | |||||
Номинальный первичный ток, А | 2000 | 2000 | ||||||||||||
Номинальный вторичный ток, А | 1 | 1 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | 1 или 5 | ||||
Наибольший рабочий первичный ток, А | 2000 | 2000 | 3000 | 3000 | 4000 | |||||||||
Номинальный класс точности для номинальных токов: - 1000 А - 2000 А | 0,50 0,20 | - 10Р | 0,50 0,20 | - 10Р | 0,50 0,20 | - 10Р | 0,50 0,20 | - 10Р | 0,50 0,20 | - 10Р | ||||
Номинальная вторичная нагрузка с соsj = 0,8, В×А | 30 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 | 20 | 30 | ||||
Номинальная предельная кратность | - | 25 | - | 26 | - | 25 | - | 25 | - | 25 | ||||
Ток термической стойкости, кА | 40 | 50 | 40 | 40 | 50 | |||||||||
Время протекания тока термической стойкости, с | 3 | |||||||||||||
Утечка элегаза в год, % от массы, не более | 1 | |||||||||||||
Выключатели предназначены для эксплуатации на открытом воздухе в районах с умеренным климатом (исполнение У1 по ГОСТ )
Таблица 3
Элегазовые высоковольтные трансформаторы тока
наружной установки серии ТГФ-110 и ТГФ-220
Технические характеристики
Наименование параметра | ТГФ-110 | ТГФ-220 |
Номинальное напряжение, кВ | 110 | 220 |
Номинальный первичный ток, А | 100, 150, 200, 300, 400, 600, 750, 1000, 1500, 2000 | |
Номинальный вторичный ток, А | 1 и 5 | |
Количество вторичных обмоток: - для измерений кл.0,2 - для защиты кл.10Р | 1 3 или 4 | |
Коэффициент безопасности приборов | 5 | |
Удельная длина пути утечки, см/кВ | 2,25 | |
Нижний предел избыточного давления элегаза при 20 °С, МПа, (кгс/см2) | 0,18 | 0,25 |
Утечка элегаза в год, % от массы | 1 | |
Масса, кг | 630 | 850 |
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150 | У1 | У1 и УХЛ1 |
I КРУЭ
КРУЭ-110
КРУЭ типа ЯГК-110 является представителем современного поколения элегазовых распределительных устройств. Основными преимуществами ячеек ЯГК-110 являются следующие:
- плотная компоновка позволяет полностью смонтировать ячейку на общей раме, что удобно для стыковки с соседними ячейками и позволяет транспортировать ее на место монтажа в собранном виде на грузовых машинах;
- поставка полностью смонтированных, отрегулированных и испытанных на заводе ячеек сокращает сроки монтажа на месте установки;
- установленные разрывные мембраны предотвращают недопустимый рост давления внутри корпусов с элегазом, что повышает надежность и безопасность в эксплуатации;
- малые размеры позволяют уменьшить площадь здания КРУЭ.
В России до этого было выпущено более 300 ячеек типа ЯЭ-110, которые имели габариты и массу, превышающие ЯГК-110 в два раза, а транспортировка осуществлялась отдельными полюсами. Тем не менее положительный опыт 20-летней эксплуатации этих ячеек был полностью учтен при конструировании нового поколения.
Ячейки ЯГК-110 (рисунок 1) выполнены в по-фазном исполнении, т. е. каждый полюс находится в отдельном корпусе, что позволяет избежать трехфазных коротких замыканий внутри КРУЭ и выхода из строя всех трех полюсов.
Основные технические параметры в таблице 1.
Рисунок 1
КРУЭ 170-220
Разработанное КРУЭ типа ЯЭГ-220 (рисунок 2) соответствует всем перспективным техническим требованиям (см. таблицу 1).
Выключатель имеет 1 разрыв, оснащен гидроприводом. Испытания выключателя на коммутационную способность проведены на испытательном центре "CESI" (Италия).
Управление разъединителями и заземлителями осуществляется одним приводом на три фазы. На линейных выводах установлены быстродействующие заземлители. Прототипы новых ячеек имеют 20-летний положительный опыт эксплуатации в России и за рубежом. Разработано специальное исполнение сборных шин испытанное на к. з. с током 50 кА при 0,5 с без прожига.
В настоящее время по лицензии ОАО "НИИВА" ведется подготовка к началу серийного производства КРУЭ 170 кВ с номинальным током отключения выключакА в Израиле (фирма ТААС).
Рисунок 2
КРУЭ 330-500 кВ
КРУЭ на 330 кВ разработано на высочайшие параметры по номинальному току – 8000 А и току отключения – 63 кА.
Выключатель прошел коммутационные испытания в испытательном центре "Кема" (Голландия).
Технические параметры приведены в таблице 1 (рисунок 3).
Рисунок 3
КРУЭ-800
B соответствии с планами развития Корейская энергетическая компания (КЕРСО) – одна из крупнейших энергетических компаний мира решила осуществить проект создания линии электропередач 800 кВ. Подстанционное оборудование было решено создавать на базе комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией наружной установки. Для участия в тендере была допущена компания Hyundai Heavy Industries Co. (HHI), которая выбрала в качестве партнера российскую компанию ОАО "НИИВА". B первой половине 2001 года проект разработки, изготовления и испытаний КРУЭ 800 кВ был успешно завершен. Основные технические требования к оборудованию приведены в таблице 4. Общий вид КРУЭ 800 приведен на рисунке 1. КРУЭ выполнено в пофазном исполнении. В настоящее время в Корее ведется строительство двух подстанций на базе данного проекта.
Таблица 4
Основные технические требования к КРУЭ 800
Наименование параметра | Значение параметра |
Уровень изоляции: - грозовой импульс на землю, кВ; - грозовой импульс между контактами, кВ; - коммутационный импульс на землю, кВ; - коммутационный импульс между контактами, кВ; - одноминутное переменное напряжение на землю, кВ; - одноминутное переменное напряжение между контактами, кВ | 2250 2250+457 1425 1100+653 830 1100 |
Номинальный ток, А | 8000 |
Ток термической стойкости, кА*с | 50*2 |
Частота, Гц | 50/60 |
На базе разработок, выполненных в рамках данного контракта, нами выполнен проект бакового выключателя на 750 кВ.
II Выключатели
Два завода Санкт-Петербурга – "Энергомеханический" и "Электроаппарат" и комбинат "Электрохимприбор" (г. Лесной) выпускают выключатели элегазовые баковые на напряжение 110 и 220 кВ (рисунок 4).
Эти выключатели прошли полный цикл испытаний, включая климатические. С 2000 г. находятся в эксплуатации.
Выключатели выпускались с 3-х фазным и пофазным управлением, гидравлическими и пневматическими приводами, различными системами контроля плотности элегаза.
Выключатели на (110-220) кВ отличает надежная защита от внешних воздействий механизма передачи от привода к дугогасительным устройствам и малое количество подвижных уплотнений, что снижает возможность утечек элегаза. ю
На основе испытанных дугогасительных устройств выключателей КРУЭ разработаны баковые выключатели на классы напряжения 330, 500 и 750 кВ.
Выключатели на 110, 220 и 330 кВ имеют 1 разрыв на полюс, выключаи 750 кВ по 2 разрыва. Для вводов выключателей используются полимерные изоляторы. В настоящее время заканчивается разработка и проходят типовые испытания бакового выключателя на 500 кВ с номинальным током отключения 50 кА с одним разрывом. Выключатели на высшие классы напряжения могут быть оснащены предвключаемыми резисторами, которые в международной практике используются для снижения коммутационных перенапряжений.
Для предотвращения конденсации элегаза при низких температурах нашли применение гибкие ленточные нагреватели, закрепленные непосредственно на баке выключателя. Все выключатели имеют встроенные трансформаторы тока. Количество и параметры трансформаторов – по требованию заказчика.
Рисунок 4
III Трансформаторы тока
В течение нескольких лет выпускаются разработанные в ОАО "НИИВА" трансформаторы тока на 110 и 220 кВ.
Трансформаторы прошли сертификационные испытания.
Разработан трансформатор тока на 220 кВ для эксплуатации при температуре до минус 60 °С. В этом трансформаторе применена смесь элегаза и азота. Производственный образец изготовлен и успешно прошел испытания.
Особенностью конструкции трансформаторов тока является их взрывобезопасность и пожаробезопасность, т. к. элегаз не поддерживает горение, а для защиты от взрыва при пробое изоляции внутри трансформатора имеется защитная мембрана. Испытания с искусственным перекрытием изоляции внутри корпуса показали полную надежность этой защиты при токах к. з. 50 кА при длительности к. з. 0,5 с.
В настоящее время ряд заводов Санкт-Петербурга осуществили поставки на подстанции России (рисунок 5).
Рисунок 5
