С Днем Энергетика!
- 22 декабря 2017
С начала 80-х годов прошедшего века произошел качественный скачок в технологии высоковольтных коммутационных аппаратов: на смену масляным и воздушным пришли выключатели с использованием в качестве изоляционной и дугогасительной среды вакуума или газообразной шестифтористой серы – элегаза.
Что касается выключателей высокого, сверхвысокого и ультравысокого
напряжения (110-1150 кВ), то элегазовые выключатели в технически
развитых странах практически вытеснили все другие типы аппаратов.
Следует отметить, что существуют две крупные проблемы развития
коммутационной аппаратуры высокого напряжения – создание новых более
совершенных конструкций и определение судьбы находящихся длительное
время в эксплуатации (и часто устаревших) аппаратов. Решением этих
проблем определяется современное состояние мирового и отечественного
коммутационного оборудования.
Интенсивное внедрение вакуумной и элегазовой аппаратуры обусловлено
тем, что пока не найдено способов эффективного дугогашения, способных
конкурировать с дугогашением в элегазе или вакууме. Не получено и новых
видов диэлектриков, по электроизоляционным, дугогасительным и
эксплуатационным свойствам превосходящих элегаз или вакуум.
Основные достоинства элегазового оборудования определяются
уникальными физико-химическими свойствами элегаза. При правильной
эксплуатации элегаз не стареет и не требует такого тщательного ухода за
собой, как масло.
Элегазовому оборудованию также присущи: компактность; большие
межревизионные сроки, вплоть до отсутствия эксплуатационного
обслуживания в течение всего срока службы; широкий диапазон номинальных
напряжений (6-1150 кВ); пожаробезопасность и повышенная безопасность
обслуживания.
Вакуумные аппараты характеризуются максимальными значениями
электрической прочности промежутков (до 15 мм), максимальной скоростью
восстановления электрической прочности при отключении токов,
минимальными массой подвижных частей и энергией привода, минимальными
габаритами и массой аппарата в целом, максимальным ресурсом. Вакуумные
выключатели применимы лишь на напряжения до 35 кВ включительно. Это
объясняется малым ходом контактов вакуумных выключателей из-за наличия
сильфона. Если применять вакуумные выключатели на напряжение выше 35
кВ, то необходимо соединять последовательно несколько камер.
Ведущие зарубежные фирмы практически полностью перешли на выпуск
комплектных распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ) и
элегазовых выключателей для открытых распределительных устройств на
классы напряжения 110 кВ и выше, а также вакуумных выключателей на
напряжение 6-35 кВ (с некоторой долей элегазовых выключателей и КРУЭ).
Применение элегазовой или вакуумной аппаратуры на средние классы
напряжения определяется как историческими условиями создания
технологических баз, так и технико-экономическими показателями при
производстве и эксплуатации. Каждое из указанных видов оборудования
обладает своими преимуществами. Если вакуумные аппараты требуют менее
мощных приводов и имеют, как правило, более высокий коммутационный
ресурс, то элегазовые выключатели при коммутациях создают меньшие
перенапряжения и, соответственно, облегчают работу изоляции другого
энергетического оборудования. Малый ход и скорость контактов вакуумных
выключателей являются как их недостатком, так и достоинством, которое
заключается в возможности применения легких, небольших пружинных или
электромагнитных приводов. Элегазовому оборудованию среднего класса
напряжения традиционно отдают предпочтение во Франции, Италии, странах
Скандинавии и Испании, вакуумному – в Германии, Великобритании, Японии.
При выборе элегазовой или вакуумной аппаратуры решающее значение
могут иметь условия, в которых работают аппараты. Например, элегазовые
аппараты предпочтительны для применения в цепях электродвигателей
ограниченной мощности при сравнительно небольших длинах соединительных
кабелей, а также в качестве выключателей нагрузки ( в том числе в
составе КРУЭ). Вакуумные выключатели особенно эффективны там , где
необходимы частые коммутации и большой ресурс. Преимуществом вакуумных
выключателей перед элегазовыми является простота конструкции.
Существенным недостатком элегазовых выключателей является высокая
температура снижения элегаза (при давлении 1,5 Мпа она составляет всего
60С (рис.5) таким образом, в элегазовых выключателях с высоким
давлением гасящей среды необходимо предусмотреть автоматические
подогреватели.
В целом можно считать, что доля элегазового оборудования на средние
классы напряжения на мировом рынке устойчиво составляет 20-30% всех
коммутационных аппаратов. Кроме ограниченной области применения
вакуумных выключателей по номинальному напряжению, не существует других
серьезных причин, ограничивающих применение элегазовых и вакуумных
выключателей.
Фирмы, работающие в области коммутационной аппаратуры, периодически
обновляют номенклатуру своих изделий, разрабатывают аппараты новых
поколений с целью повышения их надежности и ресурса, уменьшения
габаритов материалоемкости.
Ресурс лучших вакуумных выключателей достигает в настоящее время
40-50 тыс. при коммутации номинального тока и 100 операций при
коммутации номинального тока отключения, межремонтный период элегазовых
выключателей составляет 15 лет. При этом габариты и материалоемкость
аппаратов при сохранении основных параметров и повышения надежности.
Уровень разработок элегазового оборудования в России приближается к
лучшим мировым образцам, особенно тех, которые выполнены в рамках
международных проектов: ВЭИ – Корейский электротехнологический институт
(Республика Корея); ВЭИ – «Кромптон Гривз» (Индия); НИИВА-«Хендэ»
(Республика Корея); ВЭИ – «Самсунг» (Республика Корея). Высокий научный
потенциал, длительный опыт успешной работы в области элегазовой
аппаратуры позволяют создавать современное высокоэффективное
коммутационное оборудование.
В то же время следует обратить внимание и на отставание Российской
Федерации от ведущих в техническом отношении стран в освоении
производства элегазовой аппаратуры. Отставание вызвано прежде всего
общим спадом производства и замедленным темпом развития энергосистем за
прошедшие 20 лет. Поэтому важнейшими задачами развития элегазовой
аппаратуры в России с учетом основных мировых тенденций являются:
В последние годы опасение вызвала возможная экологическая
опасность элегаза. В этой связи следует отметить, что несмотря на
принадлежность к ряду фторидов, элегаз не включен в перечень веществ,
подлежащих запрету или ограничению в применении. Кроме того, общий
вклад элегаза в парниковый эффект атмосферы составляет не более 0,2%
(доля элегаза электротехнического оборудования значительно меньше).
Несмотря на очевидные преимущества элегазовых и вакуумных аппаратов,
полный переход на их использование занимает не один год и не одно
десятилетие. При постоянном растущем внедрении современной аппаратуры в
эксплуатации остается еще немало устаревших аппаратов.
В последние 20 лет в мире не вводилось в эксплуатацию практически
никаких других выключателей на напряжение 63 кВ и выше, кроме
элегазовых. Если анализировать состав выключателей с возрастом от 10 до
20 лет, то среди них явно преобладают элегазовые (кроме элегазовых, в
последнее десятилетие было введено еще примерно 30% маломасляных
выключателей). И только среди выключателей с возрастом от 20 до 30 лет
элегазовых меньше, чем маломасляных и воздушных, но больше чем баковых
масляных.
Распределение по типам выключателей в России не соответствует
наблюдаемым в мире тенденциям. Так, среди выключателей на напряжение 110
кВ и выше преобладают баковые масляные выключатели, а число элегазовых
составляет менее 1%. Распределение выключателей в энергосистемах
России по типам очень похоже на вид распределения в мире выключателей с
возрастом более 30 лет.
Можно сделать вывод, что по степени оснащенности современными
выключателями российские энергосистемы отстают от зарубежных примерно
на 30 лет. Причем продолжают находиться в эксплуатации выключатели,
конструкция которых устарела очень давно (воздушных выключателей серий
ВВН, ВВШ, ВВ, масляных баковых выключателей типа МКП и др.).
Элегазовые выключатели нашли широкое применение в КРУЭ, в которых
элегаз используется для изоляции. Из отечественных производителей
широко известно НПО «Электроаппарат», которое разработало для КРУЭ
серию элегазовых выключателей на напряжения 110 и 220 кВ с высокими
техническими характеристиками.
Несмотря на то, что серийное производство КРУЭ в России освоено с
70-х годов, масштабы применения КРУЭ у нас в стране также пока не
соответствуют мировым тенденциям – установлено всего около 350 ячеек
КРУЭ на напряжение от 110 до 220 кВ, в то время как, например, в Японии
в тот же самый период выпущено около 7000 ячеек КРУЭ на напряжение от
77 до 800 кВ.
С другой стороны, в России КРУЭ разработаны на весь спектр
номинальных напряжений и фактически созданы
комплектно-распределительные устройства третьего поколения. К сожалению,
большая часть этих разработок реализована только в рамках
международных контрактов. Смена поколений КРУЭ, как правило, происходит
не реже, чем в 6-8 лет.
К особенностям последнего поколения КРУЭ можно отнести:
Такие элегазовые коммутационные аппараты нового поколения
созданы всеми ведущими фирмами, в том числе ВЭИ (КРУЭ-170 кВ нового
поколения совместно с фирмой «Самсунг») и Научно-исследовательским
институтом высоковольтного аппаратостроения (С.Петербург). На
«Уралэлектротяжмаш» освоено производство современных элегазовых
выключателей колонкового типа с пружинным приводом на напряжение
110-220 кВ.
Ситуация с развитием и внедрением вакуумной коммутационной аппаратуры
в России более благоприятна. Вакуумная аппаратура имеет развитую
производственную базу и стабильный серийный выпуск уже много лет.
Большой вклад в ее освоение внес родоначальник этого направления – ВЭИ.
Разработана и выпускается вся гамма аппаратов средних напряжений (до
110 кВ), пользующаяся повышенным спросом у потребителя. Серийный выпуск
вакуумной аппаратуры начался еще в 70-е годы, когда был построен и
запущен Минусинский завод вакуумных выключателей (МЗВВ). В настоящее
время несколько заводов серийно выпускают ВДК и более десятка –
вакуумные выключатели.
Находящиеся в эксплуатации морально и физически устаревшие выключатели создают много проблем.
По данным РАО ЕЭС 15% всех выключателей высокого напряжения не
соответствуют условиям эксплуатации; износ подстанционного оборудования
превышает 50%. Более трети воздушных выключателей 330-750 кВ,
составляющих основу коммутационного оборудования межсистемных
электросетей, имеет срок службы более 20-ти и даже 30-ти лет.
Аналогичная ситуация с коммутационным оборудованием на напряжение
110-220 кВ.
Устаревшие выключатели и системы их обеспечения требуют больших эксплуатационных расходов.
На мировом рынке до 2010 г. не просматривается альтернативы
элегазовым и вакуумным выключателям. Поэтому продолжаются работы по их
совершенствованию.
Применяется комбинация автопневматического способа гашения и,
получившего в настоящие годы широкое распространение, способа
автогенерации давления в элегазовых выключателях. Это позволяет
уменьшить энергоемкость привода и делает возможным применение
экономичного и надежного пружинного привода для элегазовых выключателей
напряжением 245 кВ и выше.
Повышение эффективности гашения дуги дает возможность увеличить напряжение на один разрыв выключателя до 360-550 кВ.
Проводятся работы по дальнейшему совершенствованию контактных систем
ВДК, поиску оптимального распределения магнитного поля для эффективного
гашения вакуумной дуги и уменьшения диаметра камер. Продолжаются работы
по созданию ВДК на напряжение более 35 кВ (110 кВ и выше) для
вакуумных выключателей высокого напряжения.
Вакуумная аппаратура начинает использоваться на низком напряжении
(1140 В и ниже), причем не только в виде контакторов, но и
выключателей, аппаратов управления.
Проводятся работы по замене элегаза на смеси его с другими газами, а также использованию других газов.
Уровень разработок элегазовой и вакуумной аппаратуры в основном удовлетворяет требованиям потребителя.
На сегодня объем подачи на российском рынке зарубежной элегазовой
аппаратуры значительно превосходит объем продаж отечественных
аппаратов. Российским производителям все труднее конкурировать с
зарубежными из-за технологической отсталости и отсутствия средств на
техническое переоборудование.