Выключатель-разъединитель (DCB)



Открытые подстанции с выключателями-разъединителями дают максимальный коэффициент готовности с минимумом занимаемой площади

ГАНС-ЭРИК ОЛОВССОН, КАРЛ ЭДЖНЭР СОЛВЕР, РИЧАРД ТОМАС - развитие выключателей привело к изменению принципа разработки для подстанций. Ранее дизайн подстанции был основан на том факте, что выключатели нуждалась в большом объеме технического обслуживания и поэтому были окружены разъединителями (DSs), чтобы сделать возможным техническое обслуживание, не нарушая соседние схемы. С современными выключателями, имеющими эксплуатационный интервал более 15 лет, принцип разработки более сосредоточен на техническом обслуживании воздушной сети, трансформаторов, реакторов, и т.д. Изменение принципа разработки позволило интегрировать функцию отключения с разъединением, таким образом было создано новое устройство, названное выключателем-разъединителем (DCB). Так как контакты первичной обмотки для выключателей-разъединителей находятся в защищенной среде SF6 (элегаза), лишенной загрязнения, функция отключения весьма надежна, и эксплуатационный интервал возрос, обеспечивая больший полный коэффициент готовности подстанции. Кроме того, применение выключателей-разъединителей позволяет уменьшить площадь подстанции приблизительно на 50 процентов.

Развитие выключателей привело к изменению принципа разработки для подстанций.


Развитие технологии производства выключателей (CB) привело к существенному снижению необходимости в техническом обслуживании и росту надежности. Эксплуатационные интервалы современных выключателей SF6, требующие обесточивания первичной схемы, находятся на уровне 15 и более лет. При этом, никаких существенных усовершенствований по обслуживанию и надежности для открытых подстанций с разъединителями не произошло. Эксплуатационный интервал для главных контактов открытого разъединителя находится на уровне двух - шести лет, в зависимости от интенсивности эксплуатации, и уровня загрязнения (например, промышленные выбросы загрязняющих веществ и / или природные загрязнители, например, песок и соль).

Надежность выключателей увеличилась вследствие развития технологий отключения контактов. В то же время количество прерывателей сократилось и сегодня доступны колонковые выключатели на напряжение до 300 кВ с одним прерывателя на полюс. Отказ от выравнивающих конденсаторов для колонковых выключателей с двумя прерывателями еще более упростил первичную схему и таким образом увеличил коэффициент готовности. Сегодня доступны высоковольтные выключатели на напряжение до 550 кВ, без выравнивающих конденсаторов, делая возможным развитие выключателей-разъединителей до этого уровня напряжения. Привод выключателя также совершенствовался от пневматического или гидравлического до двигательно-пружинного, что приводит к более надежной конструкции и снижает затраты на техническое обслуживание (рис. 1).

1 Эволюция высоковольтных выключателей и соответствующее снижение аварийности и периодичности регламентных работ


В прошлом при строительстве подстанции  следовали необходимости "окружить" выключатели разъединителями, чтобы сделать возможным частое техническое обслуживание выключателей. В связи со значительным сокращением аварийности и технического обслуживания выключателей,  отключение сегодня требуется больше для технического обслуживания воздушной сети, силовых трансформаторов, и т.д. Сниженное техническое обслуживание выключателей вместе с проблемами надежности распределительных устройств с открытым разъединителем, привело к тесному сотрудничеству с некоторыми из основных клиентов компании в области разработки выключателей-разъединителей [1, 2, 3]. Выключатель-разъединитель сочетает функции отключения и разрыва в одном устройстве, делает возможным уменьшить площадь подстанции и увеличивает коэффициент готовности [4]. Первый  выключатель-разъединитель был смонтирован в 2000 году и сегодня выключатели-разъединители доступны на напряжения от 72.5 кВ до 550 кВ 

Изменение принципа разработки позволило интегрировать функции разрыва с выключателем, таким образом создавая новое устройство, названное выключателем-разъединителем.

Дизайн выключателей-разъединителей

В DCB нормальные контакты прерывателя также выполняют функцию разъединителя когда находятся в разомкнутом положении. Контактная цепь подобна цепи обычного выключателя без дополнительных контактов или системных связей (рис. 2). Выключатель-разъединитель оснащен изоляторами из силиконовой резины. Эти изоляторы имеют гидрофобные свойства, то есть, любая вода на их поверхности превращается в капли. В результате они имеют отличную производительность в загрязненной окружающей среде и ток утечки через полюса в отключенном положении сводится к минимуму.

2 145 кВ выключатель-разъединитель. Заземляющий разъединитель интегрирован на опорной конструкции


Выключатель-разъединитель позволяет значительно сократить техническое обслуживание подстанций с открытыми распредустройствами (AIS) и снижает риск аварии из-за загрязнения. Замена на подстанциях комбинации выключателя и открытого разъединителя на выключатель-разъединитель, приводит к росту коэффициента готовности.

Применение выключателей-разъединителей значительно сокращает техническое обслуживание распределительного устройства подстанции с воздушной изоляцией и снижает риск аварии из-за загрязнения, так как все первичные контакты находятся в элегазе.

Выключатель-разъединитель должен отвечать стандартам применяемым как к высоковольтным выключателям, так и разъединителям. Конкретный стандарт для выключателей-разъединителей был выдан IEC в 2005 году [5]. Важная часть этого стандарта отведена испытаниям совмещаемых функций. Эти испытания проверяют, что разъединительные свойства DCB осуществляются в течение его срока службы, несмотря на износ контактов и любых разложений побочных продуктов, возникающих при разрыве дуги.

Выключатели-разъединители доступны для номинальных напряжений от 72.5 до 550 кВ (рис.4). Около 900 трехфазных единиц этих устройств были установлены или заказаны.

4 типа  выключателей-разъединителей


Тип

LTB

72,5

LTB 145

HPL 170300

HPL

362420

HPL

550

Нормальное напряжение, кВ

72.5

145

170300

362420

550

Номинальный ток, A

3 150

3 150

4 000

4 000

4 000

Ток отключения, кА

40

40

50

50

63

Номинальная частота, Гц

50/60

50/60

50/60

50/60

50

Безопасное заземление

Когда часть подстанции или электрической сети отключена для техобслуживания или ремонта, один или несколько разъединителей отключены, чтобы изолировать ее от остальной части системы и заземлить изолированное оборудование для личной безопасности. Это может быть достигнуто разными способами:

- С обычными разъединителями с воздушной изоляцией, проверить наличие видимого разрыва между контактами, той части системы, что отключается, а затем заземлить обесточенную часть электросети

- Выключатели-разъединители жестко заблокированы в разомкнутом положении. Блокировка состоит из электрической блокировки привода, а также механической блокировки связи системы главных контактов. После этого включается прилегающий заземлитель. Видимый включенный заземлитель подтверждает, что выводимая часть системы обесточена и безопасна для работников (рис. 3).

3 145 кВ выключатель-разъединитель со встроенными трансформаторами тока и включенными заземлителями


Эксплуатационные аспекты

В прошлом сложность конструкции выключателей требовала значительного технического обслуживания, которое требовало их обесточивания с видимым разрывом, сохраняя при этом другие части подстанции в работе. Главная причина для ввода разъединителей, приблизительно 100 лет назад состояла в том, чтобы сделать возможным техническое обслуживание выключателей. Присоединение с выключателем и разъединителям с обеих сторон было необходимо для технического обслуживания выключателя (рис. 5) .

5 Различных типов однолинейных схем, основанных на необходимости частого технического обслуживания выключателей, которое больше не требуется


Традиционное решение с двумя системами шин, отдельными выключателями и разъединителями по сравнению  с раздельными секциями и выключателями-разъединителями, для подстанции на 132 кВ с четырьмя линейными присоединениями, двумя силовыми трансформаторами и одним шиносоединительным выключателем (секционным выключателем-разъединителем), показаны на рис. 6. Применение DCB уменьшит площадь распределительного устройства более чем на 40 процентов. Продолжительность отключения электричества из-за технического обслуживания устройства силовой аппаратуры показана на рис. 7. Принятые эксплуатационные интервалы в соответствии с рекомендациями изготовителя, то есть, 5 лет для разъединителей открытой установки и 15 лет для выключателей и выключателей-разъединителей. Внедрение выключателей-разъединителей таким образом уменьшает среднее время отключения на обслуживание от 3.1 до 1.2 часов ежегодно.

6 Однолинейная схема и макет на 132 кВ для традиционного решения с выключателями и разъединителями против решения с выключателями-разъединителями


7 простои из-за технического обслуживания устройств коммутационной аппаратуры на 132 кВ


9 Однолинейная схема и макет на 420 кВ для традиционного решения с выключателями и разъединителями против решения с выключателями-разъединителями


 

Сокращение ремонтных работ даст следующие преимущества:

- Более удовлетворенные потребители (в зависимости от подстанции / топологии электрической сети, техническое обслуживание может привести к нарушению энергоснабжения некоторых потребителей).

- Меньшие риски несчастных случаев, обесточения подстанции, оперативных ошибок и т.д.

- Более низкая занятость на техническое обслуживание распределительного устройства

Аспекты короткого замыкания

Оборудование и аппаратура становятся все более и более надежными, однако короткие замыкания все еще происходят даже при том, что они происходят с более длительным средним временем наработки на отказ (MTBF). Короткие замыкания - случайный процесс, который означает, что даже с очень длительным MTBF, короткое замыкание могло произойти в любое время, и потребители ABB должны проектировать подстанции соответственно. Всегда есть небольшой риск, что высоковольтный выключатель не справится с отключением короткого замыкания, вынуждая работать резервный выключатель.

8 Однолинейные схемы, "неуязвимые" к КЗ на шинах


10 продолжительность отключения электроэнергии из-за коротких замыканий первичной обмотки в коммутационной аппаратуре на 400 кВ.


Применение выключателей-разъединителей

Выключатель-разъединитель может быть применен в большинстве традиционных схем подстанции, и может непосредственно заменить традиционный выключатель / разъединитель. Это существенно уменьшает площадь подстанции, уменьшает эксплуатационные издержки и минимизирует перебои электроснабжения вследствие технического обслуживания и коротких замыканий, то есть, ведет к росту коэффициента готовности. Рост коэффициента готовности можно использовать для упрощения схемы подстанции.

Стоимость общего объема инвестиций для подстанции может быть снижена, с использованием выключателей-разъединителей (в зависимости от стоимости подготовки земли, укладки, уничтожения, загрузки земли, и т.д., которая будет отличаться для разных случаев). Эксплуатационные расходы сократятся благодаря снижению затрат на простои (они, как правило, имеют высокую стоимость) и техническое обслуживание.

Пример - подстанция на 420 кВ в Швеции

11 Эволюция системы на 2 выключателя для шведской сети передачи электроэнергии.


11a - традиционная версия, 11b - измененная версия, путем удаления шинных разъединителей, 11c  - выключателем-разъединителем

Svenska Kraftnat (SvK), оператор системы передачи (TSO) в Швеции, отвечает за 420 кВ и 245 кВ электроэнергетической системы Швеции. Класс напряжения 420 кВ в Швеции появился в 1950-ых, и это было реально новаторской работой, так как это было первое в мире оборудование этого напряжения. Сегодня в системе электроснабжения Швеции приблизительно 70 подстанций с классом напряжения 420 кВ, большинство из которых подходит к концу своей жизни, таким образом, в настоящее время SvK осуществляет полное обновление (модернизацию) приблизительно 3 подстанций ежегодно.

Основной принцип реконструкции подстанций заключается в полной замене всего основного и вспомогательного оборудования. Делая полную реконструкцию, ряд технических и коммерческие преимуществ могут быть получены такие как:

- Будущая работа будет сведена к минимуму, поскольку все оборудование имеет тот же "Винтаж".

- Время отключения электричества могут быть сведены к минимуму при использовании существующего оборудования, чтобы сохранять подстанцию в эксплуатации во время реконструкции.

- Персонал SvK может сконцентрироваться на нескольких крупных проектах, и реконструированные подстанции не будут нуждаться в каком-либо "внимании" на протяжении многих лет после обновления.






Всего комментариев: 0



Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]


Новости сайта ukrelektrik.com


Последние статьи ukrelektrik.com


Последние ответы на форуме ukrelektrik.com