Состояние и перспективы развития вакуумных и элегазовых выключателей

Состояние и перспективы развития вакуумных и элегазовых выключателей

С начала 80-х годов прошлого века произошел значительный прорыв в технологии высоковольтных коммутационных аппаратов: вместо масляных и воздушных появились выключатели с применением в качестве диэлектрической 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 почти вытеснили все другие типы аппаратов.

Нужно сказать, что есть две основные проблемы развития коммутационной аппаратуры высокого напряжения – создание новых, модернизированных конструкций и определение судьбы долго находящейся в эксплуатации (и часто изношенной) техники. Решением этих проблем определяется современное состояние мирового и российского коммутационного оборудования.

Активное внедрение вакуумной и элегазовой аппаратуры вызвано тем, что пока не найдено методов эффективного дугогашения, способных соперничать с дугогашением в элегазе или вакууме. Нет на данный момент и новых видов изоляторов, по электроизоляционным, дугогасительным и эксплуатационным свойствам превосходящих элегаз или вакуум.

Главные преимущества элегазового оборудования определяются уникальными физико-химическими свойствами элегаза. При должном использовании элегаз не стареет и не нуждается в таком тщательном уходе, как масло.

Элегазовое оборудование также характеризуется: малыми габаритами; большими межревизионными сроками, вплоть до отсутствия эксплуатационного обслуживания в течение всего срока службы; широким диапазоном номинальных напряжений (6-1150 кВ); устойчивостью к воспламенению и высокой безопасностью обслуживания.

Вакуумные аппараты обладают наибольшими значениями электрической прочности промежутков (до 15 мм), максимальной скоростью восстановления электрической прочности при обесточивании, малой массой подвижных частей и энергией привода, минимальными габаритами и массой аппарата в целом, максимальным ресурсом. Вакуумные выключатели могут сипользоваться только на напряжения до 35 кВ включительно. Причина этому — малый ход контактов вакуумных выключателей из-за присутствия сильфона. Если использовать вакуумные выключатели на напряжение выше 35 кВ, то нужно соединять последовательно несколько камер.

Крупнейшие иностранные фирмы почти целиком 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 имеет свои полжительные стороны. Вакуумные аппараты требуют менее мощных приводов и обычно обладают более высоким коммутационным ресурсом, а элегазовые выключатели при коммутациях создают меньшие перенапряжения а значит, облегчают работу изоляции другого энергетического оборудования. Малый ход и скорость контактов вакуумных выключателей являются одновременнно их плюсом и минусом, состоящими в возможности использования легких, небольших пружинных или электромагнитных приводов. Элегазовую технику среднего класса напряжения по традиции предпочитают во Франции, Италии, странах Скандинавии и Испании, а вакуумную – в Германии, Великобритании, Японии.

При выборе элегазовой или вакуумной аппаратуры определяющее значение могут иметь условия, в которых функционирует оборудование. Например, элегазовые аппараты лучше применять в цепях электродвигателей ограниченной мощности при относительно небольших длинах соединительных кабелей, а также в роли выключателей нагрузки (в том числе в составе КРУЭ). Вакуумные выключатели эффективнее всего действуют там, где требуются частые коммутации и большой ресурс. Достоинством вакуумных выключателей перед элегазовыми является простота конструкции. Значительным недостатком элегазовых выключателей является высокая температура снижения элегаза (при давлении 1,5 Мпа она составляет всего 60С). Соответственно, элегазовые выключатели с высоким давлением гасящей среды нужно снабжать автоматическими подогревателями.

В целом можно считать, что доля элегазового оборудования на средние классы напряжения на глобальном рынке стабильно занимает 20-30% всех коммутационных аппаратов. Кроме ограниченной области применения вакуумных выключателей по номинальному напряжению, нет других серьезных поводов, ограничивающих использование элегазовых и вакуумных выключателей.

Компании, действующие в сфере коммутационной аппаратуры, часто обновляют номенклатуру своих изделий, проектируют аппараты новых поколений для повышения их надежности и ресурса, уменьшения габаритов материалоемкости.

Ресурс лучших вакуумных выключателей достигает на данный момент 40-50 тыс. при коммутации номинального тока и 100 операций при коммутации номинального тока отключения, межремонтный период элегазовых выключателей составляет 15 лет. При этом размеры и материалоемкость устройств не меняются при сохранении главных параметров и повышения надежности.

Уровень разработок элегазового оборудования в России приближается к ведущим мировым образцам, особенно это касается тех, которые сделаны 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 и долгий опыт успешной работы в сфере элегазовой аппаратуры дают возможность создавать современное высокоэффективное коммутационное оборудование.

В то же время нужно учесть и отставание Российской Федерации от ведущих в техническом отношении стран в освоении выпуска элегазовой техники. Его причина — в основном общий спад производства и замедленный темп развития энергосистем за последние 20 лет. Поэтому главными задачами развития элегазовой аппаратуры в нашей стране с учетом главных мировых тенденций являются:

ликвидация отставания в обеспечении энергетических систем современным коммутационным оборудованием при одновременном усовершенствовании массогабаритных характеристик аппаратов, их удешевлении и повышение надежности;

создание цифровых систем управления, диагностики и проверки оборудования;

разработка систем и способов предсказывания срока службы коммутационной техники;

разработка выключателей с синхронным включением.

В последнее время настороженность вызвала возможная экологическая опасность элегаза. В связи с этим следует отметить, что несмотря на принадлежность к ряду фторидов, элегаз не состоит в списке веществ, запрещенных или ограниченных в применении. Кроме того, общий вклад элегаза в парниковый эффект атмосферы не превышает 0,2% (доля элегаза электротехнического оборудования значительно меньше).

Несмотря на явные преимущества элегазовых и вакуумных аппаратов, полный переход на их использование занимает не один год и даже не один десяток лет. При постоянном растущем внедрении нового оборудования в эксплуатацию сохраняется еще немалое количество устаревшей техники.

В последние 20 лет в мире не вводилось в эксплуатацию практически никаких других выключателей на напряжение 63 кВ и выше, кроме элегазовых. Если рассматривать 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 элегазовые в меньшинстве по сравнению с маломасляными и воздушными, но их больше, чем баковых масляных.

Распределение по типам выключателей в России не совпадает с мировыми тенденциями. Так, среди выключателей на напряжение 110 кВ и выше преобладают баковые масляные выключатели, а элегазовые занимают менее 1%. Распределение выключателей в энергосистемах России по типам очень напоминает вид распределения в мире выключателей с возрастом более 30 лет.

Можнозаключить, что по степени оснащенности современными выключателями отечественные энергосистемы отстают от иностранных прблизительно на 30 лет. Причем остаются в эксплуатации выключатели, конструкция которых является давно устаревшей (воздушные выключатели серий ВВН, ВВШ, ВВ, масляные баковые выключатели типа МКП и др.).

Элегазовые выключатели широко используются в КРУЭ, где элегаз применяется в качестве изоляции. Из российских производителей широко известно НПО «Электроаппарат», создавшее для КРУЭ серию элегазовых выключателей на напряжения 110 и 220 кВ с высокими техническими свойствами.

Несмотря на то, что серийное производство КРУЭ в России освоено с 70-х годов, масштабы применения КРУЭ у нас в стране также пока отстают от общемировых тенденций – установлено всего около 350 ячеек КРУЭ на напряжение от 110 до 220 кВ, в то время как, скажем, в Японии за то же время выпущено около 7000 ячеек КРУЭ на напряжение от 77 до 800 кВ.

С другой стороны, в России КРУЭ разработаны на полный диапазон номинальных напряжений и по сути созданы комплектно-распределительные устройства третьего поколения. К сожалению, большая часть этих разработок воплощена только в рамках международных контрактов. Смена поколений КРУЭ происходит обычно не реже, чем в 6-8 лет.

К отличительным чертам последнего поколения КРУЭ можно отнести:

число контактных пар выключателей вплоть до напряжения 362 кВ не более одного, а до напряжения 800 кВ – не более двух;

токи отключения выключателей – до 63 кА, номинальные токи – до 8000А;

применение дугогасительных устройств с комбинированным принципом гашения дуги;

снабжение КРУЭ быстродействующими заземлителями на линейных выводах;

обеспечение КРУЭ системами диагностики практически всех основных свойств;

преобладающее использование в элегазовых выключателях автономных приводов – пружинных и гидравлических.

Такие элегазовые коммутационные аппараты нового поколения созданы всеми основными компаниями, в том числе ВЭИ (КРУЭ-170 кВ нового поколения совместно с фирмой «Самсунг») и Научно-исследовательским институтом высоковольтного аппаратостроения (С.Петербург). На «Уралэлектротяжмаш» налажен выпуск 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 обладает развитой производственной базой и стабильно выпускается на протяжении многих лет. Большую роль в ее освоении сыграл основатель этого направления – ВЭИ. Разработан и производится весь спектр аппаратов средних напряжений (до 110 кВ), весьма популярный у потребителя. Массовый выпуск вакуумной аппаратуры был налажен еще в 70-е годы, когда построили и запустили Минусинский завод вакуумных выключателей (МЗВВ). На сегодняшний день несколько заводов серийно выпускают ВДК и более десятка – вакуумные выключатели.

Остающиеся в использовании морально и физически устаревшие выключатели создают много трудностей.

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 существовало альтернативы элегазовым и вакуумным выключателям. И сейчас продолжаются работы по их модернизации.

Применяется сочетание автопневматического способа гашения и распространенного на сегодняшний день метода автогенерации давления в элегазовых выключателях. Это снижает энергоемкость привода и позволяет применять экономичный и надежный пружинный привод для элегазовых выключателей напряжением 245 кВ и выше.

Повышение эффективности гашения дуги дает возможность повысить напряжение на один разрыв выключателя до 360-550 кВ.

Проводятся работы по дальнейшему улучшению контактных систем ВДК, поиску наилучшего 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 альтернативных газов.

Уровень разработок элегазовой и вакуумной аппаратуры по большей части удовлетворяет требованиям потребителя.

В настоящее время объем подачи на российском рынке зарубежной элегазовой аппаратуры серьезно превосходит объем продаж отечественных аппаратов. Российским производителям все труднее соперничать с зарубежными из-за технологической отсталости и отсутствия средств на техническое переоборудование.

Рубрики2

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*