Выбор читателей
Популярные статьи
2
ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ 110 кВ серии ВРС-110
Вакуумные выключатели до настоящего времени по классу напряжения сети традиционно занимали нишу до 40 кВ. При этом практически во всех случаях использовались од-норазрывные дугогасительные устройства.
Для создания вакуумных выключателей на более высокие напряжения, например на напряжение сети 110 кВ, использовались дугогасительные устройства, состоящие из нескольких одноразрывных камер (выключатели фирм Фуджи, ЭЛВЕСТ и других), что значительно усложняло конструкцию выключателя.
Благодаря внедрению современных технологических достижений появилась возможность создания одноразрывной вакуумной дугогасительной камеры на номинальное напряжение сети 110 кВ и разработки соответствующего вакуумного выключателя.
Такой выключатель типа ВРС-110 разработан и изготавливается Концерном "Высоковольтный Союз". Выключатель прошел весь цикл типовых испытаний и планируется для установки в эксплуатацию на подстанциях с классом напряжения 110 кВ.
Одной из основных технических задач, связанных с применением вакуумных выключателей, является определение уровней коммутационных перенапряжений и разработка эффективных и практически осуществимых мероприятий по их ограничению.
Целью данной презентации является:
В качестве программного средства численного анализа переходных процессов применялась программа "ТРИАДА", разработанная на кафедре электрических станций и сетей Санкт-Петербургского государственного технического университета.
1. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ.
Для расчетов перенапряжений при коммутациях трансформаторов были использованы схемы электрические принципиальные подстанций 110 кВ, представленные Заказчиком,
Рис. 1. Расчетная схема замещения при отключении электродвигателя. В схему замещения на рис. 1 входят следующие элементы:
Eс - напряжение сети;
Эквивалентная индуктивность сети Lс определяется по величинам токов короткого замыкания (Iк.з.) на шинах секций.
Lc =-
к.з.
Согласно данным Заказчика величины токов короткого замыкания на шинах подстанций составляли
Таблица 1.
Подстанция |
Ток трехфазного КЗ, кА |
Южная |
7,1 |
Восточная |
11,0 |
Р-29 |
23,0 |
При этом учитывалось, что на подстанциях Южная и Восточная ремонтные перемычки в нормальном режиме включены, и в формировании Сс участвуют удвоенные длины двух-цепных отходящих линий. На ПС Р-29 трансформаторы Т1 и Т2 подключены к 1 и 2 секциям соответственно. Также к секциям 1 и 2 в нормальном режиме подключено по две отходящих одноцепных линии.
Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) составили
Таблица 2.
Для расчетов перенапряжений принято использовать эквивалентную величину погонной емкости, которую можно оценить по величине зарядного тока (зарядной мощности). Для В Л 110 кВ с сечением проводов от 70 до 240 мм2 согласно справочным данным величины зарядного тока находятся в пределах 18 - 20 А/100 км линии. Если принять для определенности среднюю величину 19 А/100 км, то этому будет соответствовать величина погонной емкости 9,5 нФ/км.
Емкость конденсатора связи 6,4 нФ добавлялась к емкости сети, если он был подключен к ВЛ.
Таким образом суммарные длины отходящих ВЛ по данным Заказчика (Приложение 2) и величины Сс составили
Таблица 2.
Подстанция |
Суммарные длины отходящих ВЛ, км |
Эквивалентная емкость сети Сс, нФ |
Южная |
24,22 |
236,5 |
Восточная |
19,03 |
187,2 |
Р-29 1 секция 2 секция |
19,42 13,37 |
190,9 139,8 |
Эквивалентное демпфирующее сопротивление сети Rс предусмотрено для учета затухания свободных колебаний на шинах секций.
Для расчетов коммутационных перенапряжений при отключении трансформаторов были выбраны следующие режимы с индуктивным характером отключаемого тока:
Величина емкости Ст, параллельной обмотке ВН трансформатора, равна емкости ошиновки плюс емкость ввода.
Емкость ошиновки определялась умножением длины ошиновки от выключателя до зажимов трансформатора на величину погонной емкости ошиновки, принятой равной 8 пФ/м по . Емкости вводов 110 кВ приняты равными 400пФ. Таким образом:
для ПС Южная и Восточная Ст = 15 м х 8 пФ/м +400 пФ = 520 пФ
для ПС Р-29 - Ст = 20 м х 8 пФ/м +400 пФ = 560 пФ. Величина Rт определялась по величине потерь холостого хода. Используемые в расчетах характеристики трансформаторов приведены в таблице3.
Таблица 3.
Подстанция |
Дисп. наименование тр-ра |
Тип тр-ра |
Uном. (ВН), кВ |
Iном. (ВН), |
Iх.х., |
Pх.х., кВт |
Uк, % |
Южная |
Т1 |
ТРДН- |
115 |
85 |
0,42 |
114,3 |
10,77 |
Южная |
Т2 |
ТРДН- |
115 |
85 |
0,44 |
115,27 |
9,59 |
Восточная |
Т1 |
ТДН- |
115 |
74,5 |
0,97 |
65 |
11,10 |
Восточная |
Т2 |
ТДН- |
115 |
80,3 |
0,46 |
22,68 |
11,15 |
Восточная |
Т * |
ТРДН- 25000/110/77-У1 |
115 |
125,5 |
0,75 |
31,5 |
10,95 |
Р-29 |
Т1 (Т2) |
ТДН- |
115 |
80,3 |
0,85 |
21,0 |
10,5 |
Поскольку на данном этапе разработки выключателя отсутствуют экспериментальные данные, по которым можно было бы оценить скорость нарастания и конечную величину электрической прочности межконтактного промежутка, то для проведения расчетов данные параметры математической модели вакуумного выключателя ВРС-110 были выбраны, исходя из следующего:
В соответствии с "Методическими указаниями по применению ограничителей в электрических сетях 110 - 750 кВ" выбор ОПН в сетях 110 кВ производится по следующим показателям и условиям:
По наибольшему рабочему напряжению.
Согласно ГОСТ 1516.3-96 наибольшее рабочее напряжение сети 110 кВ не должно превышать 126 кВ.
При этом наибольшее рабочее напряжение ОПН должно быть не менее Uн.р. = (126/√3)∙1,05 = 76,4 кВ.
Поскольку к шинам 110 кВ рассматриваемых подстанции не подключены потребители с нагрузкой, содержащей высшие гармоники, например - тяговые подстанции, то дополнительного учета влияния высших гармоник не требуется.
В дальнейшем для определенности примем Uн.р. = 77 кВ, как одно из ближайших значений у выпускаемых ОПН.
По условиям работы в квазистационарном режиме.
В качестве типового расчетного случая квазистационарного режима для рассматриваемой точки сети 110 кВ принято считать однофазное короткое замыкание на землю, при котором увеличиваются напряжения на "здоровых" фазах.
Поскольку в нормальном режиме нейтрали трансформаторов глухо заземлены, то существенного повышения напряжения на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю не ожидается. Для получения запаса может быть принят коэффициент повышения напряжения, равный 1,4, тогда наибольшая ожидаемая величина квазиустановившегося перенапряжения будет составлять Uк.п. = 1,4-(126/л/3) = 102 кВ.
В качестве предварительного варианта ОПН рассматривается планируемый к установке ОПНп-110/550/77-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат".
По представленной предприятием - изготовителем вольт-временной характеристике, соответствующей случаю максимального нагружения ОПН, рис. 2, и по соотношению Uк.п./Uн.р. = 102/77 = 1,32 определяем, что в этом случае ОПН выдержит перенапряжения в квазистационарном режиме в течение примерно 1 секунда, что может быть недостаточным, если считать, что максимальное время работы защит, равное 4 с.
Если увеличить Uн.р. до 84 кВ, то по соотношению Uк.п./Uн.р. = 102/84 = 1,21 можно определить, что в квазистационарном режиме ОПН выдержит примерно 100 с.
По энергоемкости.
Наибольшая суммарная протяженность отходящих ВЛ соответствует подстанции Р-29 и составляет 25,72 км. Иные объекты с большой емкостью отсутствуют.
Энергию (Wопн), поглощаемую ОПН при ограничении коммутационных перенапряжений, приходящих с В Л 110 кВ можно оценить по формуле
Свл - емкость воздушной линии, Свл = 0,0058 (мкФ/км)-25,79 км = 0,149 мкФ,
Uкп мах. - наибольшее расчетное коммутационное напряжение, принятое равным для сети 110 кВ 3Uф.,
U ост. - наименьшая величина остающегося напряжения на ОПН при ограничении коммутационных перенапряжений, принята равной 182 кВ.
Для рассматриваемых ВЛ величина Wопн = 5,8 кДж или 0,061 кДж/кВ наибольшего рабочего напряжения ОПН, предполагаемого к установке. Соответствующая величина удельной поглощаемой энергии предполагаемого к установке ОПН составляет 3,1 кДж/кВ наиб, раб. напряжения.
По уровню ограничения перенапряжений.
Остающееся напряжение ОПН при разрядном токе 8/20 мс амплитудой 10 кА составляет 244 кВ, что ниже испытательного напряжения 450 кВ грозового импульса для силового трансформатора 110 кВ.
Величина одноминутного испытательного напряжения промышленной частоты изоляции относительно земли обмоток 110 кВ силовых трансформаторов составляет 200 кВ, что соответствует 200∙√2∙1,15 = 325 кВ коммутационного импульса.
Уровни ограничения перенапряжений рассматриваемых ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 находятся в пределах 185 - 201 кВ коммутационного импульса, т. е. значительно ниже соответствующих испытательных напряжений изоляции защищаемого оборудования.
По величине тока взрывобезопасности.
Величина тока взрывобезопасности должна быть выше наибольшей величины тока короткого замыкания в данной точке сети.
Наибольшая величина тока к.з, равная 23 кА,. имеет место на подстанции Р-29, что значительно ниже величины тока взрывобезопасности, ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1, равной 40 кА.
Заключение по выбору ОПН 110 кВ.
Для защиты силовых трансформаторов 110 кВ от грозовых и коммутационных перенапряжений на подстанциях Южная, Восточная и Р-29 могут быть применены ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат".
Исполнение ОПН по степени загрязнения и по климатическим условиям эксплуатации могут быть уточнены в проекте.
Возможно применение ОПН других производителей, имеющих характеристики, не уступающие характеристикам выбранного ОПН.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ИХ АHАЛИЗ.
В расчетах предполагалось, что при отключении индуктивных токов в диапазоне от 0.1 Iн до Iк.з. размыкание контактов выключателя происходит при подходе тока к нулевому значению. В этом случае, как показывает опыт расчетов и экспериментальные данные, следует ожидать наибольших перенапряжений вследствие повторных пробоев между контактами.
В расчетах при отключении токов холостого хода предполагалось, что обрыв тока может произойти в любой момент его полуволны вследствие нестабильности дуги в диапазоне от нуля до максимальной величины тока среза. При этом момент размыкания контактов в расчетах соответствовал началу полуволны тока.
Как показали расчеты, при отключении индуктивных токов трансформаторов повторные пробои между контактами выключателя могут иметь место во всех рассмотренных режимах.
Наибольшие перенапряжения в отсутствии ОПН имеют место при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн и находятся в пределах (206 - 234) кВ или (2,0 - 2,3) Uф.
По своей величине такие перенапряжения не представляют опасности для изоляции трансформаторов, т. к. они не превышают уровней испытательных напряжений ни грозового импульса (550 кВ), ни амплитуды промышленной частоты (200х√2 = 283 кВ). Однако, учитывая, что эти перенапряжения сопровождаются многочисленными высокочастотными перепадами (срезами), которые негативно влияют на витковую изоляцию обмоток, целесообразно принять меры к ограничению этих перенапряжений.
Как показали расчеты, при установке ОПН величины перенапряжений при отключении индуктивных токов (0,1 - 0,3) Iн снижаются до (137 - 157) кВ или (1,3 - 1,5) Uф, что соответственно также снижает опасные воздействия на витковую изоляцию обмоток.
С целью определения влияния величины эквивалентной емкости сети Сс на уровни перенапряжений при работе вакуумного выключателя были проведены сравнительные расчеты, результаты которых отражены в Приложении 4. Изменение Сс в сторону примерно на 100 нФ уменьшения (строка "Южная, Сс уменьшена, Сс = 147,4 нФ") либо в сторону увеличения (строка "Южная, Сс увеличена, Сс = 340 нФ") не оказывает заметного влияния на расчетные величины максимальных напряжений.
Расчетами также показано, что замена существующих трансформаторов на ПС Восточная на трансформаторы мощностью 25000 кВА не оказывает существенного влияния на расчетные уровни перенапряжений (см. Приложение 4, строка "Восточная", Т* планируемый на замену) и не является препятствием для установки вакуумного выключателя ВРС-110.
3.1. При отключении вакуумными выключателями типа ВРС-110 производства Концерна "Высоковольтный Союз" индуктивных токов трансформаторов 110 кВ на подстанциях ПО кВ Южная, Восточная и Р-29 ОАО "МРСК Юга" возникают перенапряжения с амплитудой до 2,3 Uф.
3.2. Для ограничения перенапряжений при отключении вакуумными выключателями ВРС-110 трансформаторов 110 кВ на подстанциях ПО кВ Южная, Восточная и Р-29 рекомендуется установка ОПН типа ОПНп-110/550/84-IV-УХЛ1 производства ЗАО "Полимер-Аппарат" либо ОПН других производителей с аналогичными характеристикам
30.10.2014
В октябре 2014 года закончилась опытно-промышленная эксплуатация (ОПЭ) вакуумных выключателей 110 кВ ВРС-110 на ПС «ЭЛОУ» в производственном отделении «Белебеевские электрические сети» ООО «Башкирэнерго». Срок опытной эксплуатации составил 1 год. В рамках данной поставки специалистами Концерна «Высоковольтный союз» был подготовлен проект и проведены монтажные работы.
В недавнем времени произведена установка очередного выключателя ВРС-110 на ОАО «Уральская сталь». Эксплуатация первого вакуумного выключателя ВРС-110 на данном предприятии началась в 2012 году. В течение годовой эксплуатации выключатель без замечаний отработал несколько аварийных режимов, отключил токи короткого замыкания. В последующие годы ОАО «Уральская сталь» поэтапно приобрела еще 4 вакуумных выключателя ВРС-110.
Как правило, ВРС-110 устанавливается на замену ОД и КЗ, устаревших масляных выключателей, а также применяется на объектах нового строительства. Вакуумный выключатель имеет ряд серьезных преимуществ перед аналогичным оборудованием. В частности, аппарат имеет высокий коммутационный ресурс - 10 000 циклов В/О, низкие эксплуатационные расходы, возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне от -60 до +50 градусов, является экологически безопасным и не требует дополнительных расходов на утилизацию.
Поставка аппарата осуществляется с высокой заводской готовностью и не требует дозаправок техническими жидкостями и газами при монтаже, а также при вводе в эксплуатацию. К примеру, команда подрядчика и инженеров ОАО «Уральская сталь» самостоятельно установили выключатели без привлечения сервисных инженеров Концерна «Высоковольтный союз» за короткий промежуток времени.
Специалисты службы подстанций «Белебеевских электрических сетей» о вакуумном выключателе серии ВРС-110: Основным преимуществом для заказчика, безусловно, является то, что оборудование не требует дополнительных затрат на обслуживание, не загрязняет внешнюю среду, как при использовании масляных и элегазовых выключателей. Нередко на объектах, при эксплуатации ОД и КЗ, во время срабатывания защит трансформатора, отключалась вся ВЛ, а в случае эксплуатации ВРС-110 отключался только один трансформатор. При этом, не гасятся и другие подстанции.
Производство вакуумных выключателей осуществляется на Нижнетуринском электроаппаратном заводе в контролируемых условиях, установленных системой менеджмента качества, функционирующей в соответствии с требованиями ISO 9001:2008. Завод имеет собственную лабораторию, оснащенную автоматизированными испытательными стендами и современными многофункциональными измерительными приборами. Каждый аппарат перед отправкой заказчику проходит тщательную проверку и испытания.
Преимущества вакуумных выключателей:
Производитель вакуумного выключателя гарантирует работоспособность выключателя в течение всего срока эксплуатации и соответствие всем техническим параметрам, заявленным в инструкции по эксплуатации и сертификатах соответствия.
Изготовитель вакуумных выключателей оказывает сервисные услуги, консультирование и техническое сопровождение в течение всего периода эксплуатации.
В вакуумных выключателях внутренней установки используются литые из эпоксидного компаунда полюса. В выключателях наружной установки - цельнолитые полюса в кремнийорганической изоляции. Полюса комплектуются самыми современными вакуумными камерами, которые специально разработаны и оптимальным образом подходят для использования в литых полюсах.
Контакты вакуумных камер выполнены из специальных легированных сплавов. Горение дуги, которая возникает при разведении контактов при отключении нагрузки, поддерживается металлическими парами за счет испарения электродного материала. Электрическая дуга мягко гасится при естественном переходе тока через ноль, поэтому исключается возможность возникновения перенапряжений при коммутации большинства видов нагрузок.
В вакуумных выключателях применяется универсальный электромагнитный привод. Для удержания выключателя во включенном или отключенном положениях используется энергия мощных постоянных магнитов. Фиксация происходит за счет использования принципа «магнитной защелки», а именно, замыкания магнитной цепи включения или отключения якорем, который механически связан с подвижными контактами вакуумных камер.
Для управления приводом используется электронный блок управления, которым оснащен вакуумный высоковольтный выключатель. Блок управления может быть встроен в корпус выключателя или изготовлен в выносном исполнении. Отключение происходит за счет энергии предварительно заряженных конденсаторов.
В выключателях также применяются пружинные приводы, которые помимо нормированного включения/отключения выключателя обеспечивают возможность ручного включения и отключения.
Параметры | ВР1, ВР2, ВР3 | ВР27НС | ВР35НТ | ВРС-110 |
---|---|---|---|---|
Номинальное напряжение, кВ | 10 | 27,5 | 35 | 110 |
Наибольшее рабочее напряжение, кВ | 12 | 30,5 | 40,5 | 126 |
Номинальный ток, А | 630-3 150 | 1 600; 2 000 | 1 600 | 2 500; 3 150 |
Номинальный ток отключения, кА | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
Ток термической стойкости, кА (3 с) | 20-40 | 25 | 25 | 31,5; 40 |
Ток электродинамической стойкости, кА | 52-102 | 64 | 64 | 81; 102 |
Полное время отключения, мс, не более | 57-70 | 70 | 80 | 47 |
Собственное время включения, мс, не более | 90-120 | 100 | 80 | 80 |
Собственное время отключения, мс, не более | 35-55 | 30-55 | 60 | 32 |
Механический ресурс, циклов ВО | 30 000-100 000 | 30 000 | 25 000 | 10 000 |
Коммутационный ресурс при номинальных токах, циклов ВО | 30 000-50 000 | 30 000 | 20 000 | 10 000 |
Коммутационный ресурс при номинальных токах отключения, циклов ВО | 40-100 | 30 | 30 | 25 |
Масса, кг | 65-285 | 270 | 640 | 1 645 |
У нас вы можете посмотреть полный каталог вакуумных выключателей, а также выбрать продукты, оптимальным образом отвечающие вашим текущим потребностям.
Чтобы узнать какова цена на вакуумные выключатели в Екатеринбурге, Москве, Новосибирске или других городах Вы можете
Отправить заявку
Вакуумные выключатели серий ВР и ВРС для работы в сетях с номинальным напряжением 10 кВ. Токи короткого замыкания 20; 31,5; 40 кА. Номинальный рабочий ток 630 - 4 000 А.
Вакуумные выключатели 110 кВ на сегодня являются высокотехнологичным оборудованием. Они лишены таких недостатков как пожароопасность и трудоемкость в процессе эксплуатации, что свойственно масляным и воздушным выключателям, а также в будущем не будет вопросов, связанных с необходимостью утилизации элегаза, что свойственно элегазовым выключателям.
На российском рынке присутствуют два предприятия, изготавливающие вакуумные выключатели на класс напряжения 110 кВ:
Основные преимущества вакуумных выключателей 110 кВ:
Недостатками технологии вакуумных выключателей можно считать их ограниченное применение по классам напряжения (до 220 кВ). Связано это со сложностью в создании выключателей с небольшими габаритами (сложно оптимизировать габариты вакуумных дугогасительных камер, ВДК), сложность обеспечения восстановления электрической прочности в ВДК после погашения дуги. Эрозионные процессы и термический разогрев контактов значительно ограничивают скорость и уровень восстановления электрической прочности ВДК.
Статьи по теме: | |
При каких условиях после месячных появляются кровянистые выделения причин возникновения нарушения под влиянием внешних факторов и гормонов
Порой бывает достаточно сложно отличить нормальные естественные причины... Успение праведной анны, матери пресвятой богородицы
Очень часто, обращаясь к иконам святой Анны или же с молитвой о помощи и... Человек умер. Что делать? Важнейшие православные традиции и обряды, связанные с похоронами. Православное учение о жизни после смерти Что такое смерть с точки зрения православия
Что такое смерть? «Верь, человек, тебя ожидает вечная смерть», - главный... |