Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Анализ надежности выключателей 63 кВ и выше

Анализ надежности выключателей 63 кВ и выше

Оглавление
Анализ надежности выключателей 63 кВ и выше
Элегазовые выключатели
Воздушные выключатели
Механический ресурс и дефекты
Выводы, литература

Высоковольтная техника  
АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ НА НАПРЯЖЕНИЕ 63 КВ И ВЫШЕ ПО МАТЕРИАЛАМ ЗАРУБЕЖНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ
А. М. БРОНШТЕЙН, канд. техн. наук

Технический уровень вновь разрабатываемых выключателей по номинальным параметрам и удельному расходу материалов относительно легко сопоставить с уровнем лучших зарубежных образцов по данным каталогов и публикациям в технической литературе. Что же касается надежности выключателей, то такие обобщенные данные публикуются редко. Иногда эти вопросы частично рассматриваются в статьях и докладах общего характера или статьях, касающихся в целом надежности электроснабжения. Целью статьи является обобщение имеющихся в различных зарубежных публикациях данных о надежности выключателей с тем, чтобы создать обоснованную базу для сравнения уровня надежности разрабатываемых отечественных выключателей с достигнутым уровнем надежности зарубежных образцов.
Обобщенные данные о надежности выключателей на напряжения от 63 кВ и выше опубликованы в 1981 г. рабочей группой (РГ) 13-06 СИГРЭ на основе ответов, полученных от 102 энергокомпаний из 22 стран. В этих данных отражен накопленный опыт эксплуатации 20 000 выключателей за 1974—1977 гг., причем учитывались только выключатели, срок эксплуатации которых составлял не более 13 лет.
Из конкурентных и коммерческих соображений в [1] названия стран зашифрованы цифровыми обозначениями и не указано, к каким видам выключателей — масляным баковым, маломасляным, воздушным и др. относятся собранные данные. Все события, приведшие к неплановым, вынужденным отключениям разделяются на две категории: большой отказ (major failure) и малый отказ (minor failure).
Под большим отказом, который в дальнейшем будем называть просто отказом, понимается потеря выключателем одной или нескольких функций:   невыполнение команд на включение или отключение; самопроизвольное включение или отключение; неспособность проводить, включать или отключать ток нагрузки или ток короткого замыкания; нарушение изоляции на землю, между разомкнутыми контактами полюса или между полюсами и т. п.


Рис. 1. Интенсивность отказов и неисправностей (а) и накопленное в эксплуатации количество выключателей-лет (б) в 22 странах за 1974—1977 гг.: а — заштриховано число отказов

Во избежание потери выключателем какой-либо или нескольких основных функций его необходимо через какое-то время вывести из работы для устранения выявленной неисправности.* Такой неисправностью, например, может быть небольшая утечка изолирующей или дугогасящей среды и др. Неисправности, которые из условий обеспечения надежности должны быть устранены за время не более 30 мин, квалифицируются как отказ. Такое деление, в известной мере, условно, и в некоторых публикациях оно не проводится исходя из того, что в конечном счете оба события требуют вынужденного отключения выключателя, т. е. приводят к определенной его неготовности, которая также является одним из существенных показателей эксплуатационной надежности. Чтобы более полно сопоставить данные различных публикаций о надежности выключателей, там, где это будет возможно, кроме интенсивности отказов и неисправностей, будет указано и суммарная интенсивность отказов и неисправностей, которая выражает интенсивность вынужденных отклонений выключателя и характеризует его неготовность.

*Согласно ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике. Термины и определения» такого рода неисправное состояние объекта называется «повреждением». Представляется, что в данном случае уместнее говорить о неисправности.

На рис. 1,а приведены данные об интенсивностях отказов и неисправностей выключателей в каждой из 22 стран, а на рис. 1,б — накопленное число выключателей-лет в этих странах [1].
Как видно из рис. 1, а, интенсивность отказов и неисправностей колеблется в весьма широких пределах. В какой-то мере это может объясняться различным числом накопленных выключателей-лет в разных странах. Но главной причиной, вероятно, является преобладание в разных странах различных видов выключателей, и, в особенности, выключателей на разные классы напряжения. Опубликованные в [1] данные не позволяют дифференцировать интенсивность отказов выключателей по их видам, но дают возможность выявить влияние номинального напряжения выключателей на интенсивность отказов и неисправностей. Для этого собранные данные были разделены по напряжению на пять групп и по каждой группе рассчитана средняя интенсивность отказов и неисправностей. Чтобы как-то оценить влияние накопленного числа выключателей-лет на интенсивность отказов, последняя рассчитывалась как средняя для всех 22 стран, средняя без учета стран с наибольшим и наименьшим количеством выключателей-лет.
Результаты этих расчетов приведены в табл. 1, из которой следует, что интенсивность отказов увеличивается с ростом номинального напряжения выключателей. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, чем выше напряжение выключателя, тем сложнее его конструкция, он содержит больше узлов и деталей, а это, в свою очередь, приводит к увеличению вероятности отказов. Во-вторых, с увеличением напряжения изменяется структура общего парка выключателей, например, при напряжениях до 300 кВ основную долю составляют масляные баковые или маломасляные выключатели, а при более высоких напряжениях увеличивается доля воздушных выключателей, у которых из-за особенностей их конструкции интенсивность отказов может быть больше, чем у давно выпускаемых масляных и маломасляных выключателей. Это можно проиллюстрировать на основе статистических данных, опубликованных рядом электрокомпаний. Одновременно эти данные позволяют получить более четкое представление о надежности отдельных видов выключателей.
Американская электроэнергетическая компания AER опубликовала данные об отказах выключателей на 145, 362 и 800 кВ, собранные за 1978—1983 гг. [2]. Эти данные приведены в табл. 2, из которой также следует, что с ростом напряжения интенсивность отказов и неисправностей увеличивается.

Аналогичные результаты получены в финских электросетях для выключателей 123—420 кВ на основе данных за 1970—1979 гг. [3]. Эти данные приведены в табл. 3.

Таблица 2


Наибольшее
рабочее
напряжение
выключателя,
кВ

Сум-
мерное
коли
чество
выключа
телей

Количество выключателей по видам

На коп- ленное число выключателей-лет

Число
отка
зов

Интен
сивность
отказов,
выклю
чателей/
год

Число
неисправ
ностей

Интенсивность неисправностей, выключателей/год

Суммарная
интенсивность отказов и неисправностей, выключате-

лей/год

Воздушные

Элегазовые
баковые с двумя ступенями давления

Масляные
баковые

Элегазовые
авто-
ком-
прес-
сноныые

145

1026

249

50

698

29

4662

24

0,005

210

0,045

0,05

362

252

151

28

73

0

990

7

0,007

62

0,063

0,07

800

68

66

1

0

1

369

12

0.0325

84

0,228

0,26

Группа выключателей

По данным 22 стран

Без учета данных стран с наибольшим н наименьшим количеством выключателей-лет

Число
выключа
телей-лет

Число
отказов

Интенсивность
отказов,
выклю
чателей/
год

Число
выключателей-лет

Число
отказов

Интенсивность
отказов,
выключа-
телей /год

От 63 до 99 кВ

33 877

138

0,004

10 624

95

0,009

От 100 до 199 кВ

26 743

437

0,016

22 772

417

0,018

От 200 до 299 кВ

9939

257

0,026

7618

257

0,034

От 300 до 499 кВ

6224

283

0,046

6132

260

0,042

От 500 кВ и выше*

1109

116

0,105

682

115

0,169

Выключатели всех групп от 63 кВ и выше

77 892

1231

0,016

47 828

1144

0,024

Выключатели от 100 кВ и выше

44 015

1093

0,025

37 204

1049

0,028

* В 1974—1977 гг. линии электропередачи напряжением выше 550 кВ еще находились в стадии опытной эксплуатации. Вероятно, подавляющее большинство выключателей в этой группе относится к напряжению 525—550 кВ.

Средняя интенсивность отказов выключателей 123—420 кВ в финских сетях равна 0,017 выключателей в год. Это значение хорошо коррелируется со средним значением интенсивности отказов 0,025 для выключателей 100—550 кВ согласно табл. 1.
К сожалению,   нет указаний, к каким видам выключателей относятся эти данные. Можно, однако, предположить, что, по крайней мере, в группах выключателей 123—245 кВ преобладают маломасляные.
Наиболее полные данные по видам выключателей об интенсивности суммы отказов и неисправностей, приведших к вынужденному отключению выключателей, собраны в Канаде за период с 1-го января 1978 г. по 30 июня 1983 г. [4].
Так как в [4] приведены данные только об интенсивности вынужденных отключений с подробным перечислением их причин, то для удобства сравнения с данными других источников интенсивность отказов оценена при анализе ориентировочно. Для этого из общего числа вынужденных отключений исключены те, что в [4] связаны с дугогасительной средой, вспомогательными устройствами и вызваны неизвестными причинами. С большой степенью вероятности можно считать, что оставшееся число вынужденных отключений вызвано отказами. Обработанные таким образом данные сведены в табл. 4.
В табл. 4 не внесены отдельно имеющиеся в [4] данные по элегазовым выключателям с двумя ступенями давления, так как их производство из-за сложности конструкции давно прекращено, но они учтены в графе «Выключатели всех видов».

Таблица 3


Наибольшее рабочее напряжение выключателей, кВ

Накопленное количество выключателей-лет

Интенсивность отказов, выключателей год

123

800

0,0082

245

90

0,0092

420

70

0,0219

Для удобства сопоставления все данные из табл. 1—4 сведены на рис. 2 в виде зависимостей интенсивности отказов от напряжения и на рис. 3 — в виде зависимостей интенсивности вынужденных отключений от напряжения.
В доступных публикациях отсутствуют систематизированные данные об эксплуатационной надежности современных автокомпрессионных элегазовых выключателей.
В [5] приведены расчетные (прогнозируемые) зависимости интенсивности отказов от напряжения для первого поколения элегазовых выключателей на базе автокомпрессионной дугогасительной камеры на 170 кВ и второго поколения — на базе автокомпрессионной камеры на 245 кВ, которая принята многими передовыми фирмами в Европе и Японии. Эти зависимости также приведены на рис. 2.



 
« Агрегаты питания электрофильтров   Аппараты распределительных устройств низкого напряжения »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.