Распределительные устройства сверхвысокого напряжения

Строящаяся в Индии подстанция на 765 кВ

Надежные поставки электрической энергии являются основой современной экономики. Возможность безопасного и надежного функционирования таких поставок зависит от высоковольтного распределительного оборудования. Постоянное увеличение спроса на увеличение передаваемой мощности и снижение потерь при передаче электроэнергии способствует использованию сетей сверхвысокого напряжения. Этот термин применяется к напряжениям 750 кВ, 1100 кВ и 1150 кВ.

Системы сверхвысокого напряжения, как для переменного, так и для постоянного тока применяются для обеспечения увеличения потребления электрической энергии, и для поддержки существующих систем передачи электроэнергии. Они, в сущности, представляют собой пути передачи электрической энергии, обладающие наивысшей пропускной способностью и наивысшей эффективностью. Массивные передачи энергии на большие расстояния являются - вполне естественно - прерогативой крупных стран. Поэтому сети сверхвысокого напряжения были развернуты в таких странах, как Китай, Россия, Индия, Канада, Южная Африка, и Соединенные Штаты. Однако продолжающаяся урбанизация наряду с переходом выработки электроэнергии на основе возобновляемых, и располагаемых в море источников энергии, приводит к тому, что технологии сверхвысокого напряжения становятся повсеместными.
Сети сверхвысокого напряжения на основе переменного тока требуют наличия электромеханического распределительного оборудования, способного обслуживать коммутационные требования штатного функционирования, защиту в случае коротких замыканий, и операции, связанных с эксплуатацией и обследованием сети. В состав портфолио компании АВВ входят колонковые выключатели с воздушной изоляцией, баковые выключатели, гибридные выключатели, и КРУЭ. Каждый тип этих распределительных устройств имеет специфические характеристики, ориентированные на лучшее удовлетворение конкретных потребностей пользователей. Проектирование и создание высоковольтного распределительного оборудования, способного обеспечить жесткие требования безопасности, производительности и надежности, является сложной задачей. Но в решении именно этой задачи компания АВВ занимает ведущие позиции в течение последних 50 лет технических инноваций и плотного взаимодействия с электрическими компаниями.
Ключевым аспектом успешного лидерства АВВ в реализации оборудования энергетических систем сверхвысокого напряжения, является сила и гибкость ее модульного подхода к конструированию и производству всех выпускаемых компанией высоковольтных выключателей всех типов. Компанией АВВ выпускаются самые мощные одноэлементные прерыватели, используемые и с колонковыми выключателями и с конструкциями в металлической оболочке. Компания также выпускает наиболее полный диапазон приводов выключателей, которые позволяют компании быстро разрабатывать надежные, высокопроизводительные распределительные устройства для обеспечения нужд потребителей.
Ведущая роль компании АВВ в проектировании распределительного оборудования не ограничивается прерывателями и приводами выключателей. Она выпускает и другие компоненты технологии сверхвысокого напряжения, такие как комбинированные изоляторы, использующие кремнийорганический каучук для изолирующих втулок, металлические варисторы для защиты от скачков напряжения, нестандартные инструментальные трансформаторы, и датчики для изменения тока и напряжения.

Технологии сверхвысокого напряжения с воздушной изоляцией

Электрические сети и соответствующие подстанции часто изолируются воздухом - высокое напряжение находится вдали от земли и персонала, отделяемое от них десятками метров (Рисунки 1-2)

1. Примеры лидерства АВВ в распределительных устройствах сверхвысокого напряжения с воздушным охлаждением

2. Компоненты системы сверхвысокого напряжения 1100 кВ постоянного тока

Рисунки 1 & 2 - примеры лидерства АВВ в области распределительного
оборудования сверхвысокого напряжения, и компонентов оборудования для 1100 кВ.

            Мощность и надежность прерывателей и приводов колонковых выключателей АВВ (построенных на одноэлементных прерывателях, рассчитанных на работу в условиях от - 60°C до + 50°C, для 300 кВ, 5,000 А, 80 кА) обеспечивают основу для создания наиболее надежных и проверенных решений на базе колонковых выключателей для напряжений до 1200 кВ и тока до 80кА. Объединяя знания и опыт в создании комбинированных изоляторов, и дополняя их такими современными технологиями, как оптоволоконные датчики тока АВВ, компания может предлагать наиболее надежные и наиболее компактные решения для сверхвысоких напряжений, применимые как для постоянного, так и для переменного тока.  Колонковые выключатели АВВ поддерживают и защищают системы сверхвысокого напряжения по всему миру - в Китае, Индии, Канаде, России, Соединенных Штатах, Украине и Венесуэле, а также и в других местах (Рисунок. 4).

Рисунок 4 Сравнение высоты различных выключателей

            Основой баковых выключателей АВВ для сверхвысокого напряжения служат одноэлементные прерыватели для 362 кВ, 63 кА и 5,000 А. С использованием подогревателей баков, выключатели и их приводы могут функционировать в условиях от - 50°C до + 40°C. Эти прерыватели и приводы обеспечивают основу для производства часто применяемых и проверенных баковых выключателей на 800 кВ. Аналогичные прерыватели и приводы, используемые в КРУЭ, поставляемых для проекта подстанции Бина в Индии, позволяют расширить характеристики баковых выключателей до 1200 кВ.
В 2000 году копания АВВ первой в мире установила баковый выключатель для напряжения 800 кВ. С тех пор, баковые выключатели на 800 кВ стали использоваться в системах сверхвысокого напряжения, в частности, в Китае, Соединенных Штатах и Южной Африке.

            Технология сверхвысокого напряжения на основе элегаза

            Применение металлических корпусов и элегаза в качестве изолятора дает возможность создания более компактных высоковольтных распределительных устройств. Одна из компаний, предшествующих АВВ ввела технологию КРУЭ на рынок в 1965 году для подземной подстанции на 170 кВ, установленной в городском центре Цюриха (Швейцария) в следующем году. В 1976 году компания ABB поставила свое первое КРУЭ в Клэйрвилл (Канада).
Установив в 1986 году первый в мире КРУЭ на 800 кВ в Южной Африке, АВВ подтвердила свое технологическое лидерство в системах сверхвысокого напряжения. Эта, так называемая, альфа-подстанция находится в эксплуатации более 20 лет, работая без отказов или незапланированных отключений.
Первая в мире сеть переменного тока с напряжением 1100 кВ, построенная в Китае, успешно эксплуатируется с момента, когда в нее была подана энергия в 2009 году. Для этой сети компания АВВ разработала полный набор компонентов КРУЭ, включая выключатели с замыкающими резисторами, разъединителями, переключателями заземления, токовыми трансформаторами, шинами, выводами и изоляторами, и осуществила их комплексные испытания совместно с китайским производителем коммутационного оборудования, компанией Ксиян Шики. АВВ поставила основные компоненты для установки гибридного КРУЭ на 1100 кВ на подстанцию Джингмен и продолжает поставлять основные компоненты, такие как разделители, прерыватели и приводы выключателей для нескольких китайских производителей распределительных устройств, с целью поддержки и расширения сети 1100 кВ в Китае (см рисунок 3)

Рисунок 3  КРУЭ 1100 кВ для Китая

            В Индии, электрическая сеть сверхвысокого напряжения также находится в фазе испытаний, планирования и ввода в эксплуатацию. Ввод в эксплуатацию этой сети передачи электроэнергии на 800 кВ, связан с рядом тендеров на возведение нескольких подстанций, включая и распределительные устройства сверхвысокого напряжения, как КРУЭ, так и изолированные воздухом. Компания АВВ обновила свою конструкцию КРУЭ 800 кВ, которая была поставлена для этой альфа-подстанции, чтобы новое оборудование соответствовало сегодняшним стандартам для типовых испытаний функционирования, и для обновления до современных технологий. Часть этой программы обновления выполняет полную последовательность типовых испытаний, согласно современным стандартам и требованиям к электрическим сетям комитета Powergrid в Индии.
Сеть передачи электроэнергии на 1200 кВ в Индии сейчас находится в стадии испытаний, и комитет Powergrid  Индии установил в Бина испытательную станцию на 1200 кВ, позволяющую производителям устанавливать и испытывать свое оборудование для сверхвысокого напряжения. Эта испытательная станция запитана от трансформаторов, соединенных с сетью 400 кВ с обоих концов короткой воздушной линии электропередачи. Она обеспечивает прохождение потока электроэнергии напряжением 1200 кВ через оборудование, создавая условия для проведения его испытаний (Рисунок 5).

Рисунок 5. Энергия из Сатна в Бина будет доставляться через испытательную станцию на 1200 кВ.

            АВВ согласилась профинансировать и смонтировать на испытательной станции в Бина один испытательный полюс для гибридных КРУЭ. КРУЭ называется "гибридным", если его шины изолированы воздухом, но все остальное оборудование, такое как выключатели, выводы, элементы соединений, управляемые вручную разъединители, токовые трансформаторы и датчики имеют герметичную конструкцию с изоляцией элегазом. Для данного испытательного полюса применяются компоненты КРУЭ семейства ELK-5. Это связано с тем, что проведенные на них типовые испытания удовлетворяют требованиям, указанным комитетом Powergrid Индии.

Параметр                                                                             ELK-5            Спецификации Бина

Напряжение                                                                          1200 кВ                      1200 кВ
Системное напряжение                                                        1150 кВ                      1150 кВ
Уровень выдерживаемого импульсного разряда молнии  2400 кВ                      2400 кВ
Оценка pfwv короткого замыкания на землю                                1100 кВ, 1 мин                       1150 кВ
Оценка pfwv короткого замыкания через длину изолятора          1100 +635 кВ             1400 кВ
Оценка импульса молнии через открытый участок                      2400 + 900 кВ                        2400 +690 кВ
Оценка импульса переключения на заземление                 1800 кВ                      1800 кВ
Оценка импульса переключение через отрытый участок 1675 +900 кВ             1675+(980)кВ
Оценка частоты тока                                                           50 Гц                          50 Гц
Оценка нормального тока для цепей фидера                                 5000 А                                    5000 А
Оценка нормального тока для основных цепей шины       8000 А
Оценка выдерживаемого тока короткого замыкания                     50 кА, 3 сек                50 кА
Оценка выдерживаемого пикового тока                            135 кА                                    135 кА
Уровень частичного разряда каждого компонента КРУЭ < 3pC при Um/ 3       

Таблица. Сравнение показателей основного оборудования ELK-5, и требований Бина.

            Испытательный полюс гибридного КРУЭ на 1200 кВ собирается и проходит заводские испытания на фабрике АВВ по производству распределительного оборудования в Вадодара (Индия) под наблюдением Powergrid Индии. Монтаж и ввод в эксплуатацию были проведены в феврале 2013 года.

Лидерство в отрасли распределительного оборудования

Компания АВВ является лидером в области технологий и рынка для большинства технологий распределительного оборудования переменного тока сверхвысокого напряжения. Она продолжает инвестиции в разработку новых продуктов, обновление и увеличение уровня высокого напряжения. А также использует рыночные преимущества для подстанций, как с воздушной изоляцией, так и с КРУЭ.
Последней разработкой в области сверхвысоких напряжений явилась установка шунтирующего выключателя на 1100 кВ. В технологии КРУЭ выполняется обновление оборудования ELK-5 до уровня напряжения 1150 кВ, используемого в Индии, и установка соответствующих гибридных КРУЭ на подстанции Бина.