Мусаэлян Э. С.
Как оценить возможность включения в работу нового электрооборудования. — Москва.: Энергоатомиздат, 1994.
Рассматриваются методы, применяемые на электростанциях и подстанциях, для оценки состояния нового электрооборудования перед вводом его в эксплуатацию и методы выявления его дефектов. Описание проверок, измерений и испытаний увязано с конструктивными особенностями электрооборудования. Учтена возможность использования изложенных методов не только для рассматриваемого, но и для аналогичного оборудования.
Для электромонтеров, занятых монтажом, наладкой и эксплуатацией новых энергетических объектов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Прежде чем включить новое электрооборудование в работу, необходимо убедиться в его полной исправности и в полном соответствии его технических данных требуемым по условиям работы. Требования учитываются проектом, а состояние электрооборудования определяется персоналом, которому предстоит эксплуатировать его, или по договорам с дирекциями — специализированными наладочными организациями.
Книга, предлагаемая читателю, посвящается следующим вопросам: как оценить состояние электрооборудования электростанции и подстанций, исправно ли оно или имеет дефекты, как выявить последние и из каких предпосылок и требований исходить при оценке.
Вопросы, освещаемые в книге, важны тем, что от правильности и качества оценки состояния и выявления дефектов зависит качество работы электростанций или подстанций, являющихся важным звеном в народном хозяйстве, от которого в свою очередь зависит успешная работа всех отраслей промышленности, сельского и коммунального хозяйства.
В книге за основу принято электрооборудование тепловых электростанции и подстанций, но сведения, которые в ней приводятся, распространяются и на аналогичное электрооборудование других видов электростанций — атомных (АЭС), гидравлических (ГЭС, ГАЭС), дизельных (ДЭС), солнечных (СЭС), геотермальных (ГЭОТЭС). приливных (ПЭС) и ветряных (ВЭС).
Некоторые излагаемые методы оценки состояния электрооборудования могут быть использованы и для проверки, выявления дефектов некоторых электроприборов, применяемых в быту.
В книге используется опыт, накопленный десятками лет в организациях Минэнерго СССР, занимающихся наладкой и испытаниями электрооборудования электростанций и подстанций. В качестве основных нормативных документов при изложении материала приняты «Нормы испытания электрооборудования» и «Правила устройств электроустановок» Минэнерго СССР.
- ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Основные узлы, имеющие общее назначение в различных видах электрооборудования
Электрооборудование электростанций и подстанций весьма разнообразно по своей номенклатуре. Однако, несмотря на различие по назначению и даже принципу действия, оно имеет общие конструктивные элементы, определяющие общие дефекты и общий подход к методам оценки состояния его.
На рис. 1 показан синхронный генератор. Как известно, синхронный генератор служит на электростанции для преобразования энергии первичного двигателя (в данном случае паровой турбины) в электрическую. Основные его конструктивные элементы — корпус со статором, набираемым из отдельных листов электротехнической стали и представляющим собой магнитопровод, ротор, обмотки (статора и ротора) и выводы их, которые конструктивно представляют собой медные стержни и изоляцию.
Кроме того, генератор обеспечивается системами охлаждения для поддержания температуры обмоток в допустимых пределах, возбуждения для питания обмотки ротора током и гашения поля для быстрого развозбуждения генератора (гашения поля его) в аварийных режимах.
На рис. 1 показан также возбудитель — основной элемент системы возбуждения. Основными конструктивными элементами его являются также корпус, статор, ротор, обмотки, выводы, изоляция. В отличие от генератора возбудитель, являющийся машиной постоянного тока, имеет еще и коллектор, служащий для преобразования переменного тока машины в постоянный. Коллектор является важным общим элементом всех машин постоянного тока.
На рис. 2, а дана конструкция асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, широко используемого в качестве электропривода в механизмах собственных нужд электростанции, а на рис. 2,6 и в показан принцип образования вращающегося магнитного поля трехфазным током, заставляющего ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля.
Физический смысл принципа действия асинхронной электрической машины достаточно популярно изложен в [3]. Здесь же важно отметить и на этом примере общность конструктивных элементов различных видов электрических машин, используемых на электростанциях в широком ассортименте. Как и в предыдущем случае, основными элементами являются корпус, статор, ротор, обмотки, выводы их, изоляция, медные стержни токоведущих частей.
На рис. 3 изображен силовой трансформатор, служащий для повышения генераторного напряжения до уровня, на котором устанавливаются связи между отдельными электростанциями и энергетическими системами, и понижения его для возможности питания электроэнергией потребителя.
Как видно из рисунка, основными конструктивными элементами силовых трансформаторов являются также корпус, магнитопровод, токоведущие части, включая обмотки и выводы, их изоляция. Специфичным конструктивным узлом силовых трансформаторов является устройство переключения отпаек обмоток, служащее для необходимого в условиях эксплуатации изменения коэффициента трансформации.
На рис. 4—8 показаны измерительные трансформаторы напряжения и тока. Первые служат для понижения напряжения, а вторые — для понижения тока электроустановки до значений, позволяющих использовать электроизмерительные приборы и реле, с помощью которых осуществляется защита электроустановок от повреждений и контроль за их работой в условиях безопасности обслуживания реле и приборов.
Как видно из этих рисунков, измерительные трансформаторы принципиально не отличаются от силовых. Так же как и у последних, основными конструктивными элементами являются корпус, магнитопровод, обмотки первичные и вторичные.
Рис. 1. Схематический рисунок турбоагрегата с синхронным генератором и возбудителем:
а- турбогенератор с возбудителем; б — образование ЭДС в обмотках статора; г—в— конструктивное выполнение обмоток статора; 1—станина мотка возбуждения возбудителя (шунтовая); 4 — основные полюсы магнитотеля; 6 — якорь возбудителя; 7 — обмотка якоря возбудителя; 8 — щетки, 12 - статор генератора; 13 — турбина; 14 — обмотка статора; 15 — щетки.
в — образование пульсирующего напряжения на щетках якоря иозбуднтедителя; 2 — обмотка дополнительных полюсов возбудителя, 3 — основная обмотка провода возбудителя; 5 — дополнительные полюсы магнитопровода возбуди- возбудителя; 9 — кольца ротора; 10— ротор генератора; 11—обмотка ротора; ротора; /, //, ///— векторы напряжения фаз обмоток М. В. С)
Рис. 2 Пример конструкции асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и принцип образования вращающегося магнитного поля трехфазным током:
а-конструкция электродвигателя серии 4А; б — изменение фазных токов во времени; в — магнитное поле в разные моменты времени; 1 — обмотка статора; 2 —сердечник статора; 3— сердечник ротора; 4 — обмотки ротора; т-т — моменты времени, в которые ток в обмотках статора достигает максимального значения в фазе А, затем в фазе В, затем в фазе С, снова в фазе А и т.д.; индексы н и к — начала и концы обмоток статора; Т — период времени, за который вращающееся магнитное поле поворачивается в пространстве на полный оборот, т. е. на 360*
Рис. 3. Трехфазный трансформатор с трубчатым баком:
1— обмотка ВН; 2 — обмотка НН; 3 — переключатель ответвлений обмотки НН; 4 — ярмовая балка; 5 — линейный отвод обмотки ВН; 6 — бак; 7 — ввод ВН; 8 — ввод НН; 9 — выхлопная труба; 10 — расширитель; 11— газовое реле; 12 — маслопровод; 13 — каток тележки; 14 — деревянная планка; 15 — указатель уровня масла; 16— магнитопровод: 17 — регулировочные ответвления; охладительные трубы
На электростанциях и подстанциях, кроме рассмотренной, широко используется разнообразная коммутационная аппаратура, служащая для включения в работу и отключения (нормального и аварийного) электрооборудования и электроустановок. К этой группе электрооборудования относятся различные неавтоматические выключатели и рубильники, предназначенные для ручного включения и отключения электрических цепей напряжением до 1 кВ, автоматические выключатели, предназначенные для дистанционного включения и аварийного отключения электрических цепей до 1 кВ, контакторы и
Рис. 4 Каскадный трансформатор напряжения однофазный типа НКФ-220:
1— ввод ВH; 2 — влагопоглотитель; 3 — расширители верхнего и нижнего блока; 4 — фарфоровая покрышка; 5 — коробка выводов вторичных обмоток: 6 — болт для заземления; 7 — тележка; 8 — кран для слива масла; ВН — первичная обмотка (высоко напряжения); НН — вторичная обмотка (низкого напряжения); С —сердечник; Р —связующие обмотки; 17 — выравнивающие обмотки; А, X — зажимы первичных обмоток; а. х.— зажимы основной вторичной обмотки; хд — зажимы дополнительной вторичной обмотки
Рис. 5. Измерительный трансформатор напряжения типа НКФ-500:
1 — кран; 2 — расширитель масла блоков; 3 — вывод высокого напряжения (ВН); 4 — блоки каскада, 5— соединительная перемычка между блоками каскада: 6 — влагопоглотитель; 7 — маслоуказатель; в — коробка выводов низкого напряжения (НН); 9 — основание каскада; 10 — фланец для вакуумирования; 11 — маслорасширителя, 12 — маслоуказатель
Рис. 6. Измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ-10:
1— вводы высокого напряжения, 2— вводы низкого напряжения: 3 — обмотка высокого напряжения; 4 — обмотка низкого напряжения, собранная в схему "звезда"; 5 — то же. собранная в схему открытый треугольник; 6 — сердечник трансформатора: 7 — трансформаторное масло; 8— бак трансформатора; 9 — крышка трансформатора
Рис. 7. Трансформатор тока 35 кВ:
а — конструкция; б — схема электрических соединений; 1 — выводы первичной обмотки; 2 — первичная обмотка; 3 — вторичная обмотка; 4 — магнитопровод; 5— фарфоровый корпус; 6 — крышка корпуса; 7 — подъемное кольцо; 8 — воздухоочистительный корпус; 9 —основание трансформатора тока; 10 — изоляционное масло; Л/. Л2 — выводы первичной обмотки; 1И1, 1И2,ЗИ1, ЗИ2 — выводы вторичных обмоток.
Рис. 8. Каскадный трансформатор тока типа ТФНКД-220:
а — конструкция; б — схема электрических соединений; 1 — выводы первичной обмотки; 2 — переключатель, позволяющий изменять Ктт на стороне первичной обмотки; 3 — маслорасширителя 4 — перемычки, соединяющие обмотки 1 и 2 ступеней каскада; 5 — кольца экрана; б—первичная обмотка ступени ; 7 —сердечник со вторичной обмоткой верхней ступени I каскада; 8 — корпус ТТ; 9 — соединительная часть; 10 — первичная обмотка нижней ступени 17 каскада; 11—сердечник со вторичной обмоткой нижней ступени 11 каскада; 12 —масло; 13 — основание; 14 — коробка выводов вторичных обмоток ТТ; Л1, Л2 — выводы первичных обмоток; И1, И2 — выводы вторичных обмоток; Д. 0,5 — классы сердечника
пускатели напряжением также до 1 кВ, масляные и воздушные выключатели высокого напряжения, служащие для включения и отключения токов нагрузки и короткого замыкания, разъединители и отделители, предназначенные для снятия напряжения с предварительно отключенной электроустановки или оборудования, а также отключения небольших токов, например токов холостого хода силовых трансформаторов (отделители), короткозамыкатели, служащие для создания искусственного КЗ, требующегося для надежной работы устройств релейной защиты.
Коммутационная аппаратура также состоит из корпуса, токоведущих частей, изоляции, но в отличие от выше рассмотренного оборудования для нее характерно наличие привода и кинематического механизма связи привода с контактной системой аппарата, а в выключателях и автоматах — также еще дугогасящих устройств, различающихся в различных типах аппаратов лишь конструктивным выполнением.
Примеры коммутационной аппаратуры представлены на рис. 9—11.
Па электростанциях и подстанциях для ограничения токов короткого замыкания применяются бетонные (рис. 12) и масляные (помещаемые в бак, заполненные маслом) реакторы. Реактор представляет собой индуктивную катушку без стального сердечника.
Для защиты электрооборудования от атмосферных и внутренних перенапряжений применяются разрядники, один из которых изображен на рис. 13.
Основными элементами реакторов являются токоведущие части и их изоляция. Основными элементами многочисленных типов разрядников являются фарфоровые покрышки, внутри которых размещаются блоки искровых промежутков и дисков, обладающих нелинейными сопротивлениями для токов импульсов перенапряжений (на рис. 13 показан вилитовый разрядник).
Широко используются в настоящее время на электростанциях комплектные распределительные устройства (РУ, КРУ), представляющие собой комплект из отдельных металлических шкафов различного назначения, поставляемых на место установки полностью готовыми к монтажу.
Рис 9. Общин вид масляного выключателя типа МГ-10 с разрезом по одному из цилиндров:
1 — рама; 2 — приводной механизм; 3 — главные подвижные контакты;4 — вал; 5 — рычаг; 6 — изолятор; 7 — цилиндр; 8— изолирующая штанга; 9 — изоляционные перегородки; 10 — тяга к приводу;11— болт для присоединения заземления; 12 — неподвижный контакт; 13 —дополнительный резервуар; 14 — клапан; 15 — изолирующие цилиндры; 16 — дугогасительная камера; 17 — маслоуказатель; 18—маслоотделитель; 19 — розеточный контакт; 20 — подкамерное пространство; 21— маслоспускная пробка; пунктирными и сплошными линиями со стрелками показан путь тока через токоведущие части выключателя (главный контур через крышку, подвижные и неподвижные контакты, параллельный дугогасительный контур через стенку цилиндра, дугогасительные контакты и стержень)
Рис. 10. Электропневматнческая и электрическая схема выключателя ВВБ-110:
1 и 2 — основание выключателя (вертикальный резервуар со сжатым воздухом н со шкафом управления); 5 — опорный изолятор; 4—8— игла, поршень, золотник, шайба, шток промежуточного узла отключения выключателя (сжатым воздухом); 9— тарелка дутьевого клапана; 10 — траверса; 11— противоэлектрод, на который перебрасывается электрическая дуга при отключении выключателя; 12 — фиксатор; 13 — шток; 14 — контактные ножи; 15 — неподвижный контакт; 16 — шунтирующий резистор; 17 —емкостный делитель; 18 — вводы; 19 — эпоксидные втулки; 20 — конфузор, экранирующий неподвижные контакты в отключенном положении выключателя; 21 — вспомогательные контакты; 22 — клапан промежуточный; 23 — привод (электропневматический); 24 — пусковой клапан привода (отключения); 25— пусковой клапан привода (включения); 26 — обратный клапан; 27 — промежуточный клапан SQ — вспомогательные контакты электропривода
Рис. 11. Разъединитель горизонтально-повторного типа РНДЗ-2-110:
1— рама; 2 — опорный изолятор; 3 — наконечник для присоединения шин* 4 — гибкая связь; 5 и 6 —главные ножи; 7 — заземляющие ножи; 8 — тяга к приводу; 9 — привод
По назначению шкафы РУ, КРУ подразделяются на:
шкафы коммутационные — с шинным отделением, выключателем, разъединителем (в виде втычных контактов) и прочим оборудованием, составляющим с первыми полностью укомплектованную электрическую цепь в схеме распределения электрической энергии по потребителям ее, в том числе собственных нужд электростанции (или подстанции);
шкафы защитные с плавкими предохранителями и разрядниками;
Рис. 13. Вентильный разрядник типа РВС-15:
Рис. 12. Бетонный реактор (фаза) в разрезе (с) н в плане (б):
1 — бетонные стойки; 2— провод; 3 — опорные изоляторы
1 — латунный диск; 2 — силуминовые фланцы; 3 — фарфоровая покрышка; 4 — вилитовые диски; 5 — блоки искровых промежутков; 6 — пружины; 7 — прокладка
шкафы измерительные с измерительными трансформаторами тока и напряжения;
шкафы токоограничивающие с реакторами и резисторами.
Над силовым отделением каждого шкафа располагаются обычно отсеки с аппаратурой релейной защиты, сигнализации, измерений и другие элементы вторичных цепей электроустановок.
Шкафы снабжаются механической блокировкой, обеспечивающей безопасность эксплуатации их.
Общий вид одного из типов КРУ показан на рис. 14. Поскольку комплектные распределительные устройства комплектуются тем же оборудованием, которое используется при разрозненном применении их на электростанциях и подстанциях, на них распространяется все сказанное выше об общности конструктивных элементов н их узлов. О некоторых особенностях КРУ говорится ниже в § 6.
Рис. 14. Общий вид шкафа КРУ типа КРУЭ-10В-400-20;
1 — трансформатор тока: 2— трансформатор напряжения; 3 — предохранитель: 4 — отсек разъединителя: 5— разъединитель; 6 — релейный шкаф; 7 — отсек вакуумного выключателя; 8— штепсельный разъем; 9 — вакуумный выключатель; 10 — розеточный контакт; 11 — дверь шкафа; 12 — шланг с проводам» вторичных цепей связи привода выключателя со шкафом управления и релейных защит
