КОМПЛЕКТНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С ЭЛЕГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Применение элегаза SF6 в качестве изоляции позволяет создать КРУ на высокие напряжения. Элегаз обладает высокими электроизоляционными и дугогасительными свойствами, не токсичен, не горит, не образует взрывоопасных смесей. Свойства элегаза положены в основу создания комплексов электрических аппаратов, образующих комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ).
КРУЭ по сравнению с РУ обычного типа имеют меньшие размеры, обладают большей устойчивостью к воздействиям окружающей среды, высокую эксплуатационную надежность и небольшие эксплуатационные расходы.
На начальном этапе использование КРУЭ было связано в первую очередь с возможностью расширения и увеличения мощности подстанций в стесненных условиях городов и промышленных предприятий. Дальнейшее расширение области применения КРУЭ связано с устойчивостью элегазовых подстанций к воздействиям неблагоприятных природных условий - близости моря, загрязненности атмосферы, экстремальных температурных режимов.
Уменьшенные габариты КРУЭ позволяют широко их использовать в закрытых подстанциях. В настоящее время существует задача гармоничного вписывания РУ в окружающую среду КРУЭ, благодаря сравнительно небольшим размерам, позволяют решать эту задачу наиболее эффективно. Область применения КРУЭ продолжает расширяться, несмотря на их стоимость, превышающую стоимость РУ обычного типа. Типичное экономическое сравнение КРУЭ и ОРУ показывает, что по стоимости основного оборудования высокого напряжения КРУЭ почти в два раза дороже ОРУ. Однако полные затраты подстанций с РУ разных типов оказались почти одинаковыми, так как высокая стоимость элегазового оборудования компенсируется меньшими затратами, вложенными в строительную часть, инженерные коммуникации и др. С учетом реальных цен и экономии затрат на эксплуатацию подстанции с КРУЭ будут иметь преимущество перед подстанциями обычного типа.
КРУЭ имеют еще одно достоинство - большую гибкость компоновочных решений при проектировании и расширении подстанции, поэтому совершенствование сравнительно новой технологии элегазового оборудованвя продолжается.
ЭЛЕГАЗОВЫЕ ЯЧЕЙКИ И ИХ ОБСЛУЖИВАНИЕ
Отечественные КРУЭ выполняют на напряжение 110 и 220 кВ.
Комплектные элегазовые ячейки на напряжение 110 кВ предназначены для ЗРУ переменного тока частоты 50 Гц и имеют обозначение серии ЯЭ-100. Внешние условия работы элегазовых ячеек определены климатическими факторами, наименьшим пределом рабочей температуры -5°С, высотой над уровнем моря не более 1000 м и в окружающей среде, не содержащей химически активных и взрывоопасных примесей.
Ячейки имеют условные обозначения:
ЯЭ-110Л-23У4 ЯЭ- 110Ш-23У4 ЯЭ-110Тн-23У4 ЯЭ-110С-23 У4
ЯЭ-110Л-21У4 ЯЭ-110Ш-21У4 ЯЭ-П0Тн-1ЭУ4 ЯЭ-110С-13У4 ЯЭ-110Л-13У4.
В обозначениях: ЯЭ - ячейка элегазовая; 110 - номинальное напряжение, кВ; типы ячеек: Л - линейная, Ш - шиносоединительная, С - секционная; Тн - трансформатор напряжений; первая цифра 2 или 1 указывает на число систем шин (две или одна); вторая цифра 3 или 1 - трех или однополюсные сборные шины; У - климатическое исполнение (для умеренного климата); 4 - категория размещения по
ГОСТ.
Основные параметры ячеек серии ЯЭ:
Номинальное напряжение, кВ 110
Номинальный ток сборных шин, А 1600
Номинальный ток отводов, А 1250
Термическая стойкость, кА 50
Длительность тока термической стойкости, с:
для заземлителей .. 1
для остальных элементов 3
Избыточное давление элегаза при температуре 20°С, Мпа 0.25
Утечка элегаза из ячейки в год, % массы элегаза 2
Ячейки КРУЭ изготавливают из унифицированных деталей, что делает возможным сборку ячеек различного назначения из одних и тех же элементов. К ним относятся: полюсы выключателей, разъединителей и заземлителей; измерительные трансформаторы тока и напряжения; соединительные и промежуточные отсеки; сильфонные компенсаторы; секции сборных шин; полюсные и распределительные шкафы; шкафы системы контроля давления и шкафы трансформаторов напряжения. Каждый элемент оборудования заключают в герметизированную металлическую заземленную оболочку, необходимую для сохранения изолирующей среды (элегаза) под определенным избыточным давлением. Оболочки выполняются из немагнитного металла во избежание нагрева их переменным магнитным потоком.
Оболочки отдельных элементов соединяют с уплотнениями из синтетического каучука, этиленпропилена и других материалов. Внутренние объемы оболочек нескольких таких элементов, работающих под одинаковым давлением, объединяют в секции. В целом КРУЭ секционированы по газу. Каждая секция имеет свою контрольно-измерительную газовую аппаратуру.
Электрическое соединение элементов оборудования в КРУЭ выполняется разъемным через многоламельный контакт одного элемент с токопроводящим стержнем другого. Исполнение КРУЭ отдельными элементами дает возможность демонтажа и ремонта любого элемента без демонтажа остальных.
Ячейка КРУЭ каждого типа состоит из трех одинаковых полюсов и шкафов управления, при этом три полюса могут быть скомпонованы так, чтобы образовывать ячейки с однополюсными или трехполюсными сборными шинами.
Полюс ячейки КРУЭ 110 кВ типа ЯЭ-110Л (линейная ячейка с двумя системами шин и двумя кабельными вводами) показан на рис. 17.
Рис. 17. Полюс ячейки КРУЭ
Ячейка содержит выключатель 9 с пневматическим приводом, разъединители 7 и 10 с дистанционным пневматическим или электродвигательным приводом, стационарные заземлители 3 с ручным приводом, токопровод 4, трансформаторы тока 8, кабельные вводы 6, полюсный 1 и распределительный 2 шкафы. Сборные шины 5 расположены не пофазно, а заключены в общую оболочку, что придает компактность РУ.
Для удобства обслуживания элегазовые ячейки комплектуются заводом-изготовителем вспомогательными приспособлениями и оборудованием, включающими: сервисные тележки для подготовки и заполнения элегаза; консольную балку с передвижной тележкой, подъемный механизм и пульт управления для монтажа и демонтажа ячейки и отдельных ее элементов; установку для подготовки элегаза, обеспечивающую сушку, регенерацию, заполнение и его удаление; течеискатель для выявления мест утечки газа.
Элегазовый выключатель 9 представляет собой герметичный алюминиевый корпус, в котором смонтировано дугогасительное устройство (в выключателе на 110 кВ оно одноразрывное). Элегаз в выключателях всех типов и принципов выполняет одновременно роль изоляции и дугогасящей среды. В выключателях отечественного производства применяется автокомпрессионный принцип гашения дуги, основанный на перепаде давления, создающемся компрессионным устройством в самой гасительной камере. Для этого выключатель заполняется элегазом давления до 0,6 Мпа, при этом обеспечивается надежность его действия при температурах до -40°С. Компрессионное устройство конструктивно связано с подвижным контактом аппарата и создает перепад давления в пределах 0,6- 0,8 МПа, что обеспечивает получение критической скорости истечения элегаза и эффективность гашения дуги. Чистота элегаза и поглощение влаги из него обеспечиваются фильтрами-поглотителями в виде молекулярных сит, встраиваемых в выключатель. На внутренней поверхности выключателя предусмотрены специальные карманы (проточки), куда оседают порошкообразные продукты разложения элегаза от дуги, не оказывающие вредного действия и не уменьшающие электрическую прочность изоляции выключателя. Пневматический привод выключателя крепится к раме ячейки и расположен между полюсами ячейки.
Шинные разъединители 7 и линейные разъединители 10 предназначены для изоляции отдельных элементов элегазовой ячейки от смежных узлов и размещены в отдельных блоках. 8 блоке находится контактный стержень, соединенный изолирующей штангой с рычажным механизмом привода, розеточный ламельный контакт, в который входит контактный стержень при включении разъединителя, поперечный контактный стержень, предназначенный для стыковки элемента с другими элементами ячейки. Разъединитель снабжен электромагнитным блокировочным замком. Начиная с шинных разъединителей фазы ячейки разделены. Включение и отключение разъединителя производится через пускатель, подающий напряжение на электродвигатель. Электродвигатель поворачивает вал редуктора, который воздействует на рычажный механизм разъединителя. Контакт разъединителя, перемещаясь, входит при включении в розеточный контакт и выходит из него при отключении. Розеточный контакт установлен на присоединенном к разъединителю элементе ячейки
Заземлитель 3 применяется для заземления ячейки при монтаже, эксплуатации и ремонте. В герметичном алюминиевом корпусе смонтированы заземляющий стержень, рычажный механизм и система скользящих контактов. Заземлитель имеет электромагнитный блокировочный замок, механический указатель положения и блок коммутирующих контактов. Цепи заземлителя выведены в полюсный шкаф.
Заземлителем управляют при помощи рукоятки только вручную. При повороте рукоятки заземляющий стержень входит в розеточный контакт (включение) и выходит из него (отключение). Розеточный контакт смонтирован в изоляторе элемента, присоединенного к заземлителю.
Трансформатор тока (ТТ) в устанавливают в ячейках согласно условному обозначению серии ячейки, определяющей его назначение.
В ячейках напряжением 110 кВ ТТ устанавливают с обеих сторон элегазового выключателя. Первичной обмоткой служит токоведущий стержень, входящий в розеточные контакты выключателя и смежного с ТТ элемента полюса ячейки. Элегаз заполняет всю полость ТТ и является изолирующей средой между первичной и вторичной обмотками. ТТ 110 кВ имеет две вторичные обмотки. Каждая обмотка намотана на отдельный магнитопровод и может использоваться для защиты и измерения (класс 0,5 при нагрузке на обмотку не более 30 ВА).
Трансформаторы напряжения (ГН) устанавливают в отдельных ячейках либо в ячейках секционных или шиносоединительных выключателей. Обычно применяются ТН типа ЗНОГ-110. Основой ТН является магнитопровод стержневого типа, на который намотаны первичная и две вторичные обмотки, основная и дополнительная. ТН защищен металлической оболочкой, имеет экраны и дисковый эпоксидный изолятор для герметизации.
ТН предназначен для питания цепей защиты, сигнализации и измерения. Полость трансформатора заполняется через вентиль элегазом с рабочим давлением 0,4 МПа при температуре 20°С. В схеме ячейки ЗНОГ герметично присоединяются к КРУЭ и Допускают как вертикальную, так и горизонтальную установку.
В полюсном шкафу размещена газовая аппаратура, приборы контроля за давлением, ключи местного управления разъединителями.
В распределительном шкафу находится аппаратура цепей сигнализации, блокировки и электрического дистанционного управления элементами и пневматического управления приводами выключателя: каждый полюс выключателя имеет свой привод.
Положения коммутационных аппаратов и заземлителей при переключениях проверяют по указателям положения, механически связанным с подвижными системами аппаратов. Предусмотрены также сигнализация с помощью ламп и смотровые окна для наблюдения за положением подвижных контактов.
Ошибочные операции в КРУЭ исключены благодаря применению электрических и механических блокировок (при их исправности).
В КРУЭ на 220 кВ в отличие от КРУЭ на 110 принято однофазное исполнение сборных шин. Каждая фаза расположена внутри заземленных металлических корпусов и крепится литыми эпоксидными изоляторами.
КРУ с элегазовой изоляцией имеет следующие достоинства: уменьшение требуемой площади в 10-15 раз, увеличение межремонтных периодов, полная автоматизация обслуживания, полная пожаро- и взрывобезопасность, биологическая безопасность для окружающей среды (отсутствие электрических и магнитных полей, низкий уровень шума, отсутствие радиопомех).
Недостатками являются относительно высокая стоимость элегаза, ограничение нижних рабочих температур окружающего воздуха, что приводит к необходимости установки КРУЭ в закрытых помещениях.
Причиной ограничения нижних температур является сжижение элегаза при -30°С и ухудшение его изоляционных и дугогасительных свойств. Для открытой установки КРУЭ в местностях, где температура воздуха опускается ниже -30°С, должен решаться вопрос о возможности подогрева элегаза и всего выключателя.
Строительство подстанций с КРУЭ дает значительную экономию строительно-монтажных работ, в 7-8 раз сокращает расход металлоконструкций.
Обслуживание КРУЭ.
При осмотрах проверяется общее состояние оборудования: отсутствие пыли, шума, треска. Проверяется работа аварийно-вытяжной вентиляции, температура воздуха в помещении РУ (она должна находиться в пределах 5-40°С), давление сжатого воздуха в резервуарах пневматических приводов выключателей (оно должно находиться в пределах 1,7-2,1 МПа), а также давление сжатого воздуха для пневмоприводов разъединителей (0,6 МПа), состояние заземляющих проводок и их контактных соединений.
Важной задачей обслуживания КРУЭ является сохранение неизменным количества элегаза в оболочках с оборудованием. Это предъявляет повышенные требования к плотности оболочек, уплотнений и сварных швов. При утечках элегаза снижается электрическая прочность изоляционных промежутков, поэтому необходим надежный контроль за давлением элегаза в каждой секции. Давление контролируется приборами и должно проверяться при осмотрах оборудования.
В случае утечки элегаза секция пополняется сухим элегазом с помощью передвижной установки из баллонов с элегазом, которые через редуктор и влагопоглощающий фильтр подключаются через вентиль к секции.
В аварийной ситуации при возникновении дуги и чрезмерном повышении давления внутри оболочки разрывается специальная защитная мембрана, давление в секции сбрасывается и тем самым предотвращается разрушение оболочки. В остальных случаях давление сохраняется нормальным.
Перед демонтажом из поврежденного элемента удаляют элегаз при помощи передвижной установки, содержащей вакуумный насос, компрессор и резервуар для газа. С помощью компрессора элегаз из оболочки элемента перекачивают в резервуар, пока давление в оболочке не снизится до 100 Па. После этого вскрывают люки на оболочке и демонтируют элемент или выполняют его ремонт. Если производится ремонт, то после его окончания люки оболочек закрывают, подключают вакуумный насос и из оболочки удаляют воздух. При давлении в оболочке около 100 Па приступают к наполнению ее элегазом.
Элементы оборудования, оболочки которых повреждены, должны выводиться из работы в соответствии с инструкциями, при этом запрещается выполнять операции под напряжением аппаратами, находящимися в объемах с пониженным давлением элегаза. Пребывание в помещении РУ персонала в этом случае возможно только при включенной приточно-вытяжной вентиляции и применении индивидуальных средств защиты.
КРУЭ практически не требуют технического обслуживания. Изоляция в них не теряет своих свойств из-за атмосферных загрязнений, что исключает необходимость периодической очистки изоляции. Такие элементы, как сборные шины, измерительные трансформаторы, вообще не требуют ремонта. Интервалы между планово-предупредительными ремонтами коммутационных аппаратов, определяемые механической прочностью подвижных систем и свойствами деталей, подверженных старению, устанавливаются от 5 до 10 лет.
