Благодаря применению в токоприемных цепях электростанций выключателей и других коммутационных и измерительных аппаратов можно в отличие от прямых блочных схем соединения генераторов с трансформаторами осуществлять гибкие автоматические схемы соединений, маневрируя каждым Генератором в энергоблоках по отдельности, и надежно обеспечивать питание нагрузок собственных нужд. Это и определило необходимость дальнейшего развития генераторных аппаратов.
Для гидроэлектростанций (ГЭС) эффективным оказалось применение выключателей нагрузки, обеспечивающих все необходимые коммутации, кроме отключения КЗ, непосредственно в генераторной цепи.
На атомных электростанциях (АЭС) необходима особенно высокая надежность электроснабжения собственных нужд реакторов, что тесно связано с надежностью работы генераторных коммутационных аппаратов.
На гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС) частые коммутации агрегатов с генерирующего режима на двигательный и наоборот наиболее экономично и надежно производятся с помощью генераторных выключателей. Выключатели, устанавливаемые в цепях повышающих трансформаторов блоков АЭС и ТЭС, режим работы которых соответствует базисному графику, работают очень редко. В то же время выключатели, устанавливаемые в цепях блоков ГЭС, работающих по пиковой нагрузке, могут срабатывать дважды в сутки, что составляет порядка 600 операций в год или 15000 операций за 25 лет (плановый срок службы выключателей). В связи с этим оправданным является увеличение норм механических испытаний генераторных коммутационных аппаратов с 2000 — 4000 до 10 000 операций и более. Из этого следует, что вновь созданные генераторные коммутационные аппараты наиболее серьезную и объективную проверку на надежность проходят при эксплуатации их на ГЭС и ГАЭС.
Отечественная и зарубежная практика развития энергоблоков электростанций показывает, что генераторные аппараты в настоящее время должны охватывать весьма широкий диапазон параметров: номинальные токи 10 000 — 50 000 А, предельные токи отключения выключателей 100 — 350 кА, номинальные напряжения 15,75 кВ и более, ударные токи КЗ 500 -- 1000 кА (амплитуда). В дальнейшем предполагается обеспечить и способность работы генераторных выключателей в режиме АПВ.
По мере увеличения мощности единичных энергоблоков все более сложными становятся задачи поиска рациональных компоновочных решений токопроводов между главными выводами генераторов и повышающих трансформаторов в сочетании со всеми необходимыми в этих цепях генераторными аппаратами. Осложнились вопросы взаимоустановки отдельных видов этих аппаратов, традиционно разрабатываемых как самостоятельных объектов электроаппаратной техники, подчас и выпускаемых на разных заводах без должного учета направлений взаимного развития их конструктивных форм, как и развития конструктивных решений токопроводов. Осложнились вследствие этого и вопросы поиска рациональных решений строительных конструкций, их габаритов и стоимости. С увеличением номинальных токов все труднее стало избегать перегревов арматуры железобетона и окружающих металлоконструкций под влиянием сильного магнитного поля токопроводов и токоведущих систем (ТВС) аппаратов и соответствующей потери прочности строительных элементов зданий электростанций: балок, стен, перекрытий и т.п. В свою очередь осложнились проблемы поиска и рациональных решений ТВС генераторных аппаратов, особенно при естественном охлаждении, а соответственно и конструкций этих аппаратов в целом.
Решающим шагом качественно нового подхода к созданию генераторных аппаратов и токопроводов стала разработка каждого из этих объектов в пофазно экранированном исполнении с возможностью их последовательного включения в единые пофазно-экранированные цепи и компенсации противотоком внешних магнитных полей. Осуществление этого подхода предопределило и сделало реальным дальнейший прогрессивный шаг в области генераторного электроаппаратостроения — переход к созданию аппаратных генераторных комплексов (АГК).
В настоящее время АГК создаются на основе общего конструктивно-компоновочного принципа, реализующего в едином композиционном решении органически взаимосвязанные между собой элементы. Каждый комплекс состоит из технически и экономически обоснованной совокупности входящих в него аппаратов и устройств защиты, сигнализации, блокировки, управления и контроля, объединенных общностью назначения с высокими показателями качества и надежности элементов и комплекса в целом.
Комплексное конструктивное решение генераторных аппаратов по сравнению с самостоятельными их исполнениями позволяет получить ряд преимуществ:
сокращается занимаемая площадь и объем здания; общая сборка производится на предприятии-изготовителе, поставка на место установки осуществляется в виде полностью собранных полюсов или их крупными блоками, чем резко сокращается время монтажа, повышается его качество и снижается стоимость;
повышается надежность аппаратов комплекса, улучшаются условия их эксплуатации, расширяется возможность введения автоматизированного управления, увеличиваются межремонтные сроки;
практически исключаются случаи попадания персонала под напряжение, поскольку токоведущие и дугогасительные системы находятся внутри заземленных оболочек;
существенно сокращаются затраты материалов и труда благодаря расширению использования унифицированных деталей и узлов конструкций и возможностей прогрессивной технологии;
появляется возможность применить общую для комплексов систему электромагнитного экранирования, создавая ее с естественным или, если это необходимо, с принудительным водяным охлаждением, повышать номинальные токи комплекса, не вводя искусственного охлаждения его ТВС на высоком потенциале;
повышаются сейсмостойкость, пожаробезопасность и надежность в эксплуатации.
Аппаратный генераторный комплекс представляет собой органичное слияние аппаратов, входящих в комплекс, не только путем соединения их на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но и проникновением элементов одного аппарата в другой с частичным объединением выполненных ими функций. Комплексы должны обладать высоким техническим уровнем, резервом перспективного развития по параметрам, композиционной цельностью, соразмерностью, удобством обслуживания и экономичностью, а также должны быть конструктивными, что определяется их предельно возможной простотой, компактностью (малогабаритностью), минимально возможной массой, рациональной расчлененностью на конструктивные узлы, транспортабельностью. Эти качества достигаются на основе творческого научного поиска принципиально новых технических идей и решений при всемерном использовании общих достижений в данной и смежной областях науки и техники.
Аппаратные генераторные комплексы относятся к наиболее сложным, дорогостоящим и ответственным объектам не только электроаппаратной техники, но и техники вообще. Здесь особенно сильно в относительно ограниченном объеме комплекса проявляются воздействия одновременно протекающих и взаимовлияющих физических процессов: электромагнитных, тепловых, газодинамических, механических — различных в своих сочетаниях применительно к назначению аппаратов и устройств, входящих в состав комплекса. Такие комплексы определились как форма дальнейшего развития генераторных аппаратов на большие номинальные токи, любые классы генераторных напряжений и высокую стойкость при сквозных токах КЗ.
