7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-2_н

Разъединители

Разъединитель − неотъемлемый элемент ПС, обеспечивающий элек- тробезопасность персонала ПС при проведении оперативных переключе- ний, профилактических, ремонтных и других работ. Этот аппарат предна- значен для образования видимого разрыва обесточенной электрической цепи.

Разъединители имеют очень широкий параметрический спектр в ча- сти электрических характеристик: по напряжениям, номинальному току, электродинамической стойкости, току термической стойкости, классу изо- ляции.

По конструктивному исполнению разъединитель может быть вруб- ным, поворотным, пантографным, подвесным, с одним или двумя зазем- ляющими ножами.

Высоковольтные разъединители производятся в Украине предприя- тием «Укрэлектроаппарат» (г. Хмельницкий), фирмой АВВ РЗВА (г. Ров- но); также высоковольтные разъединители разрабатываются ОАО «ВИТ», а изготавливаются ОАО «ЗЗВА» (г. Запорожье).

Разъединители других классов напряжения и электрических пара- метров, которые не производятся в Украине, широко представлены на рынке импортного оборудования такими производителями, как Велико- луцкий завод (Россия) и западными фирмами ALSTOM, SIEMENS, АВВ. Следует отметить, что при реконструкции ПС в большинстве случаев ока- зывается предпочтительным применение разъединителей российского производства ввиду их легкой заменяемости на существующих опорных конструкциях, с сохранением прежних габаритов и без адаптации систем управления приводов.

Ограничители перенапряжений (ОПН)

До середины 80-х годов прощлого столетия основным средством за- щиты от перенапряжений в электрических сетях Украины считались вен- тильные разрядники с искровыми промежутками и карбидокремниевыми рабочими сопротивлениями, разработанные в период 1950−1960- х годов.

Принципиальный переворот в области ограничения перенапряжений в сетях произошел в результате разработки ОПН − высоконелинейных вари- сторов на основе окиси цинка. Варистор представляет собой поликристал-

113

лическую структуру, состоящую из легированных кристаллов окиси цинка и полупроводящих барьеров между ними из окислов других металлов.

Вольт-амперная характеристика металооксидного варистора облада- ет такой нелинейностью, что при повышении напряжения в 2 раза ток че- рез него увеличивается на несколько порядков.

По сравнению с вентильными разрядниками ОПН обладают следу- ющими преимуществами:

−глубокий уровень ограничений всех видов импульсных перена- пряжений;

−отсутствие сопровождающего тока после затухания волны перена- пряжений;

−способность к перегрузке и рассеиванию больших энергий;

−непрерывное подключение к защищаемой сети;

−простота конструкции, надежность и безопасность в эксплуатации. Украинской промышленностью освоено производство ОПН всех

классов напряжения до 220 кВ включительно (производитель «Таврида электрик», г. Севастополь). ОПН 330 кВ и выше поставляются западными производителями.

Интересны перспективные конструкции ОПН с изолирующей ру- башкой на основе композитных полимерных изоляторов, имеющих не- большую массу при высокой механической прочности. Примером может служить ОПН типа РEXLIM фирмы АВВ. Этот ОПН при превышении до- пустимых перенапряжений не разрушается, не воспламеняется и не горит, электрическая дуга лишь точечно пробивает оболочку корпуса и выходит на поверхность. Подобные ОПН позволяют их установку в непосредствен- ной близости от трансформаторных вводов, а также на опорах и проводах ВЛ, и не представляют опасности для обслуживающего персонала и окру- жающей среды в случае разрушения.

Установка ОПН непосредственно на опорах линий эффективно сни- жает коммутационные перенапряжения при включении и отключении длинных линий.

Специальное оборудование для вставок постоянного тока

Вставка постоянного тока (ВПТ) предназначена для осуществления электрической связи и обмена энергией между энергосистемами, работа-

114

ющими с разной частотой (например 50 и 60 Гц), либо со значительными отклонениями по частоте (± 2 Гц).

ВПТ представляет сложное сооружение подстанционного типа с высшим напряжением 400 или 750 кВ по переменному току. Это сооруже- ние состоит из двух ОРУ высшего напряжения, на которых размещаются коммутационное оборудование, преобразовательные трансформаторы и высоковольтные фильтры высших гармоник. Между двумя ОРУ размеща- ются преобразовательные устройства, выпрямляющие переменный ток од- ной частоты в постоянный ток, который затем инвертируется в перемен- ный ток иной частоты. Мощность ВПТ составляет, как правило, 500− 700 МВт.

Центральным технологическим звеном ВПТ являются блоки вен- тильных преобразователей (выпрямительный и инверторный блоки), вы- полненные на основе тиристорных элементов − полупроводниковых дис- ков диаметром 100 мм на напряжение 5,5 кВ. Для достижения мощности 600 МВт необходимо около 900 тиристорных элементов. В Украине такие элементы не производятся, а закупаются у западных фирм (например, у

SIEMENS).

Блок вентильных преобразователей конструктивно может выпол- няться в двух видах, в зависимости от способа охлаждения тиристоров. За- порожский завод «Преобразователь» освоил производство вентильных блоков в баках с масляным охлаждением тиристоров (по типу охлаждения трансформаторов). Эти блоки можно компоновать на площадках, подобно ОРУ ПС. Западные инофирмы предлагают вентильные блоки с водяным охлаждением (деионизированной водой). Эти блоки можно компактно размещать в закрытых помещениях (залах) площадью 20×30 м, существен- но снижая размеры территории ВПТ. Отметим, что элементная база (тири- сторы) преобразовательнных блоков отечественного и зарубежного произ- водства одинакова. Отечественные преобразовательные блоки, уступая за- рубежным аналогам в компактности, пожаробезопасности и в уровне экс- плуатационного обслуживания, обладают тем не менее весомым преиму- ществом: они значительно дешевле импортных преобразователей (их сто- имость примерно на 30 % ниже).

115

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот осу- ществляется по схеме включения преобразователей в 12-ти фазные груп- пы, питаемые от источников 6-ти фазного тока − преобразовательных трансформаторов. Эти трансформаторы имеют одну обмотку высокого напряжения, подключаемую к сети энергосистемы, а также две обмотки среднего напряжения (90−100 кВ) для преобразователей. Одна обмотка СН соединена в «звезду», а другая в «треугольник», что создает требуемую 6- ти фазную систему переменного тока.

Преобразовательные трансформаторы на классы напряжения 400−750 кВ могут изготавливаться Запорожским трансформаторным заво- дом.

Преобразование тока по 12-ти фазной схеме искажает идеальную си- нусоиду переменного тока гармониками 13-го и выше порядков. Фильтра- ция высших гармоник на ВПТ осуществляется колебательными контурами (фильтрами), состоящими из конденсаторов и сопротивлений (конденсато- ры необходимого класса в Украине не производятся).

Преобразование тока связано с потреблением значительной реактив- ной мощности. Поскольку получить такую мощность от энергосистемы за- труднительно, на ВПТ устанавливают конденсаторные батареи, включае- мые, как правило, на высшее напряжение. Роль генераторов реактивной мощности могут также выполнять конденсаторы фильтров высших гармо- ник.

Изоляционное оборудование на подстанциях

На ПС применяются опорные и подвесные изолирующие крепления проводов и шин.

До настоящего времени опорные изолирующие конструкции для ПС изготавливаются из фарфора, поскольку на данном этапе развития техники этот единственный электроизоляционный моно материал может работать в условиях механического сжатия, изгиба, кручения либо их сочетания.

К сожалению, изолирующие конструкции на основе фарфора не от- носятся к категории надежных, то есть, долговечных, безотказных и меха- нически прочных. Нет основания полагать, что техника предложит новые, аналогичные фарфору высокопрочные мономатериалы, Поэтому в бли- жайшей перспективе следует ориентироваться на композиционные элек-

116

троизоляционные конструкции. Сочетание новых апробированных матери- алов, таких как стеклопластик и кремнийорганическая резина, уже нашло свое применение в отечественном изоляторостроении.

ВУкраине разработаны и изготавливаются подвесные стержневые композиционные изоляторы, предназначенные для использования в изоли- рующих конструкциях линий электропередачи. Эти же изделия, несмотря на избыточную механическую прочность их в изолирующих конструкциях ПС, уже сейчас можно применять в подвесках ошиновки распределитель- ных устройств.

Имеется обоснованная уверенность, что сочетание новых изоляци- онных материалов в подстанционных изолирующих конструкциях (опор- ные изоляторы, шинные опоры, изоляторы коммуникационных аппаратов

−выключатели, разъединители, отделители и т. д., как сборочная единица) могут стать основой этих конструкций. Из этих же материалов могут изго- тавливаться вводы, проходные изоляторы, втулки и изоляционные по- крышки для трансформаторов тока, напряжения, ОПН (реальным приме- ром такого решения являются ОПН типа РEXLIM).

ВНИИ ВН (г. Славянск) уже продолжительное время ведутся работы по технологии производства стеклопластиковых деталей кольцевого сече- ния необходимых диаметров, удовлетворяющих нагрузочным условиям, в основном на изгиб, и пригодных как для подстанционных, так и аппарат- ных композиционных изолирующих конструкций.

Среди известных освоенных производством можно назвать, напри- мер, такие изделия:

− гибридный опорный стержневой изолятор, состоящий из фарфоро- вого стержня и ребер из кремнийорганической резины на напряжения 35 и 110 кВ (ГС6-200, ГС6-450);

− изоляционные покрышки ограничителей перенапряжений для

напряжений 6−35 кВ;

−опорно-стержневой полимерный изолятор для высоковольтных ап- паратов напряжением 110 кВ (СОК6-450-II);

−предохранительное полимерное устройство для разъединителей напряжением 110 кВ (УПП 40-110), устанавливаемое вертикально допол- нительно к основному опорно-стержневому фарфоровому аппаратному

117

изолятору, что повышает надежность работы разъединителей, предотвра- щая обрушение токоведущих частей с замыканием на землю и снижая опасность при оперативных действиях.

Кроме того, имеются композиционные составы (кремнийорганиче- ские жидкости), предназначенные для нанесения покрытий на стеклянные

ифарфоровые изоляционные детали с целью повышения их химической и термической стойкости, гидрофобности.

3.5.Основные направления повышения эффективности переда- чи электрической энергии

Мировой опыт по применению современных технических средств в электроэнергетической отрасли свидетельствует, что повышение эффек- тивности передачи электрической энергии необходимо рассматривать комплексно. Технологической основой создания электрических сетей но- вого поколения и модернизации существующих должны стать:

1) компактные линии электропередачи различных классов напряже- ния с применением СИП и ПЗВ;

2) кабельные линии различных классов напряжения, выполненные кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена;

3) газоизолированные линии;

4) универсальные компактные устройства подстанционного обору- дования, выполненные как за счет применения новых видов изоляции и оптимизации изоляционных промежутков, так и путем комбинации от- дельных высоковольтных устройств в одном корпусе;

5) экологически и пожаробезопасные полностью герметизированные

иавтоматизированные ПС для различных классов напряжения подземного исполнения.

Наиболее известным техническим решением является применение комплектно-распределительных устройств с элегазовой изоляцией (КРУЭ), поскольку электрическая прочность элегаза значительно превосходит электрическую прочность воздуха.

Современный уровень и технология изготовления КРУЭ позволяют с достаточной степенью надежности производить КРУЭ в общем кожухе на три фазы вплоть до напряжений 500 кВ, однако в настоящее время обще-

118

принято производство КРУЭ в общем кожухе до напряжений не более 170−220 кВ, что обеспечивает наиболее оптимальное построение ПС.

Стремление к использованию КРУЭ объясняется следующими их достоинствами: компактностью − площадь, занимаемая КРУЭ, составляет несколько процентов от площади, требуемой для ОРУ, а объем ячейки КРУЭ более чем в 100 раз меньше объёма ячейки ОРУ; высокой надежно- стью и безопасностью в обслуживании; стойкостью к загрязненной окру- жающей среде; возможностью установки в сейсмически активных и труд- нодоступных районах; простотой монтажа.

С целью дальнейшего увеличения компактности ОРУ наблюдается тенденция к объединению в одном герметизированном отсеке разных ап- паратов, например, выключателя с трансформаторами тока, с разъедините- лями и заземлителями, так называемых комбинированных выключателей типа РАSS (Plug And Switch System − система "присоединяй и включай").

Дальнейшее повышение компактности по отношению к традицион- ной ПС с КРУЭ при одновременном исключении пожароопасности, дости- гается путем применения силовых элегазовых трансформаторов, мощность которых достигла 300−400 МВА, а номинальное напряжение 330 кВ.

В результате, в Японии, Австралии и других странах в мегаполисах уже реализован ряд проектов полностью герметизированных и автомати- зированных (без обслуживания) компактных ПС без обслуживания 66− 362 кВ с элегазовой изоляцией. Указанные ПС являются наиболее без- опасными, с точки зрения взаимодействия объектов подстанционного обо- рудования с экологическими компонентами окружающей среды. Кроме то- го эти ПС являются пожаробезопасными и располагаются под землей, а это значит, что экономический эффект связан не только со значительным со- кращением используемой земли, но и возможностью возведения над ПС многоэтажных зданий.

Для Украины, как страны с развитой инфраструктурой, внедрение современных технических средств в электроэнергетической отрасли, в частности в электрических сетях, позволит повысить эффективность пере- дачи электрической энергии, надежность работы отрасли в целом, снизить негативное влияние электроэнергетических объектов на экологические

119

компоненты окружающей среды, кроме этого, сократить использование земли под электроэнергетические объекты.

Контрольные вопросы

1.Основные определения, связанные с воздушными линиями; общая характеристика конструктивного исполнения воздушных линий; пролеты и габариты воздушных линий.

2.Провода и тросы воздушных линий, их основные типы, материал и конструктивные особенности.

3.Самонесущие и защищенные изолированные провода, высокотем- пературные провода для воздушных линий.

4.Опоры воздушных линий, их основные типы, материал и кон- структивные особенности.

5.Перспективные направления в области сооружения опор воздуш- ных линий.

6.Изоляторы воздушных линий, их основные типы и области приме-

нения.

7.Композиционные изолирующие конструкции воздушных линий.

8.Линейная арматура воздушных линий, ее основная характеристика

иназначение.

9.Конструкция воздушных линий разных номинальных напряжений.

10.Характеристика условий работы воздушных линий, причины по- вреждаемости воздушных линий.

11.Преимущества и недостатки кабельных линий по сравнению с воздушными линиями.

12.Основные типы, конструктивные особенности, способы проклад- ки кабелей различных напряжений.

13.Подробная характеристика кабелей с изоляцией из сшитого поли-

этилена.

14.Достоинства и недостатки кабелей с бумажно-маслянной изоля- цией и изоляцией из сшитого полиэтилена.

15.Прокладка кабелей в земле, кабельных сооружениях, подводная прокладка кабелей, прокладка кабелей на вертикальных и крутонаклонных участках трассы.

120

16.Защита кабелей от коррозии.

17.Основные элементы ПС, их назначение, типы, конструкция.

18.Трансформаторы и автотрансформаторы, их назначение, типы, конструктивное выполнение.

19.Распределительные устройства, распределительные пункты, их назначение, типы, конструктивное выполнение.

20.Преобразователи, компенсирующие устройства и реакторы, их назначение, типы, конструктивное выполнение.

21.Элегаз как основа создания современных коммутационных аппа- ратов и распределительных устройств

22.Современное электротехническое оборудование ПС в Украине

23.Основные направления повышения эффективности передачи электрической энергии.

121

РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ АНАЛИЗА УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

ТЕМА 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АНАЛИЗА УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ

1.1. Основные понятия. Расчетные режимы ЭСС

Режимом электрической системы называется некоторое ее состоя-

ние, определяемое значениями мощностей, напряжений, токов, частоты, характеризующих процесс производства, передачи и распределения элек- троэнергии и называемых параметрами режима. Все параметры могут быть разделены на параметры узловых точек (напряжение, частота) и па- раметры режима ветвей (активная и реактивная мощности, ток), характе- ризующие нагрузку этих элементов.

Во втором разделе курса «Электрические системы и сети» рассмат- риваются установившиеся режимы работы, т. е. режимы, параметры кото- рых могут приниматься неизменными. В свою очередь установившиеся режимы разделяются:

−на нормальные режимы − при отсутствии выведенных в ремонт или аварийно-отключенных генераторов, линий или трансформаторов;

−послеаварийные режимы – после аварийного отключения любого генератора, линии или трансформатора.

Наиболее характерными нормальными режимами являются:

−режим максимума нагрузки − режим наибольшего значения ак- тивной нагрузки за определенный период времени;

−режим минимума нагрузки − режим наименьшего значения актив- ной нагрузки за определенный период времени.

Характерными послеаварийными режимами являются режимы при отключении наиболее загруженных линий и трансформаторов.

Расчеты (анализ) режимов выполняются при проектировании и экс- плуатации ЭСС для оценки условий, в которых будут работать и работают их элементы. Такие оценки дают возможность установить допустимость планируемого режима ЭСС, найти оптимальные условия для производства, передачи и распределения требуемого количества электроэнергии.

122