CC BY
30
© А.В. Виноградов, М.В. Бородин, А.А. Лансберг, А.И. Псарев, Н.С. Сорокин
УДК 621.316.542:621.3.027.6:621.3.064.1
АНАЛИЗ ТИПОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ И ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА ПОДСТАНЦИЯХ С ВЫСШИМ НАПРЯЖЕНИЕМ 35-110 кВ ФИЛИАЛА ПАО «МРСК
ЦЕНТРА»-«ОРЕЛЭНЕРГО»
1 А.В. Виноградов, 2 М.В. Бородин, 2 А.А. Лансберг, 2 А.И. Псарев, 2Н.С. Сорокин
'Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, г. Москва, Россия
2«Орловский государственный аграрный университет», г. Орел, Россия
Резюме: На надежность электроснабжения потребителей значительно влияет электрооборудование, использующееся в технологических процессах приема и передачи электрической энергии. Одним из типов электрооборудования, непосредственно влияющих на надежность электроснабжения, являются высоковольтные коммутационные аппараты, производящие включение и отключение электрических цепей, защиту электроустановок от ненормальных и аварийных режимов работы. Анализ применяемых выключателей по их производителям, по способу гашения дуги, остаточному коммутационному ресурсу позволяет строить прогнозы надёжности электроснабжения потребителей, оценивать необходимые затраты на реконструкцию электрических сетей. Оценка коммутационного ресурса с учётом значения коммутируемых токов также позволяет выявить рациональность выбора выключателей. ПОЭТОМУ ЦЕЛЬ работы заключается в анализе типов высоковольтных коммутационных аппаратов и оценке остаточного ресурса выключателей, установленных на подстанциях с высшим напряжением 35-110 кВ филиала ПАО «МРСК Центра - «Орелэнерго». МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ - анализ статистических данных по составу высоковольтных выключателей, установленных на подстанциях с высшим напряжением 35-110 кВ филиала ПАО «МРСК Центра - «Орелэнерго». РЕЗУЛЬТАТЫ работы представлены в виде количественных и процентных соотношений применяемых на анализируемых объектах высоковольтных выключателей по производителям, а также по среде, в которой производится гашение токов коротких замыканий и нагрузок. Также результатом исследований является применение и развитие метода оценки остаточного ресурса на примере элегазового высоковольтного выключателя 3AP1DT-145/EK производства компании «SIEMENS», установленного на распределительном устройстве 110 кВ подстанции «Советская» 110/35/10 кВ, и построение зависимости расхода ресурса выключателя от коммутируемых токов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотренный метод может применяться персоналом электросетевых организаций для оценки остаточного ресурса высоковольтных выключателей и служить основой для разработки графика и мероприятий по их планово-предупредительному ремонту. Также применение метода оценки остаточного ресурса позволяет сделать выводы о правильности выбора высоковольтного выключателя и эффективности использования его ресурса. Выводы, сделанные по итогам проведенных исследований, содержат рекомендации электросетевым организациям по повышению эффективности распределительных объектов электросетевого комплекса и для разработки мероприятий по техперевооружению и повышению эффективности подстанций с высшим напряжением 35-110 кВ.
Ключевые слова: надежность электроснабжения; коммутационный аппарат; высоковольтный выключатель; подстанция, остаточный ресурс; ток короткого замыкания.
ANALYSIS OF TYPES OF HIGH-VOLTAGE SWITCHING DEVICES AND A METHOD FOR ASSESSING THE RESIDUAL LIFE OF SWITCHES INSTALLED AT SUBSTATIONS WITH A HIGHER VOLTAGE OF 35-110 kV OF THE BRANCH OF «IDGC OF CENTRE-ORELENERGO»
1 AV Vinogradov, 2 MV Borodin, 2 AA Lansberg, 2 AI Psarev, 2 NS Sorokin
'Federal scientific agroengineering center VIM, Moscow, Russia 2Orel State Agrarian University, Orel, Russia
Abstract: The reliability of power supply to consumers is significantly affected by the electrical equipment used in the technological processes of receiving and transmitting electric energy. One of the types of electrical equipment that directly affects the reliability of power supply is highvoltage switching devices that enable and disable electrical circuits, protect electrical installations from abnormal and emergency operating modes. The analysis of the applied switches by their manufacturers, by the method of arc extinguishing, by the residual switching resource allows us to make forecasts of the reliability of power supply to consumers, to estimate the necessary costs for the reconstruction of electrical networks. The evaluation of the switching resource, taking into account the value of the switched currents, also allows us to identify the rationality of the choice of switches. Therefore, THE PURPOSE OF THE WORK is to analyze the types of high-voltage switching devices and evaluate the residual life of switches installed at substations with a higher voltage of 35-110 kV of the branch of PJSC «IDGC of Center-«Orelenergo». RESEARCH METHODS - analysis of statistical data on the composition of high-voltage switches installed at substations with a higher voltage of 35-110 kV of the branch of PJSC «IDGC of Center-«Orelenergo». THE RESULTS of the work are presented in the form of quantitative and percentage ratios of high-voltage switches used at the analyzed objects by manufacturers, as well as by the environment in which short-circuit currents and loads are extinguished. Also, the result of the research is the application and development of the method for estimating the residual life on the example of a gas-fired high-voltage switch 3AP1DT-145/EK manufactured by «SIEMENS», installed on the 110 kV switchgear of the «Sovetskaya» 110/35/10 kV substation, and the construction of the dependence of the switch resource consumption on the switched currents. CONCLUSION. The considered method can be used by the personnel of power grid organizations to assess the residual life of high-voltage switches and serve as a basis for developing a schedule and measures for their planned preventive repair. Also, the use of the residual resource estimation method allows us to draw conclusions about the correct choice of a high-voltage switch and the efficiency of using its resource. The conclusions drawn from the results of the conducted research contain recommendations to power grid organizations to improve the efficiency of distribution facilities of the power grid complex and to develop measures for technical re-equipment and increase the efficiency of substations with a higher voltage of 35-110 kV.
Keywords: reliability; switching device; high-voltage switch; substation; residual life; short-circuit current.
Введение
Надежность коммутационных аппаратов непосредственно влияет на надёжность передачи и распределения электроэнергии, надёжность электроснабжения потребителей, повышение которой в настоящее время является актуальным направлением развития электроэнергетики чему посвящены работы многих ученых [1-4]. Отказы коммутационных аппаратов в сетях 35-110 кВ приводят к значительным ущербам для потребителей и электросетевых организаций, так как через них передаются значительные мощности [5], в том числе осуществляется электроснабжение сельских населённых пунктов, сельхозпредприятий, целых сельских районов. В то же время отказы выключателей данного напряжения - не такое уж редкое явление. Так, в работе [5] показано, что при 283-ми выключателях напряжением 110 кВ, относящихся к Пензенской энергосистеме в период 2009-2013 гг. было выявлено 188 случаев их отказов по разным причинам. Надёжность выключателей зависит от многих факторов, среди которых конструктивное исполнение, срок эксплуатации и остаточный коммутационный ресурс, правильность выбора по характеристикам, своевременность обслуживания и диагностики.
Для обеспечения хорошего технического состояния электрооборудования, длительно находящегося в эксплуатации, с целью выполнения им заданных функций применяется система планово-предупредительного ремонта. Новое электрооборудование, устанавливаемое на электроэнергетических объектах, имеет высокую надежность и безотказность, при этом в процессе эксплуатации происходит ухудшение характеристик оборудования, что приводит к снижению надежности его работы. В связи с постоянным появлением на рынке и в эксплуатации выключателей новых типов учеными разрабатываются новые методы их контроля и диагностики [6-10], поскольку ранее разработанные методики, например «ГОСТ 687-78. Выключатели переменного тока на
напряжение выше 1000 В. Общие технические условия», а также [11], устаревают и зачастую не подходят для новых типов коммутационных аппаратов.
Цель исследования - произвести анализ коммутационных аппаратов, установленных на подстанциях с высшим напряжением 35-110 кВ филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» и на примере одного из высоковольтных выключателей оценить расход коммутационного ресурса на основе современных методов.
Материалы и методы
В филиале ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» уделяется большое внимание вопросу повышения надежности электроснабжения потребителей. В компании разрабатываются различные планы по реконструкции, плановому ремонту.
На основе представленных сотрудниками филиала данных по коммутационным аппаратам, установленных в настоящее время на подстанциях 35-110 кВ, находящихся на балансовой принадлежности филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго», стояли задачи проанализировать коммутационные аппараты по типам, критериям устаревания и производителям, в частности, был произведен анализ по среде гашения токов нагрузки и коротких замыканий.
В качестве примера для оценки остаточного ресурса был выбран зарубежный элегазовый высоковольтный выключатель 3AP1DT-145/EK производства компании «SIEMENS» с номинальным током 2,5 кА и отключающей способностью 31,5 кА, установленный на распределительном устройстве 110 кВ подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ. Технические характеристики выключателя [12] и полученные в службе «Расчета режимов электрических сетей» филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» максимальный ток нагрузки за 2020 год и токи коротких замыканий (КЗ) на распределительном устройстве (РУ) 110 кВ подстанции (ПС) «Советская» 110/35/10/6 кВ представлены в таблице 1.
Таблица 1
Значения токи нагрузки и КЗ на ПС Советская 110/35/10/6 кВ и технические характеристики
выключателя 3AP1DT-145/EK производства компании Siemens.
Технические характеристики выключателя 3AP1DT-145/EK Номинальный ток, кА, 1ном Отключающая способность, кА, 1откл
2,5 31,5
Токи на РУ 110 ПС Советская 110/35/10/6кВ Трехфаз ного КЗ, 1по(3), кА Двухфаз ного КЗ, I(2), кА Однофаз ного КЗ, I(0), кА Наг рузки, А
13,2 11,4 3,9 47, 3
Оценка остаточного ресурса выключателя произведена согласно способу [13], подробно рассмотренному в работе [14] на выключателях на номинальное напряжение 220 кВ типов ВВД-220Б, У-220Б, ВМТ-220Б, ВЭК-220. Согласно способу [13], осуществляется фиксация текущего тока коммутации 1ъ на основании которого вычисляется величина текущего сработанного ресурса высоковольтного выключателя Р(, о.е., при этой коммутации по формуле (1):
Р = )2 (1)
' I
откл
где I - текущее значение тока коммутации, кА; /откл - отключающая способность выключателя, кА.
Для того, чтобы вычислить остаточный ресурс Ро, из коммутационного ресурса высоковольтного выключателя РК вычитают величину текущего сработанного ресурса Рс согласно формуле (2) [13]:
Р = Р - Р (2)
оке ^ '
где Ро - остаточный ресурс высоковольтного выключателя, о.е.; Рк — установленный ресурс высоковольтного выключателя, о.е.; Рс - текущий сработанный ресурс высоковольтного выключателя, о.е.
Недостатком рассмотренного в работе [14] способа [13] является его применение на моделях с использованием относительных значений токов коммутации, не рассмотренных на реальных электроэнергетических объектах, а также отсутствие методических рекомендаций по определению числа коммутаций, которые возможно осуществить при разных значениях коммутируемых токов нагрузки и коротких замыканий.
В связи с этим, предлагаем оценивать число коммутаций по формуле (3) с использованием ранее определенного текущего сработанного ресурса по формуле (1):
n - P
(3)
где п - число коммутаций при текущем сработанном ресурсе Рс и полном коммутационном ресурсе Рк.
Например, полный коммутационный ресурс выключателя 3АРШТ-145/ЕК определим по положениям «ГОСТ Р 52565-2006 Выключатели переменного тока на напряжения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия», согласно которому для элегазовых выключателей с отключающей способностью 31,5 кА возможно произвести 20 коммутаций номинального тока отключения.
Результаты исследований и их обсуждение
По состоянию на конец 2020-го года на балансе филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» находилось 49 подстанций с высшим напряжением 110 кВ и 90 подстанций с высшим напряжением 35 кВ.
Для разработки мероприятий, направленных на техперевооружение подстанций и повышение эффективности их функционирования произведем анализ типов коммутационных аппаратов, установленных на подстанциях в филиале ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго». Результаты проведенного анализа типов коммутационных аппаратов представлены на рисунках 1, 2.
Рис. 1 Типы коммутационных аппаратов, Fig. 1 Types of switching devices installed at установленные на подстанциях филиала ПАО substations of the branch ofPJSC 1DGC of Center-«МРСК Центра»-«Орелэнерго» с высшим Orelenergo with a higher voltage of 110 kV. напряжением 110 кВ.
Исходя из данных, представленных рисунке 1, следует, что почти половина, а именно 47% коммутационных аппаратов подстанций с высшим напряжением 110 кВ - это работающая в совокупности система отделитель-короткозамыкатель (ОД-КЗ). В настоящее время на 32-х подстанциях филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» установлено 56 комплектов ОД-КЗ-110 кВ. Согласно положениям стандарта организации ПАО «ФСК ЕЭС» «СТО 56947007-29.240.10.248-2017. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ», данная система значительно устарела и обладает низкой надежностью, в связи с чем недопустима к использованию на вновь сооружаемых и реконструируемых подстанциях, а на существующих - требуется замена данной системы на современные типы вакуумных и элегазовых выключателей.
Также следует отметить, что большую часть коммутационных аппаратов, установленных на подстанциях с высшим напряжением 110 кВ, составляют масляные и маломасляные выключатели отечественного производства, которые в настоящее время значительно устарели. При этом на подстанциях установлена незначительная доля современных коммутационных аппаратов, а именно: отечественные элегазовые баковые выключатели ВБ-110 (3%) и ВЭБ-110 (2%), элегазовые баковые выключатели 3AP1DT-145/EK (4%) и колонковые выключатели 3AP1FG-145/EK (6%) производства компании SIEMENS, отечественные элегазовые колонковые выключатели ВГТ-110 (8%), элегазовые колонковые выключатели LTB-145D1/B производства компании ABB (2%), элегазовые
колонковые выключатели LW24-126 китайского производства (2%).
Исходя из анализа данных, приведённых на рисунке 2, можно сделать вывод, что на подстанциях с высшим напряжением 35 кВ система ОД-КЗ-35 составляет практически четвертую часть коммутационного оборудования. Большая часть коммутационных аппаратов представлена устаревшими масляными выключателями отечественного производства ВТ-35 (157 единиц). Среди нового оборудования можно отметить 6 вакуумных выключателей отечественного производства ВРНТ-35.
од-кз -35__
Рис. 2 Типы коммутационных аппаратов, Fig. 2 Types of switching devices installed at установленные на подстанциях филиала ПАО substations of the branch of PJSC IDGC of Center-«МРСК Центра»-«Орелэнерго» с высшим Orelenergo with a higher voltage of 35 kV. напряжением 35 кВ.
В таблице 2 представлены классификации выключателей по критериям конструкции и среды гашения токов нагрузок и коротких замыканий, новому и устаревшему оборудованию, отечественным и зарубежным производителям.
Таблица 2
Типы коммутационных аппаратов, установленные на подстанциях филиала ПАО «МРСК Центра»-
«Орелэнерго» с высшим напряжением 35-110 кВ по конструкции и среде гашения токов, _производителям, устаревшим и новым аппаратам._
Подстанции с высшим напряжением 110 кВ
По конструкции и среде гашения токов нагрузки и КЗ
Среда гашения Типы аппаратов Количество, шт. %
Вакуум - 0 0
Элегаз ВЭБ-110, 3AP1FG-145/EK, 3AP1DT-145/EK, ВГТ-110, LTB-145D1/B, LW24-126, ВБ-110 32 50
Масляные ВМТ-110Б, ВМТ-110 16 25
Маломасляные МКП-110М, МКП-110 16 25
По производителя.м и устареванию
Производитель, устаревание Типы аппаратов Количество, шт. %
Отечественные устаревшие КЗ-ОД-110, МКП-110, МКП-110М, ВМТ-110, ВМТ-110Б 88 73
Зарубежные современные 3AP1FG-145/EK, 16 13,5
Отечественные современные ВЭБ-110, ВГТ-110, ВБ-110 16 13,5
Подстанции с высшим напряжением 35 кВ
По конструкции и среде гашения токов нагрузки и КЗ
Среда гашения Типы аппаратов Количество, шт. %
Элегаз - 0 0
Вакуум ВР35НТ 6 4
Масляные ВТ-35, С-35М, ВМ-35, ВМД-35, ВТД-35 157 96
Маломасляные 0 0 0
По производителям и устареванию
Производитель, устаревание Типы аппаратов Количество, шт. %
Отечественные устаревшие ВТ-35, С-35М, ВМ-35, ВМД-35, ВТД-35 157 96
Зарубежные 0 0 0
современные
Отечественные ВР35НТ 6 4
современные
Произведем оценку остаточного ресурса элегазового высоковольтного выключателя 3AP1DT-145/EK производства компании «SIEMENS» с номинальным током 2,5 кА и отключающей способностью 31,5 кА, установленного на распределительном устройстве 110 кВ подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ. Как ранее упоминалось, данный выключатель может произвести 20 отключений своего максимального тока отключения. То есть, согласно формуле (1) при отключении номинального тока отключения расходуется следующий ресурс:
P = (31,5/ 31,5)2 = 1 (о.е.)
Таким образом, согласно формуле (2), остаточный коммутационный ресурс составляет:
р = 20-1 = 19 (о.е.)
При этом, согласно рассчитанным значениям службой «Расчета режимов электрических сетей» филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» токов коротких замыканий, произведем оценку расхода коммутационного ресурса при отключении трехфазного тока короткого замыкания со значением 13,2 кА по формуле (1):
P = (13,2/31,5)2 = 0,176 (о.е.)
По полученному значению также можно оценить расход коммутационного ресурса
по формуле (2), при этом максимальное число отключений данного значения трехфазного
тока КЗ составляет, согласно формуле (3):
20 113 -
n =-«113 отключений
0,176
В целом, можно сделать вывод, что данный коммутационный ресурс является очень высоким, так как за нормативный срок службы данного высоковольтного выключателя, составляющий 25 лет, вероятно не возникнет такого большого количество аварийный режимов работы электроэнергетической системы, по причине которых могла бы появится необходимость защиты электрооборудования подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ путем отключения трехфазного тока короткого замыкания. Для того, что оценить правильность выбора высоковольтного выключателя произведем сравнение с другими техническими решениями, предлагаемыми компанией «SIEMENS», а именно: компанией разработан такой же элегазовый высоковольтный выключатель 3AP1DT-145/EK с отключающей способностью 20 кА, имеется и отечественный вариант выключателя с отключающей способностью 20 кА, в частности ВГТ-110. Так, в случае отключения трехфазного тока КЗ данным выключателем был бы израсходован следующий коммутационный ресурс:
P = (13,2/20)2 = 0,436 (о.е.)
При этом, число отключений трехфазного тока короткого замыкания составило бы:
20
n =-« 45 отключении
0,436
Полученное значение также показывает большой коммутационный ресурс выключателя при расчётных токах короткого замыкания. Таким образом, можно сделать вывод, что установленный в настоящее время на подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ элегазовый высоковольтный выключатель 3AP1DT-145/EK с отключающей способностью 31,5 кА выбран с запасом, не вполне рационально. В проекте реконструкции следовало рассмотреть технические решения с меньшей отключающей способностью, что привело бы к снижению капиталовложений на реконструкцию подстанции. Так, например, по данным источника [15] рыночная стоимость выключателя 3AP1DT-145/EK с отключающей способность 31,5 кА составляет 3.900.000 рублей, при этом отечественный вариант выключателя с отключающей способностью 20 кА, ВГТ-110, стоит 2.300.000 руб. В целом, использование электрооборудования российского производства позволило бы значительно снизить затраты на приобретение, монтаж, амортизацию и обслуживание электрооборудования.
Расход коммутационного ресурса выключателей 3AP1DT-145/EK с отключающими способностями 20 кА и 31,5 кА представлены на рисунке 3 в виде графика, на котором по оси абсцисс отложены значения токов коммутации в кА, а по оси ординат - значение доли
выработанного ресурса в относительных единицах. За относительную единицу расходования ресурса принят его расход при отключении 1откл. Допустимое число отключений n токов нагрузки, номинальных и симметричных и несимметричных коротких замыканий представлено в таблице 3, при этом по расчетам с использованием формулы (3) расчетным путем было получено, что для выключателей 3AP1DT-145/EK с отключающими способностями 20 кА и 31,5 кА допустимое число коммутаций тока нагрузки составляет, соответственно, 10000000 и 3300000, при этом с учетом положений источника [12] данное значение было скорректировано до 10000 коммутаций, что является полный механическим ресурсом выключателя данного типа. 1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О
1нагр [ном 1(0) 6 S 10 1(2) 1по(3) 16 IS 1отш 22 24 26 2S 30 1откл
20 31,5
-•-Сработанныйресурс 3AD1DT-145/EK 31,5 кА -^Сработанный ресурс 3AP1DT-145/EK 20 кА
Рис. 3 Зависимость сработанного ресурса от Fig. 3 Dependence of the actuated resource on the токов коммутации для выключателей 3AP1DT- .switching currents for 3AP1DT-145/EK switches 145/EK с отключающими способностями 20 кА и with switching capacities of 20 kA and 31.5 kA 31,5 кА
Таблица 3
Допустимое число отключений выключателей 3AP1DT-145/EK с отключающими способностями 20 кА и 31,5 кА при токах нагрузки, номинальных, симметричных и несимметричных _коротких замыканий на шинах 110 кВ подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ._
Токи нормальных и аварийных режимов работы Допустимое число коммутаций, n
3AP1DT-145/EK 1откл 31,5 кА 3AP1DT-145/EK 1откл 20 кА
!нагр 10.000 10.000
!ном 3.300 1.250
1(01 1300 525
1(21 152 61
1(31 113 45
!откл 20 20
Исходя из анализа графика, представленного на рисунке 3, и рассчитанных в таблице 3 количества допустимых коммутаций можно выделять три диапазона токов коммутации [14]:
- от нуля до точки 1нагр, определяемой температурой зажигания дуги 0ЗД, на котором не происходит расхода коммутационного ресурса и используется только механический ресурс (на рисунке 3 - прямая линия от начала координат точки 0 до точки, соответствующей значению тока нагрузки 1нагр);
- от точки 1нагр до 1Н0М — зона неустойчивого горения дуги;
- основная обоснованная в данной работе теоретически зависимость от точки I до точки 10ткл по оси абсцисс.
Более точную оценку расходования коммутационного ресурса можно получить путем установки на высоковольтные выключатели датчиков, контролирующих интенсивность и продолжительность горения электрической дуги, коммутируемую мощность, параметры электродинамического и термического воздействий коротких замыканий. При этом установка датчиков контроля на высоковольтные выключатели является мероприятием, требуемым значительных капиталовложений, поэтому в настоящее время реализовать данное мероприятие в филиале ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» является трудной задачей. Но в целом, как отмечено в работах [6-10], наиболее точно позволяет оценивать остаточные ресурс высоковольтных выключателей дистанционный мониторинг и контроль, основанный на цифровой обработке результатов измерений напряжения и коммутируемых тока, мощности.
Выводы и рекомендации производству
Исходя из проведенной оценки остаточного ресурса установленного в настоящее время на подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ элегазового высоковольтного выключателя 3AP1DT-145/EK с отключающей способностью 31,5 кА можно утверждать, что учет коммутируемого тока позволяет наиболее точно оценивать расход коммутационного ресурса высоковольтного выключателя, что обеспечит увеличение срока его эксплуатации. Получена расчетная формула, позволяющая оценить число допустимых коммутаций от воздействия эксплуатационных факторов, в частности коммутируемого тока. Рассмотренная методика может использоваться для определения остаточного ресурса и других типов высоковольтных выключателей.
В целом, по результатам оценки коммутационных ресурсов выключателей 3AP1DT -145/EK с отключающими способностями 20 кА и 31,5 кА сделан вывод, что используемый в настоящее время на подстанции «Советская» 110/35/10/6 кВ выключатель выбран не рационально, что выявлено в ходе исследования допустимого числа коммутаций выключателя с меньшей отключающей способностью. Рекомендуется производить выбор выключателей с учётом расчётных токов короткого замыкания и допустимого числа коммутаций при этих значениях тока. Это позволит получать экономию за счёт снижения капитальных вложений. Экономическое обоснование данного положения требует дополнительных исследований и оценки капиталовложений и затрат на ремонт и обслуживание при эксплуатации обоих вариантов выключателей. Это непосредственно является объектом дальнейших исследований.
Исходя из анализов типов коммутационных аппаратов можно отметить следующие положения. На подстанциях с высшим напряжением 110 кВ не установлено ни одного вакуумного выключателя. Мы считаем, это связано с тем, что компании производители не предлагает варианты повсеместного использования вакуумных выключателей на напряжение 110 кВ в связи с тем, что наиболее рациональная область применения вакуумных выключателей - электрические сети среднего класса напряжения 6-35 кВ. Изготовление вакуумной дугогасительной камеры на напряжение 110 кВ требует больших затрат, так как с повышением напряжения требуется значительное увеличение ее линейных размеров. При этом существуют несколько технических решений для цепей 110 кВ, представляющих собой от 2-х до 4-х последовательных коммутационных модулей, а именно: ВБП-110 НПП «Эковакуум», НПП «Контакт»; ВБЭ-110 НПП «Элвест»; также выпущен вакуумный выключатель с одним разрывом цепи ВРС-110-31,5/2500 УХЛ1 «Высоковольтный союз». Все типы перечисленных выключателей не получили широкого распространения в сфере электроэнергетики.
Также не рационально использование элегазовых выключателей на напряжение 35 кВ в связи с их большей стоимостью по сравнению с вакуумными на это напряжение. Поэтому на рассмотренных подстанциях филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» они отсутствуют.
Рекомендуется производить мероприятия по повышению эффективности электрических сетей и техперевооружению в следующей последовательности:
- заменить все системы отделитель-короткозамыкатель на напряжения 35 кВ и 110 кВ на современные типы вакуумных и элегазовых выключателей;
- заменить выключатели типов МКП-110, МКП-110М, ВМТ-110, ВМТ-110Б, ВТ-35, С-35М, ВМ-35, ВМД-35, ВТД-35 на современные типы вакуумных и элегазовых выключателей.
Реализация данных мероприятий в изложенной последовательности позволит значительно повысить надежность электрических сетей, снизить аварийность и время перерывов в электроснабжении потребителей.
Литература
1. Авезова М.М., Рахимов О.С., Тошходжаева М.И. Повышение надежности энергосистемы региона в контексте реконструкции ВЛЭП-110 кВ: техническо-экономическое обоснование // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. №4 (48). С. 62-72.
2. Мокеев А.В., Пискунов С.А., Ульянов Д.Н., Хромов Е.И. Повышение эффективности и надежности РЗА цифровых подстанций и цифровых РЭС // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. №3 (47). С. 92-100.
3. Секретарев Ю.А., Левин В.М. Оценка влияния на надежность системы электроснабжения различного рода дефектов ее основных элементов // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. №4 (44). С. 55-63.
4. Илюшин П.В., Тыквинский А.М. Особенности обеспечения надёжного электроснабжения промышленных потребителей в изолированных энергосистемах // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. №1 (41). С. 3950.
5. Денисова Н.Н., Шатова Ю.А., Горячев В.Я., Умяров К.Я. Анализ статистики отказов выключателей 110 кВ Пензенской энергосистемы // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». 2015. Т. 2. С. 97-100.
6. Seung-Bok Choi, Fauziah Shahul Hamid and Liyuan Han. Research on High Voltage Circuit Breaker Mechanical Faults Online Monitoring // Applied Mechanics and Materials. 2014. Volume 521, pp. 362-365. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.521.362.
7. Guishu Liang, Hejin Yuan, and Baoshu Li. A Fault Diagnosis Method of High Voltage Circuit Breaker Based on Moving Contact Motion Trajectory and ELM // Mathematical Problems in Engineering. 2016.
8. Yang Z.-Z., Xu J.-Y, Li B., Liu Y. Design of monitoring system for mechanical status of high voltage vacuum circuit breaker // High Voltage Apparatus. 2013. V. 49, no. 8, pp. 26-34.
9. Chen J., Hu Z., Su X. Key technology design to on-line monitoring of mechanical characteristics for intelligent vacuum circuit breaker // High Voltage Apparatus. 2014. V. 50, no. 4, pp. 108-112.
10. Андреев Д.А., Назарычев И.А. Анализ методов оценки коммутационного ресурса высоковольтных выключателей // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2008. № 2. С. 69-84.
11. Методические указания по определению расхода коммутационного ресурса выключателей при эксплуатации. Утверждено Научно-исследовательским центром по испытанию высоковольтной аппаратуры. М.: ОРГРЭС. 1992. URL: https://pandia.ru/text/79/324/22093.php (дата обращения: 18.04.2021).
12. SIEMENS. Высоковольтные силовые выключатели. От 72,5 до 800 кВ. URL: www.siemens.com/energy. (дата обращения: 21.02.2021).
13. Муссонов Г.П. Способ определения остаточного коммутационного ресурса высоковольтного выключателя: пат. 2489726 Рос. Федерация, №2012108015/28; заявл. 01.03.2012; опубл. 01.03.2012. Бюл. 22.
14. Муссонов Г.П., Снопкова Н.Ю., Гаврилов А.В. Учет величины коммутируемого тока для определения остаточного коммутационного ресурса высоковольтных выключателей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 12 (95). С. 205-210.
15. Березовский Завод Подстанция. URL: https://ktpural.com/g35064594-elegazovye-vyklyuchateli?sort=-price (дата обращения: 22.02.2021).
Авторы публикации:
Виноградов Александр Владимирович - канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ. Email: [email protected].
Бородин Максим Владимирович - канд техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжение», Орловский ГАУ. Email: [email protected].
Лансберг Александр Александрович - студент, Орловский ГАУ. Email: [email protected].
Псарев Александр Иванович - старший преподаватель студент кафедры «Электроснабжение», Орловский ГАУ. Email: [email protected].
Сорокин Николай Сергеевич - старший преподаватель студент кафедры «Электроснабжение»,Орловский ГАУ. Email: [email protected].
References
1. Avezova MM, Rakhimov OS, Toshkhodzhaeva MI. Improving the reliability of the regional power system in the context of the reconstruction of the 110 kV overhead transmission line: technical and economic justification. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2020;4 (48):62-72.
2. Mokeev AV, Piskunov SA, Ulyanov DN, Khromtsov EI. Improving the efficiency and
reliability of RPA of digital substations and digital RES. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2020;3 (47):92-100.
3. Sekretarev YuA, Levin VM. Evaluation of the impact on the reliability of the power supply system of various types of defects of its main elements. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2019;4 (44):55-63.
4. Ilyushin PV, Tykvinsky AM. Features of providing reliable power supply to industrial consumers in isolated power systems. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2019;1 (41):39-50.
5. Denisova NN., Shatova YuA., Goryachev VYa., Umyarov KYa. Analysis of failure statistics of 110 kV circuit breakers of the Penza power system. Proceedings of the International Symposium «Reliability and Quality». 2015;2:97-100.
6. Seung-Bok Choi, Fauziah Shahul Hamid and Liyuan Han. Research on High Voltage Circuit Breaker Mechanical Faults Online Monitoring. Applied Mechanics and Materials. 2014;521:362-365. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.521.362.
7. Guishu Liang, Hejin Yuan, and Baoshu Li. A Fault Diagnosis Method of High Voltage Circuit Breaker Based on Moving Contact Motion Trajectory and ELM. Mathematical Problems in Engineering. 2016.
8. Yang Z.-Z., Xu J.-Y, Li B., Liu Y. Design of monitoring system for mechanical status of high voltage vacuum circuit breaker. High Voltage Apparatus. 2013;8 (49):26-34.
9. Chen J., Hu Z., Su X. Key technology design to on-line monitoring of mechanical characteristics for intelligent vacuum circuit breaker. High Voltage Apparatus. 2014;4 (50):108-112.
10. Andreev DA., Nazarychev IA. Analysis of methods for evaluating the switching resource of high-voltage switches. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta. 2008;2:69-84.
11. Methodological guidelines for determining the consumption of the switching resource of switches during operation. Approved by the Research Center for Testing high-voltage equipment. M.: ORGRES. 1992. URL: https://pandia.ru/text/79/324/22093.php (accessed: 18.04.2021).
12. SIEMENS. High-voltage power switches. From 72.5 to 800 kV. URL: www.siemens.com/energy. - (accessed 21.02.2021).
13. Monsonov G P. Method for determining the residual switching life of a high-voltage switch: pat. 2489726 Ros. Federation, no. 2012108015/28 application 01.03.2012; publ. 01.03.2012. Byul. 22.
14. Monsonov GP., Snopkova NYu., Gavrilov AV. Accounting for the value of the switched current for determining the residual switching resource of high-voltage switches. Bulletin of the Irkutsk State Technical University. 2014;12 (95):205-210.
15. Berezovsky Plant Substation.URL: https://ktpural.com/g35064594-elegazovye-vyklyuchateli?sortprice (accessed: 22.02.2021).
Authors of the publication:
Alexander V. Vinogradov - Federal Scientific Agroengineering Center VIM. Email: [email protected].
Maxim V. Borodin - Oryol State Agrarian University. Email: [email protected].
Alexander A. Lansberg - student, Oryol State Agrarian University. Email: [email protected].
Alexander I. Psarev - Oryol State University. Email: [email protected]. Nikolay S. Sorokin - Oryol State University. Email: [email protected]
Получено
Отредактировано
Принято
26 марта 2021г. 05 апреля 2021г. 05 апреля 2021г.
