Устойчивое развитие экономики промышленно развитых стран в решающей степени зависит от достаточного уровня энергетических резервов и надежности электрических сетей. В России по сравнению с западно-европейскими сетями передачи и распределения электроэнергии потребность в модернизации электросетевого хозяйства существенно выше, поскольку в большинстве своем такие сети создавались в 60-70-е годы прошлого века. Одним из ключевых элементов электрических сетей является высоковольтная подстанция, на которой устанавливаются различные виды оборудования, в том числе выключатели, разъединители, заземлители, а также трансформаторы тока и напряжения. Многофункциональные коммутационные модули на основе современной элегазовой технологии предоставляют новые возможности оптимизации высоковольтного коммутационного оборудования с воздушной изоляцией. Современные высоковольтные распределительные устройства DTC объединяют в одной конструкции различные устройства, применяемые на высоковольтных подстанциях.
Распредустройство DTC (Сименс) — это блок коммутационной аппаратуры, включающий баковый выключатель, один или несколько разъединителей с заземлителями и измерительные трансформаторы и представляющий собой компактную объединенную конструкцию для открытых распределительных устройств (ОРУ) напряжением от 145 до 245 кВ. Все исполнения DTC базируются на стандартной конструкции и гарантируют высокую надежность данного оборудования. Применение модулей DTC на 145 и 245 кВ оптимально для электросетевых объектов. Многообразие возможных вариантов компоновки модулей DTC позволяет реализовать различные схемы подстанции при минимальных затратах. Все компоненты конструкции прошли испытания согласно стандартам МЭК (IEC), а системы управления — в соответствии с последними требованиями стандартов МЭК и Американского национального института стандартов (ANSI). Основным компонентом DTC является баковый выключатель с трансформаторами тока, признанный одной из самых надежных конструкций.
Другие компоненты, такие как разъединители и заземлители, подобны используемым в комплектных элегазовых распредустройствах (КРУЭ). При этом устройство DTC намного компактней, чем обычный комплект оборудования для ОРУ. Применение элегазовых разъединителей решает все известные проблемы с воздушно-изолированными устройствами (например, открытые контакты в условиях повышенного загрязнения атмосферы). Кроме того, конструкция DTC обеспечивает их хорошую сейсмостойкость. В соответствии с принятой в компании Сименс концепцией комплектное оборудование высоковольтных распредустройств подстанции может быть разделено на две группы: для открытых воздушных распределительных устройств и для внутренней установки. На рис. 1 показано применение DTC 145 кВ на реальной подстанции. Блоки компактных распредустройств целесообразно использовать в условиях повышенного атмосферного загрязнения и в городах при необходимости экономии площадей распредустройств. DTC обеспечивают экономию до 40 % площади по сравнению с ОРУ, оборудованными баковыми и до 70 % колонковыми выключателями. Это дает возможность эффективнее использовать пространство существующей подстанции. Компактные решения сокращают время монтажа оборудования на ОРУ и по сложности установки сравнимы с традиционно используемыми единичными установками. Это важное преимущество, особенно при расширении существующих ОРУ подстанций, ограниченных в площадях, и при необходимости их краткосрочного отключения.
Основным толчком к разработке нового DTC явилась необходимость создания многофункционального устройства на напряжения 145-245 кВ. Конструктивные решения для обоих режимов одинаковые. В таблице приведены основные технические характеристики. Конструкции модулей DTC базируются на узлах уже существующих устройств. Многообразие возможностей компоновки стандартных модулей позволяет потребителю подобрать конструктивное решение, обеспечивающее реализацию любой схемы подстанции при минимальных затратах. Герметичные однополюсные модули заполнены элегазом, или для сложных температурных режимов эксплуатации — смешанным газом, и установлены на общей опорной раме. Выключатель на напряжение 145 кВ имеет обыкновенный энергонакопительный пружинный привод. Шкафы управления выключателя, разъединителя и выводов трансформаторов тока расположены на передней части модуля. Трехпозиционные переключатели имеют общий приводной механизм. На рис. 2 показано конструктивное решение однофазного модуля DTC на 245 кВ. Баковый выключатель так же, как и разъединитель/заземлитель, оборудован механизмом управления одной фазой. Предусмотрена возможность использования управления тремя фазами. В блоке выключателя DTC используется автокомпрессионный принцип гашения дуги за счет применения энергонакопительного пружинного привода.
Эти элементы заимствованы у серии хорошо зарекомендовавших себя баковых выключателей ЗАР на напряжение от 72,5 кВ до 550 кВ и токи к.з. до 63 кА. Конструктивное решение для блоков разъединителя/заземлителя аналогично КРУЭ и оптимизировано с целью получения общих установочных размеров для трех разных типов разъединителей/заземлителей (рис. 3): одиночный разъединитель; комбинированный разъединитель/заземлитель; комбинированный заземлитель/разъединитель/заземлитель. Надежность этих элементов, так же как и устройств приводов, подтверждено многими десятилетиями эксплуатации. Так как для комбинации заземлителя и разъединителя применено устройство трехпозиционного выключения, предусмотрена блокировка между этими элементами, в дополнительной блокировке нет необходимости. Схема управления устройством DТС ориентирована на типовую схему управления. Каждый отдельный элемент подключен к системе управления ОРУ. Компактное распредустройство DTC оборудовано трансформаторами тока преобразовательного типа. Количество вторичных обмоток (в зависимости от их параметров) для релейной защиты, измерения и учета электроэнергии может варьироваться с учетом требований заказчика. Трансформаторы тока располагаются между выключателем и разъединителем/заземлителем, что аналогично их расположению в открытых распредустройствах. Для предотвращения тока утечки через корпус в случае внутреннего повреждения в конструкции предусмотрен изолирующий зазор (рис. 4). Распредустройство DTC присоединяется к воздушным линиям и сборным шинам ОРУ посредством вводов с элегазовой изоляцией. Кабель и экранирующий электрод крепятся внутри высоковольтного ввода. Изолятор изготовлен из фарфора или композиционного материала с основной частью из эпоксидного стеклотекстолита и юбкой из кремнийорганического каучука.
Устройство DTC может быть использовано для подстанций как с одиночной, так и с двойной системой шин ( рис. 5). Одна сторона выключателя оборудована разъединителем/заземлителем и трансформатором тока. На другой стороне выключателя два вывода, которые можно подсоединить к двойной системе шин. Возможно подключение/отключение двух шин при помощи разъединителя/заземлителя (каждый имеет свой вывод). На рисунке 5: 1 — aппаратный вывод; 2 — проводник; 3—изолятор ввода; 4 — трансформаторы тока; 5 — предохранительная мембрана; 6 — дугогасительная камера; 7 — корпус выключателя; 8 — разъединитель; 9 — заземлитель; 10 — шкаф с выводами трансформатора токa; 11 — шкаф управления систем выключателя; 12 — привод. При необходимости, возможна установка газоизолированных высоковольтных вводов. Возможно разделение модулей на герметичные функционально автономные отсеки, то есть секции выключателя и разъединителя могут быть разделены газоизолированными перегородками. Таким образом, при установке устройства в ОРУ с двойной системой шин при повреждении (отказе) в одной шине или в одном разъединителе сохраняется возможность управления второй шиной. Давление элегаза в отсеках находится под постоянным мониторингом при помощи датчиков плотности c индикатором — при любой неполадке немедленно срабатывает сигнализация. Целью разработки распредустройства DTC было получение компактного, надежного и легкоуправляемого оборудования в сочетании с использованием современных методов цифрового проектирования. Напряженность электрического поля рассчитывалась по всем основным компонентам.
Более того, все механические усилия (включая нагрузки, возникающие при землетрясении) оценивались при помощи высокотехнологичных программ, таких как ANSYS.__ Электродинамические нагрузки оценивались при помощи того же программного обеспечения.
Результаты проверялись испытаниями в процессе разработки. Типовые испытания элементов, использованных в конструкции распредустройства, проводились в соответствии с МЭК (IEC) 62271-205. Дополнительно было проведено несколько испытаний для выключателя и разъединителя/заземлителя. Отдельные испытания показали результаты, превосходящие требования стандарта, что говорит о высокой надежности изделий. Тесты включали в себя сочетание испытаний на высоковольтное включение при токах к.з., механическое переключение, а также испытание прочности изоляции. Модули DTC с комбинированной функцией выключателей подвергались дополнительным испытаниям в соответствии с требованиями МЭК 62271-108, которые подтвердили, что они соответствуют общей спецификации МЭК 62271-1. Таким образом, были проведены все типовые испытания в соответствии со стандартами МЭК (рис. 6). Все основные компоненты устройства DTC перед сборкой проверяются на герметичность. Благодаря соблюдению действующих высоких стандартов качества для модулей коммутационного оборудования гарантирована степень утечки элегаза менее 0,5 % в год. Компактная конструкция распределительного устройства DTC собирается и испытывается на заводе. При транспортировке фазные модули высокой заводской готовности помещаются в специальный контейнер. Полная сборка одного устройства занимает несколько часов. Послемонтажные испытания подобны тем, что проводятся для баковых выключателей.
Экономичная и компактная конструкция имеет минимальное время отключения и повышенную эксплуатационную надежность. Модули распредустройства DTC помещаются в стандартный автомобильный контейнер (рис. 7). Контрольные послемонтажные испытания аналогичны проводимым для баковых выключателей. Они ограничиваются механическим испытанием компонентов устройства, проверкой давления газа и функциональной проверкой контрольного и вспомогательного оборудования. Так как модули DTC заполняются элегазом перед отгрузкой, после монтажа необходимо только осуществить подкачку давления элегаза до рабочего значения. Экономичная компактная конструкция распределительного устройства DTC обусловливает минимальные инвестиции и затраты потребителя при эксплуатации. Минимальные инвестиции определяются: экономичной схемой размещения; отсутствием необходимости в специальных помещениях; уменьшением числа отдельных элементов оборудования; компактностью распредустройства; минимизацией объемов инженерных работ при размещении на подстанции; снижением затрат из-за экономии времени на монтаж и ввод в эксплуатацию. Низкие эксплуатационные затраты обусловливаются: продолжительным жизненным циклом оборудования и большим интервалом между ремонтами.
Выводы:
• Высоковольтное компактное устройство DTC является промежуточным звеном в ряду оборудования для распределительных устройств между открытыми распредустройствами и компактными распределительными газонаполненными устройствами КРУЭ.
• Устройства DTC могут найти применение в различных распределительных устройствах электроэнергетических объектов.
