2 Монтаж вентильных разрядников и эксплуатационный надзор за ними
Разрядники облегченной конструкции типа РВП и заменяющие их разрядники РВО на напряжение 3, 6 и 10 кВ подвешиваются при помощи хомута, охватывающего нижнюю часть разрядника. Разрядники других типов (РВС, РВМ, РВМГ, РВМК и др.) устанавливаются на специальных основаниях-фундаментах и на конструкциях подстанций. По соображениям техники безопасности разрядники либо устанавливаются на высоте не менее 2,5 м, либо ограждаются [89].
Основание разрядников изолируется от фундамента (конструкции подстанции) для удобства присоединения к разрядникам регистраторов срабатывания и измерения токов проводимости при профилактических испытаниях их в эксплуатации1.
1 Изоляция основания отсутствует только у разрядника облегченной конструкции на напряжение 35 кв типа РВО-35.
Разрядники присоединяются к общему контуру заземления непосредственно или через регистратор срабатывания. Рекомендуется избегать больших расстояний от разрядника до заземляющего контура. Сечение заземляющего провода разрядника выбирается по соображениям механической прочности в пределах 16— 35 мм2. Присоединение разрядников к сети на открытых подстанциях осуществляется гибким проводом с небольшим провесом, а в случае применения жестких шин — с использованием специальных термокомпенсирующих устройств, чтобы исключить возможность возникновения опасного для механической прочности разрядников тяжения при низких температурах окружающего воздуха. При этом во избежание опасных раскачиваний присоединяющих разрядники проводов свободная длина последних принимается возможно меньшей. В закрытых помещениях присоединение разрядников обычно осуществляется жесткими шинами. Присоединенный к разряднику провод не должен создавать на него тяжений, превышающих допустимые (см. § 3-7).
Расстояния между разрядниками, а также между разрядниками и другими заземленными или находящимися под напряжением деталями подстанций (с учетом экранирующей арматуры) выбираются в соответствии с «Правилами устройства электротехнических установок».
По окончании монтажа разрядника все наружные металлические детали для защиты от коррозии, а также цементные швы для защиты от проникновения внутрь цемента влаги окрашиваются влагостойкой краской или эмалью. Имеющиеся в верхних фланцах разрядников водоспускные отверстия прочищаются.
При комплектовке разрядников высших классов напряжения, состоящих из нескольких элементов, обращается внимание на то, чтобы шунтирующие сопротивления отдельных элементов имели близкие коэффициенты нелинейности. В случае необходимости применения в разряднике элементов от другого разрядника соответствующая проверка коэффициентов нелинейности может быть произведена путем измерения тока проводимости либо при двух значениях напряжения, либо при одном значении выпрямленного напряжения, принятом для элемента соответствующего типа, и путем измерения сопротивления мегомметром.
Разрядники РВС на напряжение 110 кВ для незаземленной нейтрали, а также разрядники РВС на 15U и 220 кВ, выпускавшиеся в течение ряда лет, вследствие значительной высоты монтировались с разгрузкой нижних элементов от изгибающих усилий за счет того, что разрядник устанавливался на шарнирное основание и на высоте, равной 0,6—0,7 высоты разрядника, укреплялся изолирующими оттяжками (см. рис. 4-6).
В некоторых конструкциях разрядников высших классов напряжения уменьшение их высоты осуществляется разделением колонны разрядника на две части, одна из которых устанавливается, как обычно, на изолирующее основание, а вторая — на находящийся на некотором расстоянии от первой части опорный изолятор (см. рис. 4-7, 4-10). У разрядников высших классов напряжения со значительным числом элементов (РВМГ-500, РВМК-330—500) элементы подвешиваются по спирали на трех колоннах опорных изоляторов (см., например, рис. 4-15).
По окончании монтажа разрядника до включения его под рабочее напряжение проводятся профилактические испытания разрядника.
При вводе в эксплуатацию на каждый трехфазный комплект разрядников составляется паспорт, который в дальнейшем дополняется эксплуатационными данными. Паспорт комплекта разрядников содержит следующие данные: тип разрядников, год их выпуска и заводские номера разрядников или их элементов, место установки разрядников, основные технические данные контрольных испытаний разрядников или их элементов на заводе-изготовителе, даты монтажа и демонтажа, даты включения под напряжение и даты отключений, тип установленных на разрядниках регистраторов срабатывания, даты их установки и срабатываний, результаты и даты всех профилактических испытаний, данные о ревизиях и ремонтах разрядников или регистраторов.
Эксплуатационный надзор за вентильными разрядниками включает в себя внешний осмотр и профилактические испытания. Внешнему осмотру вентильные разрядники подвергаются одновременно с остальным оборудованием подстанций, а также после каждой грозы, после однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасящие катушки. При осмотрах разрядников обращается внимание на целость фарфоровых покрышек, главным образом, в местах крепления на них металлических фланцев. Обращается также внимание на показания регистраторов срабатывания разрядников.
Рис. 5-2. Схема измерения сопротивления вентильного разрядника мегомметром
Защитный покров на всех цементных швах и наружных металлических деталях разрядников должен периодически восстанавливаться.
Поверхности фарфоровых покрышек разрядников в районах повышенного загрязнения должны систематически очищаться от загрязнений одновременно с остальной фарфоровой изоляцией подстанций. Систематически прочищаются также отверстия для стока воды из междуфланцевого пространства, имеющиеся в верхних фланцах разрядников, установленных на открытых подстанциях.
С целью своевременного выявления и вывода из эксплуатации неисправных разрядников все находящиеся в эксплуатации, а также вновь вводимые в эксплуатацию разрядники подвергаются профилактическим испытаниям. У разрядников, составленных из нескольких элементов, профилактические испытания проводятся поэлементно.
Многолетний опыт проведения профилактических испытаний вентильных разрядников в энергообъединениях Советского Союза, так же как опыт профилактики другого электрооборудования, позволил отработать рациональные способы профилактики и привел к значительному уменьшению числа повреждений разрядников во время работы, т. е. значительно повысил безаварийность работы энергетических систем.
С целью выявления возможных дефектов у находящихся в эксплуатации вентильных разрядников производят следующие профилактические испытания: а) измерение сопротивления разрядников мегомметром (рис. 5-2); б) измерение при повышенном выпрямленном напряжении токов утечки разрядников, не имеющих шунтирующих сопротивлений, или токов проводимости разрядников с ШС (рис. 5-3); в) измерение пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте (рис. 5-4).
Рис. 5-3. Схема измерения токов проводимости (утечки) вентильных разрядников при измерении высокого напряжения; а — микроамперметром с нелинейным измерительным сопротивлением; б — электростатическим киловольтметром; в —
измерительными шарами
PH — регулятор напряжения; ИТ — испытательный трансформатор; В — выпрямитель; R — защитное сопротивление; С — сглаживающая емкость; ИР — испытуемый разрядник
Рис. 5-4. Схемы измерения при частоте 50 Гц пробивного напряжения вентильных разрядников: а — без ШС; б — с ШС
PH — регулятор напряжения; ИТ — испытательный трансформатор; R — защитное сопротивление; ИР — испытуемый разрядник; МП — магнитный пускатель; К — кнопка управления магнитным пускателем; Г — реле максимального тока. Пунктиром даны возможные способы измерения напряжения; I — осциллограф при наличии у испытательного трансформатора измерительной обмотки; II — осциллограф с делителем напряжения; III — осциллограф с измерительным трансформатором напряжения; IV — измерительные шары
Сопротивление исправных разрядников без шунтирующих сопротивлений составляет несколько тысяч мегом. У разрядников с ШС величина сопротивления, измеренная мегомметром, зависит не только от типа разрядника, но также и от коэффициента нелинейности ШС, который несколько колеблется для разрядников разных лет выпуска. Сопротивление элементов этих разрядников может составлять десятки, сотни и тысячи мегом.
Величина сопротивления, измеряемая мегомметром, вследствие нелинейности шунтирующих сопротивлений зависит от напряжения мегомметра, и поэтому такие измерения рекомендуется производить мегомметром одного и того же предела напряжения. Основным критерием оценки состояния разрядников с ШС по результатам измерения сопротивления мегомметром является сопоставление с результатами предыдущих измерений, а если таких данных не имеется, сопоставление величин сопротивления элементов одной фазы, а также элементов разных фаз, изготовленных примерно в одно и то же время [80]. Измерение сопротивления разрядников мегомметром является значительно более простым, но менее точным способом отбраковки дефектных разрядников, чем измерение токов утечки или проводимости при выпрямленном напряжении.
Результаты измерения токов проводимости разрядников с ШС зависят от степени пульсаций выпрямленного напряжения [79]. При недостаточно сглаженном напряжении величина измеренного тока проводимости отличается от соответствующего значения, измеренного при чисто постоянном напряжении, и зависит от схемы выпрямления, степени нелинейности ШС и от способа измерения напряжения. Микроамперметр магнитоэлектрической системы, измеряющий ток проводимости, реагирует на среднее значение тока, в то время как измерительный шаровой разрядник, которым в большинстве случаев градуируют испытательную установку, реагирует на амплитуду напряжения, а киловольтметр электростатической системы измеряет эффективное значение напряжения. Соотношение между средним значением, амплитудой и эффективным значением различно в зависимости от величины пульсаций напряжения (тока).
Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие емкости. Практически приемлемая точность измерения токов проводимости может быть получена при сглаживающих емкостях в несколько десятых микрофарады.
Поскольку шунтирующие сопротивления разрядников обладают нелинейной вольт-амперной характеристикой, существенное значение имеет точность измерения испытательного напряжения, прикладываемого к разряднику при измерении тока проводимости. Это напряжение следует измерять киловольтметром, присоединенным к той же точке установки, что и испытуемый разрядник.
Если величина испытательного напряжения устанавливается по вольтметру в первичной цепи испытательного трансформатора, то градуировку этого вольтметра следует выполнять по нагрузочной характеристике установки, присоединяя к ней разрядник при напряжении, близком к испытательному.
Оценку состояния разрядника с ШС особенно при напряжении, сильно пульсирующем из-за недостаточной величины сглаживающей емкости, удобно также проводить, сопоставляя ток через испытуемый разрядник с током через специальное нелинейное сопротивление, собранное из таких же ШС, что и в этом разряднике (см. способ а на рис. 5-3). Соответствующие специальные нелинейные сопротивления изготавливаются энергообъединениями, а также выпускаются под названием сопротивлений типа СН предприятиями, изготавливающими вентильные разрядники.
Существенное уменьшение тока проводимости или увеличение измеренного мегомметром сопротивления разрядника показывает на обрыв в цепи шунтирующих сопротивлений разрядника. Значительное увеличение тока проводимости (утечки) или уменьшение сопротивления в большинстве случаев указывает на попадание во внутреннюю полость влаги. Могут быть и иные причины изменения тока проводимости (утечки) или сопротивления разрядников (см. ниже).
Так как при длительном нахождении разрядника с нарушенной герметичностью и увлажненной внутренней полостью в сухой атмосфере влага может высохнуть, желательно измерять сопротивление или токи проводимости (утечки) разрядников после дождливого периода. Для исключения искажения результата измерения из-за возможного влияния утечки по наружной поверхности фарфоровых покрышек измерения рекомендуется производить с применением экрана (рис. 5-2).
Проверка состояния изоляции оснований разрядников также производится путем измерения их сопротивления мегомметром.
Измерение пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте проводится в качестве профилактического испытания главным образом для разрядников, не имеющих шунтирующих сопротивлений. Для разрядников с ШС оно применяется реже. При измерении пробивного напряжения разрядников с ШС испытательная установка должна обеспечить возможность повышения напряжения до пробоя разрядника в течение нескольких десятых секунды и осуществления измерения величины напряжения в момент пробоя (рис. 5-4, б).
Указанные выше способы профилактических испытаний требуют отключения разрядников от рабочего напряжения, что создает определенные трудности для эксплуатации. Поэтому предлагается проводить профилактические испытания разрядников без отключения их от рабочего напряжения путем измерения тока, протекающего через разрядник под действием рабочего напряжения (так как более точными приборами для измерения тока являются приборы магнитоэлектрической системы, то соответствующий ток, пропускаемый через прибор, выпрямляется) [33]. Однако, предложенный способ испытаний разрядников без отключения от рабочего напряжения является более грубым, чем указанные выше способы испытаний, требующие отключения разрядников.
Сроки профилактических испытаний разрядников устанавливаются эксплуатирующими организациями в зависимости от типа разрядников, продолжительности их службы и года выпуска, результатов предшествующих испытаний, места установки и т. п. Менее ответственные разрядники, а также разрядники, расположенные в закрытых помещениях, профилактируются реже. Менее надежные в эксплуатации разрядники, имеющие по опыту эксплуатации большую повреждаемость, а также более часто срабатывающие разрядники профилактируются чаще. Более простые испытания, как, например, испытания под рабочим напряжением или измерение сопротивления мегомметром, рекомендуется проводить чаще, чем более сложные (измерение пробивного напряжения, измерение токов проводимости или утечки при выпрямленном напряжении). Обычно профилактические испытания разрядников, постоянно присоединенных к рабочему напряжению, производятся один раз в 3—6 лет. Разрядники, которые ежегодно отключаются на негрозовой период (обычно разрядники, не предназначенные для ограничения внутренних перенапряжений, расположенные в районах с сильным загрязнением атмосферы), подвергают профилактическим испытаниям ежегодно перед включением под рабочее напряжение.
На основании обобщения многолетнего опыта эксплуатации вилитовых разрядников по большинству энергообъединений Союза ССР установлено, что в среднем в год при профилактических испытаниях имела место отбраковка 0,65% разрядников РВП напряжением 3—10 кВ (данные по 100 тысячам разряднико- лет) и 0,23% элементов разрядников РВС напряжением 15— 220 кВ (данные по 210 тысячам элементо-лет). Отбраковка разрядников РВП 3—10 кВ производилась в большинстве случаев из-за снижения пробивного напряжения или нарушения герметичности. Наиболее частыми причинами отбраковки элементов разрядников РВС были увлажнение внутренней полости вследствие нарушения герметичности (сползание резиновых уплотняющих прокладок, появление в фарфоровых покрышках около узла армировки трещин и пр.) и изломы шунтирующих сопротивлений или их заклепок во время транспортирования разрядников. Кроме того, отмечались случаи отбраковки элементов разрядников РВС из-за увеличения электропроводности фарфоровых покрышек, по-видимому, вследствие недостаточной спеченности фарфора, обгорания внутренних деталей разрядника (из-за перегрева ЩС), а также из-за иных нарушений контакта в цепи разрядника (деформация пружины, нарушение контакта между вилитовыми дисками и герметизирующим латунным диском и пр.).
Случается в эксплуатации и отбраковка при профилактических испытаниях элементов магнитно-вентильных разрядников. На основании данных об опыте эксплуатации этих разрядников за 1960—1965 гг. [85] установлено, что в среднем при профилактических испытаниях было отбраковано 0,46% элементов разрядников РВМГ и РВМК· Наиболее частой причиной отбраковки этих элементов являлся обрыв цепи ШС из-за излома сопротивлений во время транспортировки разрядников.
У большого числа элементов магнитно-вентильных разрядников первых лет выпуска, эксплуатировавшихся в различных районах страны, на чугунных фланцах элементов разрядников появились продольные трещины из-за механических усилий, создаваемых узлом армировки. Этому способствовали некоторые недостатки конструкции и технологии изготовления узла армировки. При этом изменения электрических характеристик или нарушений герметичности у элементов разрядников с треснувшими фланцами обнаружено не было.
Следует отметить, что отдельные недостатки конструкций или технологии изготовления разрядников, приводившие к отбраковке при профилактических испытаниях в эксплуатации, в дальнейшем были устранены и процент отбраковки разрядников более поздних выпусков меньше, чем разрядников соответствующих типов, выпущенных в первые годы их производства.
Профилактические испытания вентильных разрядников так же, как и профилактика другого электрооборудования за рубежом распространена значительно меньше, чем в нашей стране. До последнего времени ряд зарубежных фирм указывает, что выпускаемые ими разрядники не нужно подвергать в процессе эксплуатации никаким профилактическим испытаниям. Однако наличие повреждений разрядников заставляет многие страны пересматривать свою позицию в этом вопросе и проводить профилактические испытания находящихся в эксплуатации разрядников.
Так, в США в 1959 г. были опубликованы данные об измерении импульсного пробивного напряжения и токов утечки более полутора тысяч разрядников, находившихся в эксплуатации разные промежутки времени. Было забраковано 7% испытанных разрядников, в том числе 2—3% разрядников, находившихся в эксплуатации 5—10 лет и около 20% разрядников, эксплуатировавшихся до 20 лет. Причинами браковки были плохая герметизация, сильная коррозия электродов искровых промежутков и металлизированных поверхностей последовательных сопротивлений, разрушение внутренних деталей при ненормальных срабатываниях разрядников [167]. По опубликованным в США в 1967 г. данным, в одной из сетей 10 кВ около 64% находившихся в эксплуатации разрядников обнаружили неудовлетворительные результаты испытаний [106].
Данные о результатах профилактических испытаний разрядников публиковались также в Японии, ГДР, Польше.
В качестве способов профилактических испытаний вентильных разрядников за рубежом применяют измерения пробивного напряжения при промышленной частоте и импульсах, измерения токов утечки и токов проводимости, сопротивления, остающегося напряжения, контроль над радиопомехами, создаваемыми разрядником.
