Стартовая >> Статьи >> Перспективы развития аппаратов высокого напряжения

Перспективы развития аппаратов высокого напряжения

аппараты высокого напряжения

Создание многоразрывных выключателей на напряжение свыше 110 кВ позволило обеспечить энергосистемы коммутирующими устройствами достаточно высоких параметров (по номинальному напряжению и отключающей способности). Однако, из-за большого числа дугогасительных разрывов современных воздушных выключателей (55 — 110 кВ на разрыв) они оказываются громоздкими, трудноуправляемыми, недостаточно надежными, прежде всего по механическим причинам. Поэтому основной тенденцией совершенствования конструкции выключателей в настоящее время является сокращение числа дугогасительных разрывов (повышение напряжения на один разрыв). Ставится задача повышения напряжения на один разрыв до 300 — 350 кВ и более с тем, чтобы выключатели на номинальное напряжение 330 кВ имели всего один дугогасительный разрыв. Соответственно выключатели на напряжение 500 кВ будут иметь всего два разрыва (один дугогасительный модуль), на напряжение 1600 — 1800 кВ — шесть — восемь разрывов (три — четыре модуля). Естественно, что переход к их массовому производству возможен только на совершенно новой технологической основе. Освоение производства таких выключателей позволит решить проблему повышения надежности их работы в эксплуатации.
Необходимо значительно повысить и коммутационный ресурс выключателей: увеличить число отключений КЗ без ремонта до 30 и более. Эта задача должна решаться прежде всего за счет применения новых материалов: композиционных материалов для дугогасительных контактов и дугостойких изоляционных материалов для дутьевых сопел и оболочек дугогасительных камер.
Дальнейшие перспективы развития аппаратов высокого напряжения определяются необходимостью повышения их параметров в связи с перспективами развития электроэнергетики. Повышение напряжения дальних электропередач до 1800 кВ и выше определяет необходимость создания всего комплекса аппаратов — выключателей, разъединителей, шунтирующих реакторов (в том числе регулируемых), трансформаторов тока и напряжения, нелинейных ограничителей перенапряжения. Поскольку передаваемая мощность по таким передачам может составлять 10 — 25 ГВт на одну цепь, номинальный ток выключателей, разъединителей и трансформаторов тока должен изменяться от 3,2 до 8 кА. Необходимое глубокое ограничение перенапряжений (до уровня 1,45 и менее) обусловливает целесообразность демпфирования перенапряжений при включении выключателей предвключаемыми резисторами, а также применения управляемых реакторов, ограничивающих как вынужденную, так и переходную составляющую внутренних перенапряжении. Для ограничения грозовых перенапряжений на подстанциях необходимо применение нелинейных ограничителей перенапряжений с улучшенными характеристиками нелинейности варисторов.
На уровне 1150 кВ нельзя отдать предпочтение открытому или герметичному исполнению ОРУ. Их технико-экономические показатели будут близки, а опыт использования должен выявить эксплуатационное преимущество того или иного вида исполнения РУ. Что касается перспектив более высокого повышения напряжения (до 1800 — 2000 кВ), то здесь бесспорно преимущество ГРУ, поскольку в открытом исполнении аппараты трудновыполнимы.
Увеличение номинальных токов до уровня 10 кА на стороне высокого напряжения не требует разработки принципиально новых технических решений. В то же время увеличение номинальных токов на генераторном напряжении до 50 кА и более требует новых разработок. Причем необходимо создать выключатели для отключения не только номинальных токов, но и токов КЗ в цепи генераторного напряжения (до 200 кА и более), способные выдерживать без повреждений токи, обусловленные КЗ на стороне высшего напряжения (до 400 кА и более). Такие выключатели целесообразно создавать при использовании принципа разделения функций проведения тока в длительном режиме (главные контакты) и дугогашения в режиме отключения токов КЗ вплоть до использования полупроводниковых приборов — тиристоров, поскольку число последовательно соединенных тиристоров для работы на генераторном напряжении (до 30 кВ) вполне приемлемо.
Увеличение номинальных напряжений и токов определяет лишь общее направление развития аппаратостроения. Оно предполагает также совершенствование принципов их работы, применение новых систем управления, использование новых прогрессивных материалов для совершенствования их конструкции. Так, в выключателестроении получат широкое применение взрывобезопасные дугогасительные среды — элегаз и вакуум. Широкое использование стеклопластика позволит  отказаться от металлических дугогасительных камер, а вместе с тем — от выводов из них, являющихся самым ненадежным элементом в конструкции выключателей, определяющим повышенную их аварийность.
При малых изоляционных расстояниях ГРУ механические системы управления дугогасительным устройством вполне оправданы. В открытом исполнении изоляционные расстояния на порядок больше, что приводит к задержке передачи команды управления с помощью изоляционных тяг. В этом случае целесообразен переход к световой системе управления, практически не требующий времени для передачи сигнала управления на  высокий потенциал. Оптико-электронные устройства позволяют также обеспечить неискаженную передачу информации о токе в электрической цепи (оптико-электронные трансформаторы тока).
Чрезвычайно важно в кратчайшие сроки ликвидировать отставание от потребностей сетевого строительства в управляемых реакторах, прежде всего на высшие классы напряжения — 750 и 1150 кВ. Обеспечивая непрерывную компенсацию избыточной зарядной мощности линий, такие реакторы позволяют устойчиво передавать энергию по линиям переменного тока без ограничения по дальности, а также существенно облегчают условия работы генераторов в энергосистемах.
Управляемые реакторы будут весьма полезны и для протяженных электропередач более низких напряжений 220 — 500 кВ. Кроме компенсации избыточной зарядной мощности линий управляемые реакторы обеспечивают глубокое ограничение коммутационных перенапряжений на линиях.
Успехи физиков в практическом освоении явления сверхпроводимости обеспечивают возможность создания ряда аппаратов нового типа. Так, может быть достаточно эффективно использован переход материалов из сверхпроводящего состояния в нормальное при превышении напряженности магнитного поля на их поверхности критической величины. На этом принципе могут быть созданы экраны магнитопроводов, управляющие магнитным потоком в них. В качестве примера можно привести предложенные в России конструкции токоограничивающих реакторов с экранами, находящимися в неаварийных режимах работы энергосистемы в сверхпроводящем состоянии, и препятствующими в связи с этим проникновению магнитного потока в сердечник (магнитопровод). Увеличение тока при КЗ, связанное с увеличением напряженности магнитного поля на поверхности экранов, приводит к их переходу в нормальное состояние и проникновению магнитного потока в сердечник. При этом быстро увеличивается индуктивное сопротивление реактора (примерно на порядок), что приводит к ограничению токов КЗ.
Этот же принцип управления магнитным потоком может быть использован и для создания токоограничивающих трансформаторов, защищающихся от воздействия токов КЗ без помощи реакторов или другого оборудования и защищающих генераторы от воздействия токов КЗ на стороне высокого напряжения. Особенно привлекательным выглядит это направление в связи с открытиями в последние годы серии материалов, переходящих в сверхпроводящее состояние при температуре 90 — 1000 К и даже выше. Эти "теплые" сверхпроводники имеют очень низкие значения критических токов (и соответственно критических напряженностей магнитного поля), что исключает возможность их использования в силовой цепи, но чрезвычайно благоприятно для использования их в качестве экранов магнитопроводов.
Создание токоограничивающего оборудования с использованием сверхпроводящих экранов может в значительной степени изменить сложившуюся обстановку в энергосистемах в отношении токов КЗ — снизить максимальные токи КЗ в несколько раз. При этом все высоковольтное оборудование электропередач могло бы быть значительно упрощено.
Не исключается и возможность использования новых физических процессов и явлений в высоковольтном аппаратостроении, таких как лазерная техника и т. п.
В последующих главах рассматриваются функциональные и конструктивные особенности аппаратов высокого напряжения, а также перспективы их совершенствования и методы оптимизации отдельных их элементов и конструкций в целом.

 
« Оценка технического состояния шунтирующих реакторов 400-750 кВ   Перспективы развития выключателей с жидкими дугогасящими средами »
электрические сети