"Новости Электротехники" НЕИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №6(6) 2000

НЕИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРНЫХ КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Ю.Филиппов, д.т.н., профессор, Государственный Технический Университет г. С.-Петербург

В настоящее время на всех атомных, многих крупных тепловых и гидроэлектростанциях России, а также на ряде зарубежных электростанций в цепях главных выводов генераторов установлены воздушные генераторные выключатели типа ВВГ-20 и разъединители типа РВП(3)-20 (рис.2) на номинальное напряжение 20 кВ и номинальные токи 12500 А при свободном естественном теплоотводе от поверхностей их токоведущих систем в длительном режиме работы.
На атомных электростанциях фактические рабочие токи в генераторных цепях имеют величины до 20000 А. Поэтому возможность работы указанных выше генераторных коммутационных аппаратов в этих цепях с соблюдением допустимых по ГОСТ 8024-90 температур нагрева их токоведущих систем (ТВС) осуществляется путем введения дополнительных, постоянно работающих систем направленного искусственного воздушного обдува непосредственно ТВС этих аппаратов. Охлаждение ТВС аппаратов, например на ЛАЭС, производится направленной разводкой воздушных потоков по трубкам в охлаждаемые места ТВС аппаратов и других элементов. Воздух подается от постоянно работающей централизованной установки с двигателем мощностью 55 кВт. Вторая такая же установка постоянно находится в резерве.
Естественно, введение системы искусственного охлаждения снижает эффективность работы распределительных устройств электростанций, в которых применяются генераторные аппараты с искусственным охлаждением.
Другим принципиальным недостатком аппаратов ВВГ-20 и РВП(3)-20, кроме недостаточной величины номинального тока для работы в генераторных цепях АЭС при естественном теплоотводе, является отсутствие в них систем пофазного электромагнитного экранирования. Это приводит к тому, что во всех близлежащих конструктивных стальных ферромагнитных элементах, в том числе в перекрытиях зданий, происходит интенсивное тепловыделение от воздействия вихревых токов и проявления гистерезиса. В результате нагрева этих элементов возникают неоправданные потери энергии и проявляются, как следствие, другие беды. В самих ТВС аппаратов, как показали наши исследования, происходит интенсивное дополнительное тепловыделение вследствие значительного воздействия поверхностного эффекта и эффекта близости, которые приводят также к значительной неравномерности распределения установившихся температур в токоведущих элементах ТВС аппаратов и излишним потерям электроэнергии.

Рис.1 Модернизированный воздушный
генераторный выключатель на 20 кВ,
до 20000А (новая разработка
в части токоведущей системы).

Таким образом, весьма ощутимая часть производимой генераторами электроэнергии бесполезно теряется в аппаратах и близлежащих элементах несущих конструкций сразу же после ее производства, а главное - ограничиваются номинальные токи таких генераторных аппаратов при естественном свободном охлаждении. Необходимо отметить еще один очень значимый для электроэнергетики вопрос. Ресурс установленных на крупных электростанциях воздушных выключателей ВВГ-20 и разъединителей РВП(3)-20 во многих случаях в значительной мере уже исчерпан. Далее электроэнергетику ожидают капитальные ремонты аппаратов, где-то замена их на такие же новые, либо покупка необходимых аппаратов других конструкций у ведущих зарубежных фирм, например, у фирмы АВВ, доминирующей в этой области на рынках Европы и Америки. Надо заметить однако, что фирма АВВ выпускает генераторные коммутационные аппараты, например серии DR-36, на необходимые нам параметры с естественным охлаждением только на 11000 А. Выше применяется искусственное водяное охлаждение ТВС на высоком потенциале с соответствующей деионизацией и деминерализацией воды и дополнительно применяются, если это необходимо, различные другие виды воздушного охлаждения для достижения требуемых номинальных токов. Стоят такие аппараты очень дорого.

Рис.2 Выпускаемый промышленностью разъединитель типа РВП(3)-20 на 20 кВ, 12500 А.

С целью решения весьма сложной возникшей проблемной задачи совершенствования установленных на электростанциях отечественных генераторных аппаратов с доведением их параметров по номинальному току до 20000 А при естественном охлаждении в лаборатории больших токов кафедры «Электрических и электронных аппаратов» СПбГТУ в инициативном порядке проведены многогранные и всесторонние поисковые разработки и исследования рациональных ТВС на физических моделях и макетах. В основу поиска принципиально новых конструктивных решений ТВС генераторных аппаратов была положена задача предельного сокращения тепловых потерь в ТВС и создание максимально благоприятных условий естественного свободного теплоотвода с поверхностей их токоведущих элементов.

Вся работа велась на основе широкого использования в конструкциях ТВС аппаратов жестких тонкостеннопрофильных токоведущих элементов, выполненных из мягкой электротехнической меди.
Успеху дела способствовал большой накопленный опыт создания нами многих других коммутационных аппаратов на основе тонкостеннопрофильного принципа выполнения элементов ТВС, которые уже многие годы серийно выпускаются на заводах в России, в Польше и в Китае. Использован также опыт исследований и испытаний генераторных аппаратных комплексов для Саяно-Шушенской ГЭС.

В результате проделанной работы созданы генераторные воздушные и выключатели на базе ВВГ-20 (рис.1) и новые разъединители на номинальные токи 20000 А (рис.4).
Разработка ТВС воздушного генераторного выключателя ВВГ-20 на номинальные токи до 20000 А осложнилась очевидной необходимостью сохранения всех остальных конструктивных узлов выключателя неизменными. Успешное решение этой задачи с сохранением рубящего принципа движения ножа и органически встроенных в конструкцию аппарата дугогасительных камер, отделителя и пневмоприводов потребовало значительных конструктивных проработок и проведения вариантных исследований на макетах и опытном образце. В конечном итоге созданная новая конструкция ТВС выключателя позволяет встраивать ее в выключатель путем замены старой ТВС выключателя с номинальным током 12500 А на новую в расщепленном электромагнитном экране, но уже с номинальными токами 20000 А при естественном теплоотводе.
В трехъярусном исполнении этой ТВС, выполненной из одинаковых жестких профилей как в неподвижных контактах, так и в ножах, достигнуто снижение, по сравнению со старой ТВС, влияния поверхностного эффекта в 1.4 раза и исключено влияние эффекта близости от взаимодействия с соседними полюсами. Количество переходных сопротивлений внутри этой главной токоведущей системы сокращено с 5-ти до 2-х. Оптимизировано геометрическое расположение профилей токоведущих элементов среднего яруса с обеспечением одинакового тепловыделения во всех ярусах ТВС. Достоинством этого конструктивного исполнения является возможность модификации установленных выключателей в энергообъектах посредством замены старой конструкции ТВС на новую с попутной ревизией и восстановлением других конструктивных узлов выключателей.
Исследования показали, что примененные в конструкциях расщепленные электромагнитные экраны являются очень эффективным средством пофазного электромагнитного экранирования, практически полностью выполняющие эту функцию с очень незначительным выходом электромагнитного поля за пределы экрана и почти не ограничивающие свободу теплоотвода от самих ТВС по сравнению с ТВС аппаратов без экранирования (рис.3).
Новая конструкция разъединителей на номинальный ток 20000 А (рис.4) обладает своими весьма важными достоинствами. Прежде всего эти разъединители благодаря поступательному движению ножа с размыканием без трения в контактах и системе расщепленного электромагнитного экранирования удобно встраиваются в рассечку существующих на электростанциях экранированных токопроводов и управляются существующими электродвигательными приводами.Аналогичные по конструкции разъединители могут быть созданы на еще более высокие номинальные токи при классе напряжения 24 кВ, экономичные в производстве и удобные в эксплуатации.

Рис.4 Разъединитель на 24 кВ,
до 20000 А в расщепленном
электромаг- нитном экране
(новая разработка).

Модернизация выключателей посредством замены главной токоведущей системы на принципиально новую и введения конструктивно простой системы пофазного электромагнитного экранирования позволит:

полностью отказаться от применения системы искусственного охлаждения,
исключить излишние тепловые потери, а соответственно, и перегрев близлежащих металлоконструкций,
получить существенную экономию электроэнергии,
повысить номинальный ток выключателей до 20000 А при естественном свободном теплоотводе,
одновременно обновить выключатели с восстановлением в значительной мере исчерпанного ресурса их работы.

Опытный образец полюса модернизированного выключателя изготовлен в лаборатории больших токов кафедры «Электрические и электронные аппараты» СПбГТУ и испытан.
Для внедрения данной модернизации на электростанциях необходимо изготовить головной образец, провести его типовые испытания в НИИ ВА и сдать межведомственной комиссии (касательно разъединителя новой конструкции дополнительно возникает необходимость изготовления опытного образца).
В Ленэнерго сущность модернизации выключателя обсуждена и одобрена.
В заключение следует отметить, что несмотря на то, что результаты проведенной работы руководителям практически всех АЭС и соответствующих служб электроэнергетики хорошо известны, практическое использование этих результатов в электроэнергетике постоянно откладывается из-за отсутствия денежных средств на осуществление предлагаемой модернизации.