Разработки компании АВВ в области элегазовых коммутационных аппаратов высокого напряжения

Игорь Шлейфман, к.т.н., главный специалист ООО «АББ Электроинжиниринг»

В последние годы предприятия компании АВВ работали над повышением технических параметров и эксплуатационных характеристик элегазовых коммутационных аппаратов высокого напряжения. Некоторые результаты выполненных работ представлены в настоящей статье.

Первое элегазовое дугогасительное устройство автокомпрессионного типа, способное коммутировать токи до 80 кА, было разработано АВВ для выключателей КРУЭ в 1988 году. Это дугогасительное устройство могло применяться в выключателях с номинальным напряжением 170 кВ на разрыв. В 1992 году значение номинального напряжения на разрыв выключателя удалось довести до 245 кВ. Такое усовершенствованное дугогасительное устройство типа SP используется в выключателях на номинальное напряжение 145 и 245 кВ и номинальный ток отключения 80 кА, разработанных компанией АВВ Inc (CША) совместно с компанией ABB Schwitzerland (Швейцария) [1].
Актуальность разработки определяется необходимостью замены эксплуатирующихся в США 200–300 выключателей с номинальным током отключения 80 кА (масляных и элегазовых с двумя ступенями давления), ресурс которых почти исчерпан.
При увеличении тока с 63 до 80 кА энергия, воздействующая на корпус дугогасительного устройства выключателя, увеличивается в 1,6 раза. Соответственно был увеличен объем корпуса дугогасительного устройства. Однако изменение размеров дугогасительного устройства по сравнению с выпускаемым выключателем 242PMG с номинальным током отключения 63 кА было небольшим и устройство удалось разместить в том же полюсном баке. Увеличение энергии привода и механических нагрузок на элементы кинематической передачи также было невелико, и выключатели 242PMG с номинальным током отключения 80 кА имеют такой же привод, как и выключатели с током 63 кА.
Разработанные дугогасительные устройства могут не только применяться в новых выключателях, но и использоваться для модернизации установленных выключателей с увеличением номинального тока отключения с 63 кА до 80 кА.
У выключателя 242PMG с номинальным током отключения 63 кА на выводе в сторону линии устанавливается конденсатор емкостью 10 нФ, обеспечивающий отключение токов неудаленного КЗ.
У выключателя с номинальным током отключения 80 кА значение емкости увеличено до 30 нФ.

Компания ABB Power Technology Products AB (Швеция) разрабатывает и выпускает элегазовые колонковые выключатели на напряжение 72,5–800 кВ. Основная серия выключателей HPL охватывает диапазон номинальных напряжений 123–800 кВ, имеет номинальные токи до 5 кА и номинальные токи отключения до 63 кА. Выключатель HPL800 с наибольшим рабочим напряжением 800 кВ с 2001 года эксплуатируется в РАО ЕЭС на подстанции Белый Раст.
В дополнение к этой серии в последние годы разработана облегченная серия выключателей LTB E с диапазоном номинальных напряжений 145–550 кВ, номинальным током 4000 А и номинальным током отключения 50 кА.
На первом этапе разработки абсолютное давление элегаза, приведенное к +200С, при заполнении составляло 0,7 МПа и выключатели могли применяться только в районах с достаточно теплым климатом. В настоящее время проводится работа по снижению давления заполнения элегаза до 0,5 МПа, что позволит привести выключатель в соответствие с требованиями климатического исполнения У1. Первый выключатель LTB 362E2 поставлен в Россию в первом квартале 2003 г.

В 1998 году было начато сборочное производство элегазовых выключателей на производственной площадке АББ Электроинжиниринг в Чебоксарах. Колонковый выключатель LTB 145D1/B с пружинным приводом BLK-222 выпускается по лицензии ABB Power Technology Products AB (Швеция), а баковый выключатель 145PM 40 с пружинным приводом FSA-2 по лицензии ABB Inc (США).
На первом этапе освоения сборочного производства в России изготавливаются рамы выключателей. Основные узлы – полюсы, приводы, трансформаторы тока поступают от основных изготовителей. На производственной площадке АББ Электроинжиниринг выключатели монтируются, заполняются элегазом, проходят приемо-сдаточные испытания и упаковываются для отправки.
Уже на этом этапе организация сборочного производства позволяет решить целый ряд вопросов, связанных с повышением уровня эксплуатации и надежности выключателей, в том числе:

• снижается их стоимость в результате отказа от транспортировки металлических рам;
• сборка и проверка выключателя после транспортировки проводится в заводских условиях, а не в условиях эксплуатации;
• уменьшается объем монтажных работ на месте установки;
• эксплуатационная документация разрабатывается в соответствии со стандартами РФ (паспорт, формуляр, руководство по эксплуатации);
• улучшается организация сервисной службы;
• ведется работа по замене применяемых для выключателей масел, смазок, клеев и других импортных материалов на отечественные.

В группе АВВ разработкой и производством генераторных выключателей занимается компания ABB Schwitzerland. Первый элегазовый генераторный выключатель был разработан в 1985 г. Его номинальные параметры: напряжение 24 кВ; ток 12000 А; ток отключения 100 кА. С этого времени постоянно проводилась работа по повышению технических характеристик выключателей.
В мае 2000 г. были завершены испытания генераторного выключателя с номинальным током отключения 160 кА. Анализ полученных результатов испытаний и новые исследования на моделях позволили улучшить характеристики выключателя, и осенью 2001 г. новый цикл испытаний в лаборатории КЕМА дал возможность увеличить ток отключения до 190 кА при напряжении 27,5 кВ и до 200 кА при напряжении 25 кВ. Амплитудное значение сквозного тока КЗ и тока включения – 600 кА.
Генераторный выключатель НЕС7/8 – основа генераторного аппаратного комплекса, предназначенного для встраивания в экранированные токо-проводы, в который, кроме генератора, входят: разъединитель, заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, ОПН, конденсаторы для защиты от перенапряжений. Выключатель управляется гидропружинным приводом.
Конструкция контактов обеспечивает:

• достаточный запас материала с учетом реального износа контактов при отключении больших токов КЗ;
• высокую стойкость к механическим нагрузкам при коммутации токов и сквозных токах;
• оптимальное усилие прижатия контактов во всем рабочем диапазоне токов за счет сбалансирования сил отталкивания и притяжения;
• низкое омическое сопротивление и хороший теплоотвод.

Коммутационные модули LTB Компакт разработаны и выпускаются компанией ABB Power Technology Products AB (Швеция) [3].
Основой конструкции является смонтированный на перемещаемой балке стандартный элегазовый колонковый выключатель с трехполюсным управлением LTB145 с пружинным приводом BLK-222. Привод BLK размещен в коррозионностойком шкафу, который прикреплен к полюсной балке. LTB Компакт выполняет функции разъединителей, что позволяет обслуживать выключатель в испытательном и в полностью выдвинутом положениях. Функции разъединителей выполняются перемещением балки с выключателем вдоль оси полюса от неподвижных контактов. Для передвижения тележки с выключателем используются стандартные приводы разъединителей АВВ: моторный ВСМ-F или ручной ВСH-F.
Таким образом, традиционные разъединители заменяются перемещением выключателя и неподвижными контактами, которые не требуют обслуживания. На короткое время выключатель может быть выдвинут для ревизии или замены резервным аппаратом.
Снижение стоимости обусловлено уменьшением фундаментов, стальных рам и требуемого пространства, сокращением контура заземления, количества соединительных проводов и изоляторов, заменой традиционных контрольных кабелей оптоволоконной связью.
LTB Компакт выполняет все традиционные функции ячейки выключателя. Стандартный LTB Компакт состоит из следующих видов оборудования:

• выключатель LTB с приводом BLK;
• выдвижной элемент с моторным приводом ВСМ-F или ручным приводом ВСН-F;
• неподвижные контакты.

• опора для неподвижных контактов;
• трансформаторы тока;
• трансформаторы напряжения;
• скобы для монтажа трансформаторов тока и напряжения;
• заземлитель;
• ограничитель перенапряжений;
• устройство синхронизации Switchsync для операций включения/отключения при коммутации конденсаторных батарей, реакторов, трансформаторов и длинных воздушных линий.