Яндекс.Метрика



Все об электростанциях


 


Воздушные выключатели - высоковольтные выключатели переменного тока



В выключателях рассматриваемого вида гашение дуги происходит в продольном потоке воздуха при давлении 2-4 МПа и выше. Опыт показывает, что для гасительного устройства с одним разрывом при заданном давлении воздуха произведение напряжения и наибольшего отключаемого тока остается постоянным при изменении тока в широких пределах. Поэтому гасительное устройство с одним разрывом может быть использовано для отключения значительного тока только при относительно небольшом напряжении. Выключатели напряжением 220 кВ и выше должны иметь несколько разрывов, включенных последовательно. Так, например, при давлении воздуха 4 МПа и напряжении 110 кВ выключатель с одним разрывом способен отключить ток около 40кА. Выключатель 220 кВ должен иметь два разрыва, а выключатель 500 кВ - четыре разрыва.

Воздушные выключатели с номинальным напряжением от 110 до 1150 кВ проектируют сериями и собирают из унифицированных частей, из которых важнейшим является дугогасительный модуль с двумя разрывами, рассчитанный на некоторое условное напряжение порядка 110-250 кВ в зависимости от давления воздуха. Число модулей, включенных последовательно, выбирают в соответствии с номинальным напряжением.


Схема, поясняющая влияние емкостей на распределение напряжения между разрывами воздушного выключателя

Рис.1. Схема, поясняющая влияние емкостей на распределение напряжения
между разрывами воздушного выключателя


Необходимым условием удовлетворительной работы выключателей с многократным разрывом является равномерное распределение восстанавливающего напряжения между разрывами. Опыт показывает, что это напряжение распределяется далеко неравномерно, если для этого не приняты особые меры. Объясняется это наличием емкостей фарфоровых колонн относительно земли, обозначенных на рис.1 через С1. Чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения между разрывами при любой частоте восстанавливающегося напряжения, целесообразно применение емкостных делителей напряжения (рис.2,а).


Схема включения конденсаторов и шунтирующих резисторов у воздушного выключателя

Рис.2. Схема включения конденсаторов и шунтирующих
резисторов у воздушного выключателя


Воздушные выключатели, чувствительные к скорости восстанавливающегося напряжения, обычно снабжают также шунтирующими резисторами, включенными параллельно каждому разрыву (рис.2,б). При этом в каждом разрыве необходимы небольшие гасительные устройства (обозначены 1', 2', 3', 4') для отключения сопровождающего тока.



Выключатели серии ВВБ


Выключатели этой серии изготовляет ПО «Электроаппарат» для номинальных напряжений от 110 до 750 кВ. Дугогасительные модули с двумя разрывами и односторонним дутьем имеют условное напряжение 110 кВ. Число модулей у выключателей с номинальным напряжением 110, 220, 330, 500 и 750 кВ равно соответственно 1,2,4,6 и 8. Модули устанавливают на колоннах из фарфоровых изоляторов. Выключатели 110 кВ имеют один модуль и одну опорную колонну. Выключатели 220-750 кВ имеют по два модуля на каждой колонне, расположенных один над другим и соединенных последовательно перемычкой (рис.3).


Выключатель серии ВВБ-220 с двумя модулями на одной колонне

Рис.3. Выключатель серии ВВБ-220 с двумя модулями на одной колонне:
1 - шкаф управления; 2 - опорный изолятор;
3 - дугогасительное устройство; 4 - делитель напряжения;
5 - соединительный проводник; 6 - шунтирующий резистор


Давление воздуха для выключателей 110, 220 и 500 кВ равно 2 МПа; для выключателей 750 кВ - 2,6 МПа; для выключателей 330 кВ - 2 и 2,6 МПа. Выключатели 110 и 220 кВ имеют шунтирующие резисторы с сопротивлением 50-100 Ом; выключатели 330, 500 и 750 кВ шунтирующих резисторов не имеют. Номинальные токи отключения выключателей серии ВВБ равны 31,5 и 40 кА в зависимости от исполнения.

Выключатели серии ВВБ имеют пневматическую систему управления. Пусковые клапаны для включения и отключения с соответствующими электромагнитами расположены у основания выключателя, около ресивера с запасом сжатого воздуха, и находятся под потенциалом земли. В полых опорных колоннах проложены воздуховоды из изоляционного материала, из которых один служит для пополнения бачков сжатым воздухом, а второй для управления контактами и дутьевыми клапанами модулей, находящихся под напряжением.


Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ

Рис.4. Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ


Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБ показано на рис.4. Здесь 1 - стальной бачок с литыми вводами (на рисунке не показаны), заполненный воздухом под давлением; 2 - неподвижные контакты, укрепленные на вводах; 3 - подвижная траверса с пальцевыми контактами 4; 5 - металлические сопла; 6 - механизм, фиксирующий положение траверсы; 7 - тарелка дутьевого клапана; 8 - поршень; 9 - шток.

Снизу к бачку прикреплен дутьевой клапан прямого действия, который состоит из следующих частей: корпуса 10, цилиндра 11 с поршнем 12, кольцом 13 и пружиной 14. Поршень 12 соединен полым штоком 15 с тарелкой 7 дутьевого клапана.

На рис.4 дугогасительное устройство показано в положении «включено». При этом контактная траверса находится в нижнем положении, контакты замкнуты, а тарелка дутьевого клапана 7 прижата к седлу давлением воздуха в бачке.

Процесс отключения протекает следующим образом. При КЗ реле защиты замыкает цепь электромагнита отключения; открывается соответствующий пусковой клапан и сжатый воздух из ресивера по воздуховоду 17 поступает под поршень 12 дутьевого клапана. Поршень перемещается вверх вместе с кольцом 13 и тарелкой 7, открывая выход воздуху из бачка наружу через отверстие 16. Одновременно с тарелкой 7 перемещается и поршень 8 со штоком 9 и траверсой 3. Между неподвижными контактами 2 и стенками сопел 5 зажигаются дуги, которые гасятся в потоке воздуха.

Дутьевой клапан открыт до тех пор, пока силы, действующие на поршень 12 снизу, не сравняются. Снизу на поршень действует воздух, подаваемый из ресивера, сверху - сила пружины 14 и сжатый воздух, просачивающийся снизу через дроссель, встроенный в поршень 12 (на рисунке не показан). Когда давление воздуха на поршень сверху и снизу сравняется, он переместится вниз вместе с тарелкой 7; дутьевой клапан закроется.

Продолжительность дутья можно регулировать с помощью дросселя.

Посте закрытия дутьевого клапана поршень 8 удерживается в верхнем положении сначала давлением воздуха снизу, а затем - фиксирующим механизмом 6.

Для включения выключателя необходимо выпустить воздух из-под поршня 12 через воздуховод 17. Тогда давление воздуха под и над поршнем 12, а также под поршнем 8 понизится.

Когда давление под поршнем 8 окажется меньшим, чем над ним, он опустится вместе со штоком 9, преодолев сопротивление фиксирующего механизма. Контакты выключателя замкнутся.



Выключатели серии ВВБК


Выключатели этой серии строят для номинальных напряжений от 110 до 500 кВ. Они отличаются от выключателей серии ВВБ давлением воздуха, которое повышено до 4 МПа. Дугогасительное устройство с односторонним дутьем заменено устройством с двухсторонним дутьем. Это позволило увеличить условное напряжение модуля до 250 кВ и уменьшить их число. Выключатели 110 кВ имеют один модуль, выключатели 220 и 330 кВ - два и выключатели 500 кВ - четыре модуля (рис.5). Увеличены номинальные токи. Пневматическая система управления заменена пневмомеханической, что позволило уменьшить время отключения до двух периодов. Механическая передача размещена в отдельной колонке, расположенной рядом с опорной колонной.


Выключатель серии ВВБК, 500 кВ

Рис.5. Выключатель серии ВВБК, 500 кВ:
1 - шкаф управления; 2 - опорная колонна;
3 - колонка управления; 4 - модуль;
5 - промежуточные изоляторы; 6 - делитель напряжения;
7 - токоведущая перемычка



Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБК

Рис.6. Дугогасительное устройство выключателя серии ВВБК


На рис.6 приведен разрез дугогасительного устройства выключателя серии ВВБК. Как видно из рисунка, в неподвижные контакты 1 введены каналы дополнительного дутья 2, управляемые клапанами 3 и 4. Вынос продуктов горения из каналов дополнительного дутья происходит через внутренние полости токоведущих стержней вводов. Эффективность дутья резко повышена при незначительно увеличенном расходе воздуха. Дугогасительные контакты выполнены в виде пальцев.






Выключатели серии ВНВ


Выключатели этой серии изготовляет ПО «Уралэлектротяжмаш» для номинальных напряжений от 110 до 1150 кВ. Дугогасительный модуль с двумя разрывами рассчитан на условное напряжение 250 кВ при давлении воздуха 4 МПа. Такой укрупненный по напряжению модуль позволяет уменьшить их число сравнительно с выключателями серий ВВБ и ВВБК. Так, например, выключатели 220 кВ имеют один модуль, выключатели 500 кВ - два и выключатели 750 кВ - три модуля. Каждому модулю соответствует опорная колонна, высота которой определяется номинальным напряжением выключателя. Колонны каждого полюса установлены на общем горизонтальном ресивере с запасом сжатого воздуха, сообщающимся с внутренними полостями колонн и через них - с дугогасительными модулями (рис.7).


Выключатель серии ВНВ, 750 кВ

Рис.7. Выключатель серии ВНВ, 750 кВ:
1 - ресивер сжатого воздуха; 2 - опорная колонна;
3 - экран; 4 - модуль; 5 - делитель напряжения


Таким образом, фарфоровые колонны должны выдерживать внутреннее давление 4 МПа. С учетом этого требования они усилены встроенными стеклоэпоксидными цилиндрами, стягивающими изоляторы и тем самым увеличивающими их механическую прочность.

В выключателях серии ВНВ применена система управления с механической передачей движения от привода, расположенного у основания выключателя, к подвижным контактам дугогасительного устройства с помощью системы рычагов и тяг, расположенных в ресивере и опорных колоннах.


Схема управления выключателем серии ВНВ

Рис.8. Схема управления выключателем серии ВНВ


На рис.8 приведена схема управления полюса выключателя 500 кВ с двумя модулями и двумя колоннами. Поскольку модули одинаковы и разрывы симметричны относительно вертикальной оси модуля, на рисунке показан разрез половины модуля.

Модуль состоит из следующих частей: стального корпуса, стеклоэпоксидных вводов с фарфоровым покрытием; контактной системы; сопел; выхлопных клапанов; привода выхлопных клапанов; системы рычагов и тяг.

Привод состоит из поршневого устройства; пусковых клапанов отключения и включения с соответствующими электромагнитами: вспомогательных клапанов.

При подаче команды на отключение срабатывает электромагнит 1 и открывает пусковой клапан отключения 2. Сжатый воздух из ресивера поступает в полость А над поршнем 3 привода полюса. Поршень перемещается вниз и своим штоком 4 воздействует на угловые рычаги 5, связанные металлическими тягами 6 с угловыми рычагами 7 и изоляционными тягами 8. Тяга 8 в каждой колонне соединена со штоком 9, на котором имеется планка (коромысло) 10, соединенная с угловыми рычагами 11. При движении тяги вниз угловые рычаги поворачиваются: левый по часовой стрелке, правый - против часовой стрелки; при этом вертикальные плечи этих же рычагов, соединенные серьгами 12 с подвижными контактами 13, перемещают их вдоль горизонтальной оси модуля навстречу друг другу.

В процессе перемещения подвижного контакта 13 сначала размыкаются главные рабочие контакты 14, а затем дугогасительные 15. Пластины дугогасительных контактов образуют неподвижное сопло, связанное с выхлопной полостью, находящейся при включенном положении выключателя под атмосферным давлением. В самом начале движения контакта 13 (еще до размыкания главных рабочих контактов 14) торец этого контакта отрывается от седла клапана 16, в которое он упирается во включенном положении, и тем самым отделяет заполненную сжатым воздухом полость дугогасительной камеры от внутренней полости контактов, соединенной с атмосферой.

Несколько позднее при размыкании дугогасительных контактов возникает дуга с основаниями на дугогасящей пластине и на внутренней поверхности подвижного контакта 13. Потоком сжатого воздуха она сдувается в сопло неподвижного контакта и в расположенное на оптимальном расстоянии от него подвижное сопло 17. В дальнейшем контакт 13 отходит на полное изоляционное расстояние и прячется за электростатический экран 18.

Одновременно при движении тяги 8 вниз шток 19, являющийся продолжением штока 9, выступом 20 воздействует на рычаг 21, который, поворачиваясь, открывает оперативный клапан 22. При этом сжатый воздух из полости над поршнем 23 привода выхлопных клапанов через змеевик 24 выходит в атмосферу. Поршень 23 освобождает рычаги 25 и 26. Под действием разности давлений в камере и выхлопной полости подвижное сопло 17 движется вправо и своим торцом садится на седло клапана 27, прекращая выхлоп воздуха в атмосферу. Одновременно под действием пружины закрывается выхлопной клапан 28, соединенный металлической тягой 29 и изоляционной тягой 30 с рычагом 26. Истечение воздуха через сопло неподвижного контакта прекращается. На этом процесс отключения заканчивается.

При подаче команды на включение срабатывает электромагнит 31 и открывает пусковой клапан 32, который подает сжатый воздух на поршень клапана 33 и по трубке 34 на поршень 35, закрывающий клапан отключения 2. Клапан отключения закрывается и прекращает подачу воздуха из ресивера в полость А. Одновременно с этим открывается клапан 33 и воздух из полости А вытекает в атмосферу. Под действием включающей пружины 36 шток 19 перемещается вверх, возвращает поршень 3 привода выключателя в исходное положение и смыкает подвижные контакты с неподвижными.

В конце хода подвижный контакт упирается своим торцом в седло клапана 16 и отсекает полость гасительной камеры от атмосферы: одновременно при своем движении шток 19 выступом 20 воздействует на рычаг 21, который, поворачиваясь, закрывает оперативный клапан 22 и подает сжатый воздух на поршень 23 привода выхлопных клапанов. Поршень опускается и своим штоком воздействует на рычаги 25 и 26, которые в свою очередь открывают выхлопные клапаны (клапан 28 и подвижное сопло), соединяя внутренние полости контактов с атмосферой. После снятия командного импульса контактно-сигнальным блоком (на рисунке не показан) и выхода воздуха из полости А в атмосфер) клапаны 32, 33 и поршень 35 возвращаются в исходное положение возвратными пружинами.

Воздухонаполненные вводы прикреплены к металлическому корпусу модуля на петлях и могут поворачиваться в горизонтальной плоскости вместе с токоведущими стержнями и неподвижными контактами, что упрощает ремонт, поскольку отпадает необходимость в дополнительных подъемных устройствах.



Выключатели серии ВВГ-20


Выключатели серии ВВГ предназначены для генераторов; они рассчитаны на номинальное напряжение 20 кВ, номинальный ток 20 кА и номинальный ток отключения 160 кА. Давление воздуха 2 МПа.


Выключатель типа ВВГ-20

Рис.9. Выключатель типа ВВГ-20


Полюс выключателя показан на рис.9,а. Он имеет две главные дугогасительные камеры с разрывами 2 и 3 (рис.9,б), шунтированные резисторами 4 и 5 (по 0,8 Ом каждый), и вспомогательную камеру с разрывом 6, шунтированную резистором 8 (14 Ом), подключенным через искровой промежуток 7.

При отключении выключателя сначала размыкается разъединитель 1. Сжатый воздух поступает из ресивера в главные дугогасительные камеры, а также во вспомогательную камеру. Размыкаются контакты 2 и 3 и гасятся дуги, возникшие в этих разрывах. Размыкается вспомогательный контакт 6; возникшая дуга в зависимости от восстанавливающегося напряжения может погаснуть или без переброса на искровой промежуток 7, или с перебросом, что вызывает подключение резистора 8. После прекращения дутья главные и вспомогательный контакт 6 замыкаются. Размыкается отделитель 9.

При включении выключателя сначала включается отделитель, а затем разъединитель.

Выключатели серии ВВГ-20 предназначены для внутренней установки и требуют усиленной вентиляции помещения.



Подготовка воздуха


Распределительное устройство, оборудованное воздушными выключателями, нуждается в установке для подготовки воздуха высокого давления, его очистки и осушки. Пыль, содержащаяся в воздухе, засоряет клапаны, создает неплотности, снижает разрядное напряжение изоляции. Особенно опасна влага, которая при понижении температуры может конденсироваться в воздуховодах. Зимой в трубах и клапанах возможно образование льда и нарушение проходимости. Стальные части при наличии влаги подвержены коррозии. Конденсация влаги на внутренних поверхностях изоляции снижает ее электрическую прочность и может привести к перекрытию.

Очистка воздуха от пыли производится с помощью фильтров, устанавливаемых на всасывающих патрубках компрессоров. Применение получили масляные (висциновые) фильтры, которые имеют ряды металлической сетки, смоченной маслом с низкой температурой замерзания. При прохождении воздуха через фильтр пыль оседает па поверхности масла.

Осушка воздуха производится термодинамическим способом: воздух подвергают сжатию до давления, превышающего номинальное давление сети не менее чем в 2 раза. С этой целью применяют компрессоры, обеспечивающие соответствующее давление. При сжатии воздуха температура его повышается. При последующем охлаждении до начальной температуры большая часть пара конденсируется. Образовавшуюся в охлаждающем змеевике воду спускают. После этого воздух подвергают расширению через редукционный клапан, чтобы снизить давление до рабочего. Вследствие увеличения объема воздуха его относительная влажность, представляющая собой отношение массы водяного пара, содержащегося в воздухе, к максимально возможному содержанию его, т.е. массе насыщенного пара в том же объеме при заданной температуре, уменьшается пропорционально уменьшению давления. Следовательно, относительная влажность воздуха после его расширения получается равной 0,5 и опасность конденсации водяного пара значительно снижается.

Для надежной работы выключателей осушка воздуха описанным способом недостаточна, поскольку колебания температуры при наружной установке значительны. Приходится принимать меры к дальнейшему уменьшению содержания влаги с помощью адсорбентов, т.е. веществ, обладающих способностью поглощать влагу. К ним относятся силикагель (SiO•Н20), алюмогель (Аl203хН20) и др. Адсорбенты удерживают влагу в порах, не вступая в химическое соединение. Регенерацию использованного адсорбента осуществляют периодически путем нагревания его в течение нескольких часов.

Осушка воздуха термодинамическим способом с последующей обработкой его адсорбентами позволяет получить воздух с ничтожным содержанием водяного пара, при котором точка росы лежит значительно ниже минимальной температуры воздуха летом и зимой.

В качестве компрессоров используют многоступенчатые компрессоры двойного действия с воздушным охлаждением и приводом от асинхронных электродвигателей.

Воздуховоды изготовляют из стальных труб с антикоррозийным покрытием во избежание образования ржавчины, которая может быть занесена в выключатели.

Воздухоприготовительная установка электростанции обычно состоит из трех блоков, каждый из которых может работать самостоятельно. Между блоками предусматривают перемычки с соответствующими запорными вентилями, позволяющими в случае необходимости подавать воздух в ресивер одного блока от компрессора другого блока. Установка полностью автоматизирована. Компрессоры работают периодически. Пуск осуществляется от контактных манометров при понижении давления в ресиверах высокого давления. Подача воздуха через редукционные клапаны в ресиверы рабочего давления производится также автоматически при понижении давления в последних.

Достоинство воздушных выключателей по сравнению с масляными заключается в их быстродействии. Однако воздушные выключатели значительно сложнее масляных и имеют большую стоимость.

В последнее время заметна тенденция к замене части воздушных выключателей элегазовыми. Так, например, воздушные выключатели 110 и 220 кВ нормального климатического исполнения сняты с производства и заменены элегазовыми.