[04-1999] Эффективность коммутационной аппаратуры повышена

[poster444]

Эффективность коммутационной аппаратуры повышена

Опыт Горьковской дороги

Масляные выключатели фидеров контактной сети переменного тока работают в специфических условиях. Число отключений за год составляет 40 — 100 и более раз, отключаемые токи короткого замыкания (к. з.) — 400 — 6ООО А. Причем минимальные токи к. з. ниже номинального тока масляного выключателя, а максимальные — в 3 — 7 раз ниже номинального тока отключения.
Как в этих условиях оценить коммутационную износостойкость и рациональные сроки ремонта масляных выключателей? Этой теме посвящена статья профессора Российского государственного открытого университета путей сообщения (РГОТУПС) Л. А. ГЕРМАНА и инженера Горьковской дистанции электроснабжения А.В. ШАРОВА. Выполненная работа одобрена службой электроснабжения Горьковской дороги, ее результаты внедряются на магистрали.

НОРМИРОВАНИЕ СРОКОВ РЕМОНТА ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ПО «СУММАРНЫМ КИЛОАМПЕРАМ»

Чтобы повысить надежность работы систем электроснабжения, сократить объемы обслуживания на тяговых подстанциях, прежние выключатели фидеров контактной сети заменяют новыми, обладающими повышенным коммутационным ресурсом. В первую очередь — это замена масляных выключателей вакуумными.
Тем не менее, к сожалению, еще долгие годы на фидерах контактной сети тяговых подстанций будут работать масляные выключатели. Поэтому остается актуальной возможность более интенсивного их использования.

Допускаемое (гарантируемое) для выключателя (без осмотра и ремонта) суммарное число операций включения и отключения при токах к. з. и нагрузочных токах называется коммутационной износостойкостью. В масляных выключателях, в отличие от выключателей других видов, износостойкость определяется не только состоянием контактов и дугогасительного устройства, но и степенью износа основной дугогасительной и изоляционной среды — масла.

Степень износа элементов выключателя зависит от особенностей его конструкции, а также от числа отключений и величины отключаемого тока к. з. На основании исследований, проведенных на Горьковской дороге и в других организациях, было предложено определять коммутационную износостойкость по суммарному отключаемому току к. з. £ 10ткл (метод «суммарных килоампер»). Нормативный документ ЦЭ/39 устанавливает следующие наработки между очередными ремонтами: ВМО-35 — 100 кА; ВМК-27,53 - 80 кА; ВМУЭ-27.5Б - 200 кА. Для контроля суммарных килоампер на фидерах контактной сети включают фиксаторы-сумматоры. Оценка коммутационной износостойкости по суммарному току к. з. существенно упростила эксплуатацию масляных выключателей. Их стали ремонтировать один раз в 1 — 1,5 года (раньше раз в 2 — 3 мес.).

Многолетний опыт работы фиксаторов-сумматоров показывает, что отключаемые токи к. з. значительно меньше номинальных токов отключения. Они приближаются к номинальным рабочим токам масляного выключателя (табл. 1).

Особенно это проявляется там, где отключены посты секционирования (ПС) или защиты ПС работают неселективно, а также на участках с ПС на разъединителях с неселективной защитой фидеров контактной сети.

В процессе эксплуатации замечено, что на участках с небольшими токами к. з. число допустимых отключений по «суммарным килоамперам» получается заниженным, что не выгодно для эксплуатации. Это заставило дополнительно исследовать нормирование сроков ремонта масляных выключателей.

НОВЫЙ МЕТОД НОРМИРОВАНИЯ СРОКОВ РЕМОНТА МАСЛЯНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

В соответствии с новыми исследованиями, проведенными в ЛПО «Электроаппарат» и Научно-исследовательском центре высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), зависимость коммутационной износостойкости от значений токов к. з. определяется соотношением:

где I — отключаемый ток масляного выключателя;
Iо ном ток, для которого нормируется допустимое число операций отключения масляного выключателя;
п|, n0 — соответственно число отключений при токах I и 10 ном)
у — коэффициент, находящийся для рассматриваемого класса масляных выключателей в пределах 1,2 — 2,5 (этот коэффициент определяет степень их износа).

Другими словами, при отключении большого тока к. з. (1Б) износ масляных выключателей будет больше, чем при отключении нескольких меньших токов к. з. (Z 1м), суммарно равных ему. Это обстоятельство не учитывается в существующих нормах ремонта МВ, основанных на простом суммировании токов к. з. Кроме того, следует отметить, что нормы суммарно отключаемого тока к. з. устанавливают на основании опытных данных. Причем исследовали масляные выключатели при токах к. з., намного превышавших номинальные рабочие токи выключателей.

Покажем на простом примере эффективность нового метода нормирования. Пусть 10 ном = 3500 А, п0 = 30, а отключаемый ток к. з. I = 2000 А. Тогда по существующим нормам «суммарных килоампер» число отключений тока 2000 А составит 52 (п = 30 3500/ 2000).

В соответствии с новым методом нормирования при тех же условиях (принимая значение у = 2) число отключений достигнет 91.
Как видно, допустимое число отключений масляных выключателей повышается в 1,75 раза. Это указывает на возможности интенсификации их работы.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВОГО НОРМИРОВАНИЯ СРОКОВ РЕМОНТА МВ ФИДЕРОВ 27,5 КВ

Расчет эффективности выполнен для всех возможных вариантов систем электроснабжения с определением диапазона тока к. з. в тяговой сети. В тех случаях, когда токи к. з. близки к нагрузочным, существенную роль в их расчетах играет режим работы тяговой сети. Он зависит от коэффициента трансформации трансформаторов на районной и тяговой подстанциях, наличия установок продольной и поперечной емкостной компенсации, нагрузок на смежных зонах электрифицированного участка, реальной схемы сетей системы внешнего электроснабжения, схемы секционирования тяговой сети и т. д. Другими словами, расчет токов к. з. должен выполняться при совместном рассмотрении систем внешнего (СВЭ) и тягового (СТЭ) электроснабжения.

Программа совместного расчета СВЭ и СТЭ для анализа режима тяговой сети создана на кафедре «Энергоснабжение электрических железных дорог» РГОТУПСа. Разработанная программа позволяет:
- определять ток к. з. в тяговой сети 25 и 2X25 кВ с учетом реальных параметров системы внешнего электроснабжения;
- учитывать влияние на ток короткого замыкания установок продольной и поперечной емкостной компенсации, включенных в разные фазы, как на подстанциях, так и на постах секционирования контактной сети;
- определять параметры режима в тяговой сети (напряжения, токи и т.д.) при к. з. в любой точке СВЭ и СТЭ;
- учитывать взаимодействие систем тягового электроснабжения 25 кВ и 2X25 кВ на подстанциях стыкования двух систем, уровень напряжения в системе внешнего электроснабжения, влияние изменения положения РПН на районных подстанциях, питающих систему тягового электроснабжения, и положение РПН на тяговых подстанциях.

Рассчитанные при помощи данной программы токи к. з. межподстанционной зоны для однопутных и двухпутных участков с постом секционирования на разъединителях представлены на рис. 1, 2. Если допустить, что к. з. могут возникнуть с равной вероятностью в любой точке подстанционной зоны, то средний ток отключения масляного выключателя в случае двухпутного участка будет в пределах 1037 — 1153 А (расчеты выполнены
для трансформаторов 25, 40 и 63 МВиА), а для однопутного — 1866 —
2032 А. Когда на посту двухпутного участка установлены выключатели с защитой от токов к. з., выключатель Q отключает токи к. з. только участка 1, и средний ток отключения составляет от 2159 до 2419 А.

При установлении новых сроков нормирования ремонта масляных выключателей можно идти двумя путями. Первый — увеличение нормы «суммарных килоампер» с учетом новых зависимостей коммутационной износостойкости, но тогда придется изменять существующие нормативные документы. Второй — эквивалентировать каждое значение отключаемого тока по износу к существующим нормам. В этом случае остаются неизменными действующие нормы по «суммарным килоамперам», но число отключений увеличивается.

Рассчитаем средний ток к. з., эквивалентный по износу отключаемому току, для ВМО-35, допустив возможность к. з. в любой точке подстанционной зоны. Для этого в каждой точке зоны рассчитаем ток к. з., а затем найдем его среднее значение. Для этого преобразуем зависимость тока:

где Z I — сумма отключаемых токов выключателя, после чего производится его ремонт в соответствии с существующими нормами;
£ <о ном - произведение 10 ном на допустимое число отключений выключателя для этого тока.

По нормам ЦЭ/39, для ВМО-35 L I = 100 кА. В качестве расчетного принимаем используемый при исследованиях на Горьковской дороге ток
lo ном — 5300 A (5L 10 ном ЮО кА) и данные из ЦЭ/39 с учетом старения ВМО-35; 10 ном = 3500 А, п0 = 30 (2* lo ном = 105 кА).
Например, в некоторой точке ток к. з. равен 2000 А. Тогда токи, эквивалентные ему по износу, для двух вариантов 10 „ом будут равны (при у = 2) 754,7 и 1088 А.

Этот результат говорит о том, что при отключении тока 2000 А действительный износ соответствует току 1088 А (при 10 „ом = 3500 А по нормативам ЦЭ/39), если ориентироваться на существующие нормы по «суммарным килоамперам» (100 кА).

Результаты расчета эффективности нового нормирования для трансформаторов 40 МВиА приведены в табл. 2 (в скобках дано отношение между средним отключаемым током и средним током, эквивалентным по износу отключаемому току, выраженное в процентах, что отражает увеличение межремонтного срока).

Из табл. 2 видно, что наибольшая эффективность наблюдается там, где средние токи к. з. малы. В частности, для двухпутного участка с ПС на разъединителях межремонтные сроки увеличиваются на 17,2 — 111 %, а для однопутного — на 8 — 49,2 %.

Данные расчеты подтверждаются статистическими исследованиями, проведенными на ряде тяговых подстанций Горьковской дороги, работающих на двухпутном участке с ПС на разъединителях (рис. 3). Здесь номера подстанций возрастают по мере удаления от районной подстанции, при этом ток к. з. падает. Проделанные расчеты показывают допускаемое по износостойкости увеличение межремонтного срока (табл. 3): в числителе — значения при 10 Ном = 5300 А; в знаменателе — при l0 ном = 3500 А, Е I — «суммарные килоамперы», подсчитываемые по фиксатору-сумматору для указанных фидеров контактной сети.
Как видно, в реальных условиях увеличение межремонтного срока составляет 15 — 693,8 %, а при минимальном значении у = 1,2 увеличение достигает 15 — 36,8 %. В значительно большей степени увеличение межремонтных сроков достигается для выключателей фидеров постов секционирования (при у = 1,2 — 25 ... 63 %). Это соответствует экономическому эффекту для одной дистанции электроснабжения более, чем 20 тыс. руб. в год.

ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ НОВОГО МЕТОДА НОРМИРОВАНИЯ

Из данных табл. 2, 3 следует, что эффективность использования новых критериев коммутационной износостойкости высока. Возникает вопрос: как их учесть? Для участков с малыми токами к. з. со значительным запасом можно предложить увеличение межремонтного срока на 15 %. Другими словами, на участках с узловой схемой питания с ПС на разъединителях уже сейчас для выключателя ВМО-35 вместо установленнои нормы суммарно отключаемого тока к. з. 100 кА следует принять 115 кА, для ВМК-27,5 вместо 80 кВ — 92 кА, а для ВМУЭ-27,5 вместо 200 кВ — 230 кА и использовать существующие фиксаторы-сумматоры. В дальнейшем при уточнении коэффициента для конкретных выключателей суммарно отключаемый ток можно еще больше увеличить.

Другим путем является совершенствование существующих фиксаторов-сумматоров, установленных на фидерах контактной сети. Модернизированный узел должен считать токи, эквивалентные по износу отключаемому току. В этом случае не придется менять утвержденные нормы на «суммарные килоамперы» (ЦЭ/39). Для этого фиксатор-сумматор должен быть дополнен блоком преобразования токов по второй формуле.

Блок-схема подобного сумматора приведена на рис. 4. Он содержит трансформатор тока ТА, ко вторичной обмотке которого через трансреактор Т, выпрямитель VD1 и замыкающий контакт К1 реле-повторителя масляного выключателя подсоединен запоминающий конденсатор С1. Через размыкающий контакт реле-повторителя, линеаризующий преобразователь 1 и блок расчета l(l/l
О ном конденсатор подключен к переходу «эмиттер — база» входного транзистора VT1 схемы совпадения. Выход генератора импульсов 3 подсоединен к базе выходного транзистора VT2 схемы совпадения, в коллекторную цепь которого введен электромеханический счетчик импульсов 5. В нормальном состоянии транзистор VT2 закрыт, и сигнал не проходит к счетчику импульсов 5.

При к. з. в электрической сети реле-повторитель срабатывает и контактом К1 подключает конденсатор С1 к напряжению выпрямителя VD1, пропорциональному току короткого замыкания. При отключении короткого замыкания реле-повторитель отпадает, и конденсатор С1 разряжается через контакт К2 и преобразователи 1, 2.

Напряжение на конденсаторе уменьшается линейно, так как он разряжается неизменным по величине током. В преобразователе 2 длительность импульса тока изменяется по второй формуле. После этого импульс тока запирает транзистор VT1, в результате чего выходной сигнал генератора импульсов 3 проходит на транзистор VT2 и управляет счетчиком импульсов 5. При полном разряде конденсатора С1 транзистор VT1 открывается и запирает транзистор VT2, прекратив тем самым счет импульсов генератора.

Переделки фиксатора-сумматора столь небольшие, что их можно выполнить 8 условиях дистанции электроснабжения.

Используя новый метод контроля коммутационной износостойкости масляных выключателей, можно увеличить их межремонтный срок более чем на 15 % для тяговых подстанций и на 25 % — для постов секционирования. Особенно эффективен этот метод на участках со сравнительно малыми токами к. з. в тяговой сети.

Такие участки можно определить, используя программу расчета токов к. з. при совместном рассмотрении систем внешнего и тягового электроснабжения. Переход на новый метод нормирования позволит экономить дистанции электроснабжения более 200 тыс. руб. в год. Данные выводы будут проверены при эксплуатации и пересмотре нормативных документов.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin