Показатели надежности для вакуумных выключателей

Показатели надежности выключателей

*На один выключатель.

**Показатели надежности выключателей на напряжение 330. 750 кВ приведены без учета отказов выключателей ВНВ.

Усредненные значения показателей надежности приведены для всех типов трансформаторов независимо от их назначения. Показатели параметра потока отказов т среднего времени восстановления трансформаторов получены как среднее значение за 6 лет (с 1977 по 1982 г.). Показатели μ_т и Т_{р, т} приведены для текущих ремонтов, выполняемых в соответствии с требованиями действующих Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и Правил организации технического обслуживания и ремонта оборудования, зданий и сооружений электрических станций и подстанций.

Показатели надежности коммутационной аппаратуры. В качестве основных показателей надежности выключателей, короткозамыкателей, отделителей и разъединителей приняты:

— параметр потока отказов ω, 1/год;

— среднее время восстановления Т_в, ч;

— частота капитальных ремонтов μ_к, 1/год;

— продолжительность капитального ремонта Т_р.к, ч.

Основные показатели надежности коммутационных аппаратов приведены в табл. 3.2 и 3.3.

Показатель ω получен как среднее значение за 6 лет (с 1977 по 1983 г.) в расчете на аппарат). Параметр Т_в получен как среднее время восстановления на один отказ аппарата с приводом за тот же период.

Сравнение технических характеристик вакуумных выключателей разных марок

7 Сравнение технических характеристик вакуумных выключателей разных марок

Подстанция «Байдарка» была спроектирована и построена в 1970 году. С тех пор на ней периодически проводились капитальные и текущие ремонты с определенными интервалами, проверкой защит и высоковольтными испытаниями оборудования. Запасные части менялись лишь в том случае, если в этом нужна была крайняя необходимость.

В 1990 году была проведена реконструкция открытого распределительного устройства 35кВ (ОРУ-35). Она заключалась в том, что вместо установленных отделителей (ОД) и короткозамыкателей (КЗ) на стороне 35 кВ, на обеих секциях были установлены масляные выключатели 35кВ (МВ) марки ВТ. Это было вызвано тем, что требовалась надежность в энергоснабжении, к тому же при постановке трансформатора под напряжение, приходилось это делать разъединителем, что при мощности трансформатора 6300 ква не всегда бывает безопасным. Так же по циркулярам «Костромаэнерго» ремонт отделителей и короткозамыкателей нужно проводить с периодичностью 2 раза в год.

На стороне 6 кВ с момента постройки было установлено комплектное распределительное устройство наружной установки 6 кВ (КРУН) серии КРН-III-10 c масляными выключатели 6кВ марки ВМГ-133 с пружинными приводами марки ПП-61.

В сетях защиты, сигнализации и автоматики так же никакой реконструкции не проводилось. Это все говорит от том, что необходимо заменить морально и физически устаревшее оборудование, к тому же выработавшее свой нормативный срок. Поэтому принимаем решение, при реконструкции КРН-6 кВ старое оборудование заменять полностью и менять его на новое, с установкой комплектного распределительного устройства наружной установки напряжением 6 кВ с вакуумными выключателями.

Выбор в пользу вакуумных выключателей объясняется тем, что в современной энергетике они имеют широкое применение и зарекомендовали себя как надежное и долговечное оборудование. Кроме того, они имеют ряд преимуществ перед масляными выключателями, а в частности: полная взрыво и пожаробезопасность; возможность осуществления сверхбыстродействия и применения для работы в любых циклах АПВ; надежное отключение емкостных токов холостых линий; малая масса; малые размеры; относительно малая мощность привода; легкая замена дугогасительной камеры; простота эксплуатации.

Сейчас наша промышленность выпускает достаточно различных вакуумных выключателей различных марок и серий. Принцип работы у них одинаковый, отличаются они, лишь конструктивным исполнением и каждый из них имеет свои преимущества.

В данном дипломном проекте приводится сравнение вакуумных выключателей двух заводов изготовителей, сравнивая их технические характеристики, и особенности и обосновываем свой выбор одного из них.

Для сравнения возьмем вакуумные выключатели промышленной группы ООО РК «Таврида электрик» марки ВВ/ТЕL-10-20/1000У2 [3] и группы компаний «Электрощит» ТМ Самара марки ВБУ-10-20/1000У2. [4]

Оба эти вакуумных выключателя предназначены для эксплуатации в сетях трех фазного переменного тока частотой 50 Герц, номинальным напряжением 6-10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах.

Вакуумный выключатель марки ВВ/ТЕL-10-20/1000У2

ВВ — выключатель вакуумный

ТЕL – фирменная марка выключателя

10 – номинальное напряжение, кВ

20 – номинальный ток отключения, кА

1000 – номинальный ток, А

У – климатическое исполнение

2 – категория размещения

Вакуумный выключатель ВВ/TEL применяют в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, а также в камерах КСО, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прежних лет выпуска. В основе конструктивного решения выключателя лежит использование по фазных электромагнитных приводов с «магнитной защелкой» механически связанных с валом. Параллельно соединенные катушки электромагнитных приводов фаз выключателя при выполнении команд подключаются к предварительно заряженным конденсаторам в блоках управления такая конструкция позволяет достичь следующих основных отличительных особенностей вакуумных выключателей ВВ/ТЕL:

— высокий коммутационный и механический ресурс.

-отсутствие необходимости в проведении текущих, средних и капитальных ремонтов

— питание от сети постоянного, выпрямленного и переменного и переменного оперативного тока в широком диапазоне напряжений.

-малое потребление мощности по цепям оперативного питания.

-высокое быстродействие при включении и отключении.

-возможность отключения при потере оперативного питания.

-совместимость с любыми существующими типами ячеек КРУ и КСО.

— допускается работа в любом пространственном положении.

-малые габариты и вес.

— все вакуумные выключатели серии ВВ/ТЕL полностью испытаны на соответствование требований российских стандартов и имеют сертификаты соответствия системы ГОСТ.

Вакуумный выключатель ВБУЭ(П)3 – 10 – 20/1000У2

Э (П) – тип привода электромагнитный «Э», пружинно – моторный «П».

3 – номер варианта конструктивного исполнения.

10 – номинальное напряжение, кВ.

20 – номинальный ток отключения, кА.

1000 – номинальный ток.

У – вид климатического исполнения.

2 – категория размещения по ГОСТ 15150.

Вакуумный выключатель ВБУ изготавливаются с двумя типами приводов, пружинно – моторными и электромагнитными. У каждого привода есть достоинства и недостатки. Если анализировать мировой опыт, в распределительных электрических сетях установлены вакуумные выключатели с пружинно – моторными приводами. Эти сети характеризуются достаточно редкими коммутациями, но исключительными требованиями по надежности электроснабжения потребителей. Пружинно – моторные привода полностью соответствуют этим требованиям, у них меньший по сравнению с электромагнитными приводами коммутационный ресурс, но обеспечено ручное включение выключателя под нагрузкой, даже при полном отсутствии питания на шинках управления, кроме того пружинно – моторные привода потребляют для заводки пружины включения очень маленький ток 1,5 А, это упрощает схему цепей вторичной коммутации ячейки и позволяет обойтись без установки дорогостоящих и требующих обслуживания аккумуляторов или блоков аварийного питания включения. Электромагнитные привода применяют там, где требуется большой коммутационный и механический ресурс и не требует дополнительного обслуживания и регулировок в процессе всего срока службы. Выключатель ВБУ имеет следующие неоспоримые преимущества:

— Универсальность – возможность установки электромагнитных или пружинно – моторных приводов.

-возможность ручного включения выключателя под нагрузкой.

— наличие встроенных в привод выключателей расцепителей.

-легко встраивается в различные типы КРУ.

-возможность установки привода отдельно от выключателя.

-высокий коммутационный ресурс.

-хороший теплоотвод рабочих поверхностей.

-лучшее среди всех отечественных и зарубежных выключателей соотношение «цена – качество».

— выключатели сертифицированы по системе ГОСТ

Технические характеристики обоих выключателей приведены в таблице 7.1

Таблица 7.1 Технические характеристик вакуумных выключателей

Полное время отключения, С мах

Собственное время включения, С мах

Коммутационный ресурс цикл «включено- отключено

При номинальном токе

При номинальном токе отключения

* для вакуумных выключателей с пружинно-моторным приводом

Как видно из таблицы выключатели обладают практически одинаковыми техническими характеристиками и выбор приходится обосновывать исходя из эксплуатационных и экономических соображений.

Полюс вакуумного выключателя марки ВБУ имеет разборную конструкцию, то есть он более ремонтопригоден. У вакуумных выключателей марки ВВ/ТЕL по фазные электромагнитные привода, что усложняет и удорожает конструкцию. Как указано в инструкции к вакуумному выключателю марки ВБУ он не требует дополнительных регулировок на протяжении всего срока службы (так же в случае износа контактов). Очень важно, что у этого выключателя обеспечивается воздушная изоляция между верхним и нижним токосъемом камеры это позволяет изготовить исключительно сбалансированную по теплоотводу конструкцию. Кроме всего вакуумный выключатель с электромагнитным приводом на 23 тысячи дешевле, чем выключатель марки ВВ/ТЕL. Выключатель марки ВБУ выбираем с электромагнитным приводом, поскольку он дешевле, а уступает он выключателю с пружинно-моторным приводом только тем, что включить его можно под нагрузкой даже при отсутствии оперативного тока, но это больше применимо на подстанциях, где присутствуют потребители 1-й категории, на подстанции же «Байдарка» все потребители 2-й категории.

После сравнения вариантов принимаем решение использовать на подстанции «Байдарка» вакуумные выключатели марки ВБУЭЗ-10-20/1000У2 с электромагнитными приводами. (схему цепей вторичной коммутации ячейки вакуумного выключателя смотри графическая часть лист 2)

Принцип работы электромагнитного привода:

Включаем автоматический выключатель SF, так как вакуумный выключатель отключен его блок-контакты Q4 замкнуты, срабатывает реле от повторного включения которое размыкает свои размыкающие контакты и замыкает замыкающие контакты подготавливается цепочка для включения вакуумного выключателя. Замыкаем разъемное соединение Х1 по цепочке подается питание на диодный мостик VZ2, выпрямленное напряжение поступает на контактор КМ1, который в свою очередь замыкает контакты в цепи электромагнита включения YAC выключатель включается. Подготавливая своими блок-контактами цепочку на отключение в цепи электромагнита отключения YAT.

Показатели надежности электроснабжения

Статьи Комментарии к этой записи отключены.

Показатель надёжности электроснабжения является важным факторов в процессе функционирования приёмников электроэнергии. Существует три категории таких приёмников, каждая из которых имеет свои особенности и характеристики.

Категории надежности электроснабжения

К первой категории можно отнести те электроприёмники, относительно которых нельзя допускать каких-либо перерывов в работе. Это может стать причиной увечья и смерти людей, значительного ущерба и порчи оборудования, выбраковки изделий в процессе производства, сбоям в работе и прочим негативным последствиям. Таким образом, электроприемники данной категории — самые небезопасные по тому ущербу, к которому они могут привести.

К особой группе данной категории электроснабжения относятся те устройства, функционирование которых в постоянном режиме необходимо для осуществления штатной работы производственного процесса.

Ко второй категории следует отнести те электроприёмники, при перерыве в функционировании которых, имеет место сбой в процессе отгрузке продукции, простаивают механизмы и оборудование. Кроме того, становится невозможной нормальная жизнедеятельность людей. Любое иное устройство электроснабжения следует относить лишь к третьей категории.

Надежность электроснабжения для тех электроприемников, которые относят к первой категории, состоит в том, что к ним подключаются два источника питания (работают независимо). При этом осуществляется взаимное страхование двух вводов, а также формируется резерв электрообеспечения. Если отказывает один, то в автоматическом режиме включается иной. Перебои допустимы тогда, когда переключаются ввода (автоматически). Исключительная группа этой категории должна быть оснащена и третьим источником электроэнергии. Это может быть не только дизельный генератор или аккумулятор, но также любой другой источник.

Вторая категория надежности электроснабжения предусматривает наличие электроприёмников, запитанных сразу от двух источников. Они не могут быть зависимыми друг от друга, и, когда нет напряжения на одном из вводов, то второй включается в ручном режиме. Эту операцию осуществляет дежурный или один из членов бригады, осуществляющей аварийные работы. Данная категория допускает питание по кабельной линии только от одного аппарата. При этом может быть более одного кабеля. Если трансформатор можно заменить в течение суток, то допускается подключение лишь от одного трансформатора.

У электроприемников, относящихся к третьей категории, обеспечение электроэнергией осуществляется лишь из одного источника при соблюдении единственного условия: возможность проведения ремонта узлов, которые вышли из строя, в течение суток. Если же это не представляется возможным, то в этом случае электроприемники не классифицируют по данной категории.

Время восстановления электроснабжения в зависимости от категории

Допустимое количество часов отключения в год для третьей категории надежности составляет 72 часа, но не более суток подряд. Исключение — согласованный ремонт электросетевых объектов с Федеральной службой по экологическому, атомному и технологическому надзору.

Число часов отключений для первой и второй категории определяется договором оказания услуг передачи электроэнергии.

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Зависимые времятоковые характеристики защит. Часть 1

В данной серии статей мы рассмотрим виды зависимых защитных кривых, принципы их построения и область применения.

Большинство примеров будет выполнено в программе для построения карты селективности Гридис-КС (PRO), однако их можно и даже нужно повторить вручную, для лучшего понимания вопроса.

Рекомендуется для специалистов проектных организаций (сектор расчета уставок РЗА).

1. Виды зависимых времятоковых характеристик

Наиболее известными являются зависимые характеристики согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014. Зависимые характеристики в данном документе описываются формулой вида

Рис.1. Общая формула зависимых кривых согласно ГОСТ МЭК 60255-151-2014

Однако, в отечественной практике данную формулу принято представлять в следующем виде

Рис.2. Общая формула зависимых кривых в отечественной лит-ре

где K, α, β – определенные коэффициенты, а I*=I/Iс.з. – относительный ток срабатывания защиты.

Видно, что данные формулы практически идентичны, за исключением второго слагаемого TMS*c, которое отвечает за перемещение кривой вдоль оси времени. При задании кривой при помощи точки согласования защит, а не посредством коэффициента К формулы становятся полностью идентичными. Далее будет рассматривать построение зависимых кривых согласно формуле на Рис.2

Уставками (настраиваемыми величинами) в этой формуле являются параметры Iс.з. и K. Коэффициенты α и β, для определенного типа кривой, являются известными величинами

Наиболее известными и часто применяемыми зависимыми времятоковыми характеристиками у нас в стране являются нормально инверсная (INV), сильно инверсная (VERY), чрезвычайно инверсная (EXT) и зависимая с длительным временем (LONG)

Ниже приведены значения коэффициентов α, β для данных кривых:

нормально инверсная (INV): α = 0,02; β = 0,14

сильно инверсная (VERY): α = 1; β = 13,5

экстремально инверсная (EXT): α = 2; β = 80

зависимая с длительным временем (LONG): α = 1; β = 120

За счет разных коэффициентов получается разный наклон кривых проходящих через одну расчетную точку. Это свойство используется для обеспечения селективности защит.

Рис. 3. Основные зависимые характеристики

На Рис. 3 все кривые начинаются от значения Iс.з. (в примере это 100 А). Также все кривые, кроме LONG, проходят через одну точку согласования (в примере это 300 А, 5 с). С кривой LONG есть одна особенность – о ней поговорим позже.

Пусть вас не смущает небольшая визуальная разница в наклоне кривых – просто график построен в логарифмическом масштабе по оси времени (Y). Так, например, разница во временах срабатывания между кривыми EXT и INV на токе 200 А составляет 5,4 с.

Рис. 4. Времена срабатывания защиты при применении различных кривых

Кроме того, вы можете изменять значение коэффициента К для того, чтобы перемещать кривую «вверх-вниз». Изменение К аналогично указанию другой точки (Iсогл., tсогл.), через которую пройдет ваша кривая, при сохранении начального тока срабатывания (Iс.з.).

Давайте покажем это для двух кривых INV с одинаковым током срабатывания Iс.з. = 100 А при значения К1 = 0,79 и К2 = 1,59

Рис. 5. Результаты изменения коэффициента К

Как видно из Рис. 5 изменение коэффициента К с 0,79 до 1,59 для нормально инверсной кривой дало изменение времени при токе согласования в 5 с.

Таким образом, имея один ток согласования с нижестоящей защитой (он вычисляется по известным формулам, которые мы здесь не приводим) можно получить различный наклон характеристик и различные времена срабатывания для конкретной защиты.

Также известна кривая RI, которая имитирует защитную характеристику одного из первых индукционных реле в мире, которое разработала фирма ASEA (ныне ABB). Ее график и примерная формула приведены ниже

Рис. 6. Характеристика реле индукционного RI (аппроксимация)

Кроме того, ввиду широкого распространения в России электромеханических реле РТ-80 и РТВ были попытки описать их кривые математическими формулами, для последующей имитации в микропроцессорных терминалах, а также для более удобного отображения на картах селективности. Вот один из примеров.

Рис.7. Характеристики реле РТ-80 и РТВ (аппроксимация)

Стоит отметить, что данные формулы дают большую погрешность и использовать их стоит только, если вы применяете микропроцессорный терминал РЗА, в котором они запрограммированы (указано в Руководстве по эксплуатации).

Если вы строите на карте селективности характеристику реального реле РТВ или РТ-80, то лучше выбирать характеристики реле из соответствующей базы данных. Подробнее почитать об этом можно здесь

В Гридис-КС (PRO) учтены оба варианта задания характеристик этих реле. Вам остается выбрать подходящий

2. Различие между зависимыми и независимой характеристикой защит

Важно понимать преимущества и недостатки зависимых кривых перед независимыми. Для этого отобразим эти характеристики при одинаковых расчетных условиях.

Такой график приведен на Рис. 6 (кривая LONG удалена)

Рис. 8. Зависимые и независимая характеристики при одинаковых уставках

У всех защит на Рис. 8 одинаковый ток срабатывания Iс.з. = 100 А. Стоит отметить, что независимая защита будет пускаться при таком токе, а зависимые нет потому, что 100 А — это асимптота для этих кривых (время отключения равно бесконечности). Обычно значение пуска таких защиты лежит в пределах (1,1. 1,3)*Iс.з. и определяется изготовителем реле.

Как видно при токе согласования (300 А) все защиты имеют одинаковое время срабатывания (5 с). При токах менее 300 А независимая характеристика имеет меньшие времена отключения, а при токе более 300 А – большие, чем у зависимых. Таким образом, зависимые кривые медленнее отключают малые токи КЗ.

Это означает, что зависимые характеристики защит следует применять с осторожностью и всегда оценивать допустимость их использования на том или ином присоединении.

Для примера рассмотрим защиту силового трансформатора ТМГ-1000/10/0,4 кВ в нескольких вариантах:

1. Независимая характеристика — красная линия

2. Нормально инверсная (INV) — фиолетовая

3. Экстремально инверсная (EXT) — голубая

Рис. 9. Применение зависимых кривых для защиты трансформатора

На токе согласования защит (960 А) все характеристики дают одинаковый результат, а правее этой точки зависимые характеристики отключают КЗ быстрее (как и описано в учебниках), но посмотрите на картину в целом:

• При минимальном дуговом токе на низшей стороне трансформатора (280 А приведенных) время отключения кривой INV составляет примерно 4 с, что достаточно много, а кривой EXT — 20 с, что вообще недопустимо
• Применяя токовую отсечку (см. вторую ступень красной кривой) совместно с независимой характеристикой МТЗ можно получить результат даже лучше, чем с зависимыми кривыми в части отключения больших токов КЗ. При этом токовая отсечка трансформаторов оказывается практически всегда эффективна, что позволяет применять ее по умолчанию

Очевидно, что в данном случае зависимые кривые лучше не использовать. Даже, если вы обеспечите селективность, например, с нижестоящими предохранителями 0,4 кВ, то оставите без защиты сам трансформатор.

Это, кстати, на заметку тем, кто любит защищать трансформаторы предохранителями 6-10 кВ (они также имеют зависимую характеристику, близкую к кривой EXT). Такая защита — по большей части фикция и может спасти только от КЗ в начале зоны (обмотка ВН трансформатора). Подробнее об этой проблеме написано здесь

Обычно зависимые характеристики могут давать преимущества в сети с большим количеством уровней распределения, особенно, если вышестоящая защита также выполнена с применением зависимой кривой (например, реле РТ-80), и в большей части для защит линий, где разница в минимальном и максимальном токах КЗ невелика. Примеры рассмотрим позднее.

В следующей статье мы разберемся с тем, как построить любую зависимую кривую, причем сделаем это двумя разными способами.