Ресурсные возможности элегазового выключателя на 110 кВ производства ЗАО «ЗЭТО»

By Апрель 9, 2017Без рубрики
Элегазовый колонковый выключатель типа ВГТ-110-40, производимый ООО «ЗЭТО- Газовые Технологии» (дочернее предприятие в составе ЗАО «ЗЭТО») и аттестованный ОАО «ФСК ЕЭС» , успешно прошел типовые испытания в различных испытательных центрах, обладающих испытательными стендами, характеристики которых обеспечивают исполнение требований ГОСТ 52565-2006 в полном объеме (рис. 1, табл. 1). При определении ресурсных возможностей выключателя в процессе типовых испытаний были проведены дополнительные исследования с целью точного определения параметров ресурса. Рисунок 1. Выключатель ВГТ-110-40 на испытаниях в испытательном центре «КЕМА»
Рисунок 1. Выключатель ВГТ-110-40 на испытаниях в испытательном центре «КЕМА»
Таблица 1 – Виды испытаний
Наименование испытаний
Испытательный центр
Примечания
1
Коммутационные испытания
— КЕМА (Голландия)
 
— СЕSI (Италия)
 
— ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики»
— Режимы Т100S, Т100а, Т60, Т30, Т10, L90,ОР2, коммутация токов ненагруженных линий, коммутация токов конденсаторных батарей
— Режим L75
— Коммутационный ресурс
2
Испытания электрической прочности изоляции
ИЦ «ЗЭТО»
Испытания при минимальном и нулевом избыточном давлении
3
Механические испытания
ИЦ «ЗЭТО»
Испытания совмещались с испытаниями на нагрев  при длительном протекании номинального тока
4
Испытания на нагрев при длительном протекании номинального тока
ИЦ «ЗЭТО»
Испытания совмещались с механическими испытаниями
5
Климатические испытания
«ВНИИТрансмаш»
Испытания совмещались с исследованиями герметичности
6
Испытания на сейсмостойкость
НИЦ 26 ЦНИИ
Натурные испытания к воздействию землетрясений   9 баллов по шкале МSК-64
Ряд элементов выключателя под воздействием электрического тока (дугогасительные контакты и фторопластовые сопла), механического износа (детали привода и серебряное покрытие главных  контактов), климатических факторов и времени (уплотнения) теряют свои свойства и должны быть заменены в процессе эксплуатации, когда исчерпают свой ресурс. Учитывая, что ремонт элегазовых аппаратов требует специального технологического оборудования, разработчики стремятся выполнить требования по ресурсу, охватывающие максимальное время. Для большинства высоковольтных выключателей, представленных сегодня на рынке, декларируется достаточно длительный срок службы без ремонта [1,2]. Подтверждением этому служат положительные результаты испытаний в самых жестких режимах в соответствии с требованиями к ресурсу ГОСТ 52565-2006. См. (табл. 2).
Таблица 2 – Требования к ресурсу выключателей
Элементы, подверженные износу
Фактор износа
Норма фактора износа при типовых испытаниях
Параметры износа в Р.Э., соответствующие результатам испытаний
1
Дугогасительные контакты и фторопластовые сопла
Электрический
15 отключений номинального тока отключения с длительностью горения дуги 15-16 миллисекунд
Норма на изменение момента замыкания контактов в процессе эксплуатации, соответствующая ресурсу
2
Детали привода
Механический
10 000 операций ВО без повреждений
Норма на изменение собственных времени включения и отключения выключателя
3
Главные контакты (покрытия)
Механический
10000 операций ВО без изменения в нагреве главной цепи токопровода
Норма на изменение электрического сопротивления главной цепи токопровода
4
Уплотнения
Температурный и временной
Величина утечек 0,5% в год при климатических испытаниях и при разнице минимального давления и давления заполнения 20%
Норма годовой утечки при фиксированной разнице минимального давления и давления заполнения
 
Коммутационный ресурс
Коммутационный ресурс выключателя ВГТ-110-40 предварительно оценивался в испытательном центре КЕМА (Голландия) при испытаниях в режиме Т100S и окончательно определялся в ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики». Результаты испытаний (зачетные опыты и параметры, имеющие отношение к ресурсу) приведены в табл. 3, 4, 5.
Таблица 3 – Коммутационные испытания в режиме Т100S
Параметр
Объем испытаний проведенных в испытательном центре «КЕМА»
1
Операция или цикл
О
О
О
О
О
О
О
ВО
ВО
ВО
О
ВО
ВО
О
О
2
Ток включения, пик ,кА
46,6
55,3
50,3
91,3
102
3
Ток отключения, симметр., кА
20,7
40,5
40,4
40,5
40,4
40,3
20,8
20,5
20,9
20,8
40,1
40,3
40,5
40,6
40,6
4
Длительность дуги, мс.
13,3
13,5
12,3
11,5
10,4
19,2
10,5
12,2
12,2
12,0
10,8
19,3
15,5
14,1
14,0
Таблица 4 – Испытания на подтверждение коммутационного ресурса
Параметр
Объем испытаний проведенных в «НТЦ электроэнергетики»
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
402
403
404
405
406
407
408
409
1
Операция или цикл
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
2
Ток включения, пик, кА
103,6
83,5
53,3
72,5
72,5
85,7
93,4
91,0
68,7
76,4
3
Ток отключения, симметр., кА
41,4
39,0
40,4
40,4
40,6
40,8
40,9
40,8
40,4
40,9
41,6
40,6
41,4
40,3
40,6
40,4
40,5
40,6
40,6
40,5
40,5
4
Длительность дуги, мс
21,3
18,8
13,8
13,3
13,7
13,1
13,9
13,7
13,5
13,9
12,0
13,1
15,1
16,0
16,4
16,6
16,3
16,3
16,1
16,8
16,2
Таблица 5 – Испытания на подтверждение коммутационного ресурса
Параметр
Объем испытаний проведенных в ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики»
1
Операция или цикл
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
ВО
О
О
О
О
О
О
О
О
О
О
2
Ток включения,
пик, кА
99,5
99,4
79,1
66,5
74,7
90,1
114,3
76,9
87,9
75,8
3
Ток отключения, симметр., кА
40,2
39,8
39,8
39,8
40,6
40,8
40,8
39,6
40,0
40,4
40,5
40,4
40,8
40,7
40,7
40,7
40,8
40,6
40,5
40,5
4
Длительность дуги, мс
16,2
16,4
14,5
14,5
15,5
15,6
18,7
14,5
15,9
15,7
17,7
15,9
14,8
14,3
13,4
16,6
15,3
15,6
15,5
15,1

Рисунок 2. Величина износа контактов при ресурсных испытаниях (справа от оси – чистые контакты, слева – после испытаний).

Рисунок 2. Величина износа контактов при ресурсных испытаниях (справа от оси – чистые контакты, слева – после испытаний).

Износ контактов (изменение момента касания) показан на рис. 2 и имел следующие значения:

  1. Износ контактов при испытаниях в КЕМА 15 отключений на чистом элегазе со средним значением тока отключения 33,86 кА и среднем времени горения дуги 13 мс составил около 10 мм.
  2. Износ контактов при испытаниях в ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики» 21 отключение на чистом элегазе при давлении 0,5 МПа со средним значением тока 40,6 кА и среднем времени горения  дуги 15,2 мс  составил около 20мм.
  3. Износ контактов при испытаниях в ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики» 20 отключений для исполнения на смеси SF6 и СF4 при давлении 0,7 МПа со средним значением тока 40,4 кА и среднем времени горения дуги 16,3  мс составил около 20 мм.

Расчетом установлено, что удельный износ материала контактов, применяемых в выключателе ВГТ-110-40, близок к удельному износу материала, исследуемого в [4].  При напряжении на дуге,  меняющимся от 0 до 400 В  первый полупериод тока, и от 400 до 500 В – во второй полупериод тока [3], энергия дуги при минимальном времени горения дуги, при котором происходит гашение (около 11 мс) и среднем времени (15-16 мс) отличаются примерно вдвое, что соответствует разнице износа контактов при испытаниях в КЕМА и ИЦ ВА. В соответствии с рекомендацией [5] испытания выключателя в ИЦ ВА «НТЦ электроэнергетики» проводились при среднем времени горения дуги 15-16 мс и подтвердили коммутационный ресурс в 20 отключений номинального тока К.З. при времени горения дуги  16 мс и износе контактов 20 мм. Эти величины нашли свое отражение в Р.Э. в виде нормы в 20 мм на изменение момента замыкания контактов в процессе эксплуатации.

Механический ресурс

Испытания выключателя ВГТ-110-40 на механический ресурс проводились по требованиям для выключателя с повышенной механической стойкостью по п. 4.1.8  ГОСТ 52565-2006, с числом включений и отключений 10 000 по п. 9.2.4.3 и серийностью в соответствии с табл. 6 при давлении заполнения 0,5 МПа (абсолютное, приведенное к 20°С).

Таблица 6 – Испытания на ресурс по механической прочности

 

Цикл операций
Напряжение на зажимах цепей управления
Число циклов
1
В – 1 мин – О – 1 мин
Нижний предел
500
Номинальное
500
Верхний предел
500
2
О – 0,3 сек – ВО – 20сек – В – 3 мин
Номинальное
250

Серия испытаний, указанная в табл. 6, повторялась пять раз. Механические характеристики после испытаний остались в норме (рис. 3 – изменение собственного времени отключения).

Рисунок 3 – Изменение собственного времени отключения выключателя.

Рисунок 3 – Изменение собственного времени отключения выключателя.
После испытаний на механическую стойкость были проведены критериальные испытания главной токоведущей цепи на нагрев при продолжительном режиме работы. Превышения температур токоведущих частей полюса выключателя при длительном протекании номинального тока 3150А и нижнем пределе избыточного давления 0,42 МПа приведены в табл. 7. Отсутствие изменений после 10 000 операций ВО подтверждает, что состояние контактных деталей и контактных поверхностей  обеспечивает возможность длительного пропускания через них тока, равного номинальному.
Таблица 7 Превышения температур токоведущих цепей
Места
измерения превышений
температуры
Превышения температуры, °С
При токе 3150 А
Допустимые
по
ГОСТ 8024 при Qокр.ср=40°
до механических
испытаний
после механических
испытаний
Шина подводящая
Шина-вывод
Корпус контакта неподвижного
Корпус контакта неподвижного
Контактное соединение
Контактное соединение
Цилиндр медный
Цилиндр медный
Неразмыкаемый контакт
Неразмыкаемый контакт
Размыкаемый контакт
Размыкаемый контакт
Дугогасительный контакт
Скользящий контакт
Скользящий контакт
Контактное соединение
Контактное соединение
Корпус контакта подвижного
Корпус контакта подвижного
Шина-вывод
Шина подводящая
55
50
49
51
55
54
56
57
58
61
60
59
58
49
50
40
41
33
34
48
53
56
51
50
51
56
55
56
57
59
61
61
60
59
50
50
41
42
35
35
49
54
65
80
80
65
65
80
80
65
65
65
65
65
65
65
65
80
80
65
Ресурс по герметичности

Производители элегазовых выключателей заявляют величину годовой утечки 1% или 0,5%.  Это означает, что при разнице между величиной давления заполнения и величиной минимального давления 20%, ресурс составляет 20 или 40 лет соответственно. Первоначально, при сборке на предприятии, газоплотность выключателя обеспечивается  конструкцией уплотнений (формой и чистотой канавок, упругими свойствами материала уплотнений), технологией сборки и проверки при приемо-сдаточных испытаниях. В течение эксплуатации величина утечек меняется в зависимости от температуры окружающей среды и времени эксплуатации. Для выключателя ВГТ-110-40 степень изменения годовой утечки в диапазоне температур эксплуатации, определенная при климатических испытаниях, составила 1,5 раза (рис. 4,табл. 8). С учетом этого, для обеспечения величины годовой утечки при эксплуатации в 0,5%, годовая утечка при приемо-сдаточных испытаниях установлена в 0,3%.

Рисунок 4 – Температурный режим климатических испытаний

Рисунок 4 – Температурный режим климатических испытаний
Величины утечек, определенные во время климатических испытаний, представлены в табл. 8.
Таблица 8 – Величины утечек
Время, ч
24
107
211
290
Величина годовой утечки, %
0,26
0,27
0,38
0,37
Срок эксплуатации уплотнений в зависимости от сохранения свойств материала установлен изготовителем уплотнений 20 лет, что будет проверено по его истечение.
Выводы
  1. Коммутационный ресурс  выключателя ВГТ-110-40 составляет 20 отключений со средним временем горения дуги 16 мс, что позволяет эксплуатировать изделие в течение срока службы 40 лет без замены дугогасительных контактов и сопел. Контрольным параметром коммутационного ресурса является изменение момента замыкания контактов, ограниченное  в Р.Э. величиной 20мм.
  2. Механический ресурс выключателя ВГТ-110-40 составляет 10 000 циклов ВО, что позволяет эксплуатировать изделие в течение срока службы 40 лет без замены деталей привода и главных контактов.Контрольными  параметрами механического ресурса являются времена включения и отключения выключателя, регламентированные ТУ и норма сопротивления главной цепи, установленная в Р.Э.
  3. Ресурс на герметичность  выключателя ВГТ -110-40 ограничивается сроком эксплуатации уплотнений 20 лет, заявленным производителем уплотнений.  Решение о необходимости замены уплотнений будет приниматься по истечении этого срока в зависимости от величины давления элегаза в аппарате. Во всяком случае, норма 0,5% годовой утечки с учетом поправки на влияние температуры эксплуатации при разнице минимального давления и давления заполнения в 20%, установленные в Р.Э., предполагают срок замены уплотнений через 40 лет.