Цифровая подстанция: Высоковольтный выключатель со встроенным оптическим трансформатором тока

Леонид Александров («Профотек») и Александр Ротблют (УЭТМ) рассказывают о новом техническом решении российских производителей — высоковольтном выключателе со встроенным оптическим трансформатором тока.

В качестве источников измерительного сигнала для создания систем релейной защиты, противоаварийной автоматики, систем автоматического управления выключателем, коммерческого учета и телеметрии применяются электромагнитные трансформаторы тока (ТТ). Они выпускаются или в маслонаполненном, или в элегазовом исполнении. Но в любом случае для напряжений уровня 330–500 кВ эти изделия представляют собой внушительную конструкцию весом в 500–800 кг и высотой до 7 метров. Для их монтажа и установки требуются бетонные основания и стальные конструкции, значительные площади на территории распределительного устройства (ОРУ). Применение элегаза или масла в качестве изолирующей среды вынуждает тратить значительные средства на техническое обслуживание ТТ в процессе их жизненного цикла. Используемый в конструкции этих ТТ принцип электромагнитного преобразования приводит к эффектам намагничивания железа трансформаторов, искажению формы и величины вторичного измерительного тока и как следствие — к ложной работе вторичных систем автоматики и управления.

Компания «Профотек» совместно с компанией «УЭТМ» договорились о создании комплексного решения на базе российских технологий — элегазового выключателя 500 кВ со встроенным оптическим трансформатором тока и автоматикой управления. В конструкции комплексных изделий на базе выключателя ВГТ-УЭТМ®-500 будут использованы электронные оптические трансформаторы тока (ТТЭО) производства «Профотек».

Применение цифрового оптического ТТ исключает проявление эффектов магнитного насыщения. Оптический трансформатор обладает очень большим динамическим диапазоном рабочих токов и вследствие использования оптико-электронных систем преобразования тока выдает на выходе точный и неискаженный цифровой сигнал. Оптический ТТ не содержит масел и элегаза в своей конструкции и в связи с этим требует гораздо меньшего объема технического обслуживания. Кроме того, оптический трансформатор тока не поддерживает горения (он не содержит горючих материалов) и, в связи с этим обеспечивает повышенную надежность работы. Цифровой измерительный сигнал, вырабатываемый оптическим трансформатором, позволяет создавать системы измерений и защит с совершенно новыми качествами. Так, повышенное быстродействие цифровой системы измерений позволит очень точно определять моменты перехода тока через 0 и подавать команду на отключение выключателя в аварийных режимах именно в этот момент, а это поможет существенно увеличить ресурс работы высоковольтного выключателя.

Кроме того, в современных ОРУ энергетических объектов нередко имеют место «мертвые» зоны, обусловленные разнесением мест установки выключателей и ТТ. Короткие замыкания (КЗ) в таких зонах ликвидируются только действием устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ). Однако длительность периода возмущения, в течение которого отрабатывает УРОВ, может привести к нарушению динамической устойчивости генерирующего оборудования. Одним из решений по ликвидации «мертвых» зон является установка высоковольтного выключателя со встроенным оптическим ТТ. Это позволит исключить «мертвые» зоны в существующей конфигурации ОРУ без существенных затрат на изменение компоновки распределительного устройства и строительство дополнительных сетевых элементов в схемах выдачи мощности крупных энергообъектов.

Создание колонкового выключателя с интегрированным оптическим трансформатором тока позволит существенно снизить материальные затраты при новом строительстве, так как отпадает необходимость в монтаже значительного количества вспомогательных конструкций (бетонные основания и т. п.) и позволит сократить размеры площади на ОРУ, необходимой для монтажа высоковольтных элементов. Разработка высоковольтного выключателя с интегрированным оптическим трансформатором позволит создать «цифровой выключатель», который логично вписывается в технологию цифровой подстанции. С точки зрения эксплуатации предлагаемое решение представляется оптимальным, так как конструкция самого выключателя и органов управления им не изменяются, что позволяет рассчитывать на упрощенную процедуру подготовки эксплуатационного персонала к использованию комбинированного изделия и не вызовет сложностей при его монтаже и наладке. При этом, благодаря применению оптических технологий, у выключателя появляются дополнительные функциональные возможности и новые качественные характеристики, такие как наблюдаемость, безопасность, быстродействие и должная чувствительность систем защиты.

Выбор в качестве базы для создания «цифрового выключателя» ВГТ-УЭТМ®-500 обусловлен серьезным моральным устареванием воздушных выключателей серий ВНВ и ВВБ, которые в России являются наиболее распространенными коммутационными аппаратами на класс напряжения 500 кВ. Эти выключатели вводились в эксплуатацию с конца 70-х до начала 80-х годов прошлого века. При среднем сроке службы, не превышающем 25 лет, данное электрооборудование в основной массе практически выработало свой ресурс. Как следствие, остро стоит вопрос о замене данного оборудования на более современные аналоги. Установка же колонкового элегазового выключателя взамен устаревших воздушных на действующих подстанциях не требует проведения значительных подготовительных работ.

Следует дополнить, что на текущем этапе проектирования комплексного изделия прорабатывается возможность дооснащения ранее установленных выключателей ВГТ-УЭТМ®-500 комплектами модернизации, включающими в себя сами оптические трансформаторы, элементы для их подсоединения к полюсу серийного выключателя и все сопутствующие электронные блоки. Таким образом, в недалеком будущем будет возможно не только создавать новые цифровые подстанции, но и проводить «оцифровку» старых с минимальными затратами.

Изделие планируется испытать и подготовить к установке для проведения опытной промышленной эксплуатации в 2019 году.

Источник: Цифровая подстанция