Испытание выключателей переменного тока высокого напряжения
Испытание выключателей переменного тока высокого напряжения
Введение
Высоковольтные выключатели переменного тока (ВВ) являются критически важными элементами энергосистем. Они обеспечивают управление потоками мощности в нормальных режимах и выполняют ключевую защитную функцию – быстрое и надежное отключение токов короткого замыкания (КЗ) при аварийных ситуациях. От их корректной работы зависят устойчивость всей энергосистемы, бесперебойность электроснабжения потребителей и безопасность персонала и оборудования. Поэтому всесторонние и строгие испытания ВВ являются обязательным этапом перед их вводом в эксплуатацию. Данная статья охватывает основные аспекты испытаний высоковольтных выключателей.
1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются сами высоковольтные выключатели переменного тока, которые классифицируются по нескольким признакам:
- По номинальному напряжению: Среднего напряжения (обычно от 3 кВ до 52 кВ) и высокого напряжения (от 72.5 кВ и выше, включая сверхвысокие напряжения).
- По способу гашения дуги:
- Масляные: С малым объемом масла (баковые), с большим объемом масла.
- Воздушные (электромагнитные): Используют дутье сжатым воздухом.
- Элегазовые (SF6): Наиболее распространенные сегодня. Гашение дуги происходит в среде элегаза (шестифтористой серы), обладающего превосходными дугогасящими и изоляционными свойствами. Могут быть колонковыми или баковыми.
- Вакуумные: Преимущественно для среднего напряжения. Гашение дуги происходит в глубоком вакууме.
- Автогазовые: Гашение дуги за счет газов, выделяющихся под действием дуги из стенок дугогасительной камеры (обычно из оргматериалов).
- По конструкции: Колонковые (одинарного разрыва, двойного разрыва), баковые (мертвобаковые, живобаковые).
- По установке: Для наружной (ОУ) или внутренней (ЗРУ) установки.
- По типу привода: Пружинные, пневматические, гидравлические, электромагнитные.
Испытаниям подвергаются как новые выключатели перед поставкой, так и выключатели после капитального ремонта или длительной эксплуатации (типовые, приемосдаточные, периодические, эксплуатационные).
2. Область испытаний
Испытания ВВ охватывают все аспекты их работы и надежности:
- Диэлектрические испытания:
- Испытание частотным напряжением промышленной частоты (50 Гц).
- Испытание импульсными напряжениями (грозовым и коммутационным).
- Испытание повышенным напряжением промышленной частоты на включающую способность.
- Измерение сопротивления изоляции.
- Механические испытания:
- Проверка работоспособности привода и механизма при номинальном, пониженном и повышенном давлении/напряжении управления.
- Измерение временных параметров (время включения, время отключения, собственное время отключения, время горения дуги, разновременность срабатывания полюсов и контактов).
- Определение скорости движения контактов.
- Проверка циклов включения-отключения.
- Испытания на стойкость к механическим воздействиям (вибрация, удары).
- Термические испытания: Проверка нагрева токоведущих частей при длительном протекании номинального тока.
- Испытания на отключающую и включающую способность:
- Ключевые испытания: Проверка способности отключать и включать токи КЗ различных видов (симметричные, асимметричные, с различной постоянной времени затухания апериодической составляющей, емкостные – токи зарядки линий, малые индуктивные токи).
- Проверка стойкости к сквозным токам КЗ.
- Проверка способности к последовательным операциям (например, отключение-включение-отключение по циклу O-0.3s-CO-15s-CO или другие требуемые циклы).
- Испытания на ресурс:
- Механический ресурс (количество операций без тока).
- Коммутационный ресурс (количество операций с номинальным током и токами отключения).
- Климатические испытания: Проверка работоспособности и сохранения характеристик в заданных условиях окружающей среды (температура, влажность, загрязнение, обледенение).
- Проверка вторичных цепей: Испытания изоляции цепей управления, измерения, защиты и сигнализации.
3. Методы испытаний
Методы испытаний строго регламентированы национальными и международными стандартами (например, серия МЭК 62271-100, ГОСТ Р и ГОСТ). Основные подходы:
- Прямой метод (Метод синтеза): Используется для испытаний на отключающую и включающую способность. Выключатель испытывается в реальной сети или на испытательной станции, где мощные генераторы или синтезирующие установки создают условия, эквивалентные КЗ в энергосистеме по току, напряжению и восстанавливающемуся напряжению (ПВН). Это наиболее достоверный, но и самый ресурсоемкий метод.
- Косвенные методы: Применяются для диэлектрических и механических испытаний, а также для некоторых видов ресурсных испытаний:
- Испытание напряжением промышленной частоты: Прикладывается повышенное напряжение к изоляции для проверки ее электрической прочности.
- Импульсные испытания: Приложение стандартных грозовых (1.2/50 мкс) и коммутационных (250/2500 мкс) импульсов для проверки стойкости изоляции к перенапряжениям.
- Измерение сопротивления изоляции: Мегомметром.
- Хронометрирование: Запись и анализ временных параметров срабатывания с помощью специализированных приборов (анализаторов выключателей).
- Регистрация траектории движения контактов: С помощью датчиков перемещения, установленных на подвижных частях.
- Термометрирование: Измерение температуры нагрева с помощью термопар или тепловизоров.
- Ресурсные испытания: Проведение большого числа операций включения/отключения (без тока или с током) для подтверждения механической или коммутационной износостойкости.
4. Испытательное оборудование
Для проведения комплексных испытаний ВВ требуется мощное и высокоточное оборудование:
- Источники испытательного напряжения:
- Высоковольтные испытательные трансформаторы: Для создания высокого напряжения промышленной частоты.
- Генераторы импульсных напряжений: Для формирования стандартных грозовых и коммутационных импульсов.
- Источники испытательного тока:
- Мощные синхронные генераторы: Ядро испытательных станций прямого метода для создания больших токов КЗ.
- Синтезирующие установки: Позволяют "синтезировать" условия КЗ (ток и ПВН) с помощью комбинации источников тока и напряжения, управляемых сложной системой. Позволяют испытывать выключатели на мощности, превышающие возможности генераторов станции.
- Выпрямительные установки: Для создания постоянного тока при испытаниях на отключение постоянной составляющей тока КЗ.
- Измерительные системы:
- Высоковольтные делители напряжения: Для снижения высокого напряжения до уровня, безопасного для регистрирующей аппаратуры (осциллографов, анализаторов).
- Шунты и измерительные трансформаторы тока: Для преобразования больших токов в пропорционально уменьшенные сигналы.
- Многофункциональные анализаторы выключателей: Специализированные приборы для точного измерения временных параметров, скорости контактов, регистрации токов и напряжений, анализа осциллограмм. Часто оснащены датчиками перемещения.
- Осциллографы: Высокоскоростные запоминающие осциллографы для детальной регистрации процессов.
- Регистраторы параметров КЗ: Для записи токов и напряжений во время испытаний на отключающую способность.
- Системы управления и синхронизации: Обеспечивают точное управление моментами включения и отключения выключателя относительно фазы тока/напряжения испытательного контура.
- Оборудование для механических испытаний:
- Источники питания приводов с регулируемым напряжением/давлением.
- Установки для ресурсных испытаний (механических).
- Контрольно-измерительные приборы общего назначения: Мультиметры, мегомметры, термометры, тепловизоры.
Заключение
Испытания высоковольтных выключателей переменного тока – это сложный, ресурсоемкий, но абсолютно необходимый процесс. Только всесторонние испытания, проведенные в соответствии с требованиями стандартов и с применением специализированного оборудования, могут гарантировать, что выключатель будет надежно выполнять свои функции на протяжении всего срока службы в реальных условиях энергосистемы. Постоянное развитие испытательных методов и оборудования позволяет все точнее моделировать реальные условия эксплуатации и обеспечивать высочайший уровень надежности современных высоковольтных коммутационных аппаратов.
