Существующие электрические сети созданы еще в рамках

1
Состояние основного электрооборудования подстанций
и задачи для обеспечения его надёжной работы
Тимашова Л.В. (ОАО «ВНИИЭ»)
Существующие электрические сети созданы еще в рамках Советского Союза и
в настоящее время для них характерны следующие проблемы:
 отставание по ряду видов технологий и по техническому уровню многих
видов сетевого электрооборудования и систем управления;
 большой объем морально и физически устаревшего электрооборудования
подстанций;
Парк электрооборудования подстанций имеет большую долю оборудования,
отработавшего установленный стандартами минимальный срок службы. Износ
основных фондов в среднем по подстанциям достиг почти 45%.
Силовое трансформаторное оборудование напряжением 110-750 кВ
Общее количество трансформаторного оборудования на напряжение 110-750
кВ, установленного в Единой национальной электрической сети, составляет около
20 тыс. единиц, общей мощностью около 570 ГВА, в том числе мощностью 120
МВА и более – около 2500 единиц.
Около 45% трансформаторного оборудования перешло за срок эксплуатации 20
лет и около 30% – за 25 лет.
Около 33 % отказов трансформаторов приходится на вводы и 23% на РПН
(устройство регулирования под нагрузкой).
Удельная повреждаемость (тяжелые повреждения) трансформаторов
напряжением 330, 500, 750 кВ (без учета повреждаемости вводов), изготовленных
до 1970 г., составляет 1%, для трансформаторов более позднего изготовления –
около 0,3%.
Высоковольтные выключатели 110-750 кВ.
В Единой национальной электрической сети эксплуатируется около 30000
выключателей классов напряжения от 110 до 750 кВ, в том числе по классам
напряжения: 110 кВ – 80,5%, 220 кВ – 15,2%, 330 кВ – 1,2%, 500 кВ - 3%, 750 кВ –
0,1%.
Большую часть выключателей составляют масляные баковые выключатели с
номинальным напряжением 110 и 220 кВ (54%). Среди выключателей 110 кВ
масляные баковые выключатели составляют 58%, среди выключателей 220 кВ 45%. Масляные баковые выключатели серий МКП и У в больших количествах
поставлялись в энергосистемы страны с тридцатых и до восьмидесятых годов
заводом "Уралэлектроаппарат", позже ПО "Уралэлектротяжмаш".
Маломасляные выключатели 110 и 220 кВ составляют 24% от общего
количества установленных выключателей (среди выключателей 110 кВ - 27%,
среди выключателей 220 кВ - 17%). Это выключатели типов ВМТ-110 и ВМТ-220
производства УЭТМ, выключатели ММО-110 болгарского производства,
D:\681454489.doc
2
небольшое количество выключателей фирмы ASEA и других фирм. Выпуск и
поставка выключателей ВМТ-110 и ВМТ-220 продолжается в настоящее время.
Воздушные выключатели эксплуатируются в распределительных устройствах
всех классов напряжения. Их количество составляет 18,6% от общего числа
выключателей, среди выключателей 110 кВ - 12%, 220 кВ- 35%, 330 и 500 кВ - 97%.
Воздушные выключатели серий ВВН, ВВ, ВВБ, ВВД, ВНВ и других
выпускались предприятиями "Электроаппарат" и "Уралэлектротяжмаш".
Указанные выключатели не отвечают современным требованиям, в том
числе по надежности, по коммутационному и механическому ресурсам, по
объемам ремонтных работ, массам и габаритам.
Удельная повреждаемость выключателей на напряжение 110-220 кВ
составляет 0,07-0,08 1/год, на напряжение 500-750 кВ – 0,13-0,15 1/год.
Основные причины повреждаемости отечественных выключателей:
 недостатки конструкции;
 дефекты, обусловленные низким качеством материалов;
 дефекты изготовления;
 нарушения нормативных и директивных документов по ремонту и
эксплуатации;
 установка в цепях шунтирующих реакторов и конденсаторных
батарей, для коммутации которых выключатели не предназначены;
 установка в цепях, где токи КЗ и восстанавливающиеся напряжения
превышают нормированные параметры выключателя.
Значительная часть масляных и воздушных выключателей, эксплуатируемых в
Единой национальной электрической сети, прежде всего напряжением 110 и 220 кВ,
отработала установленный нормативными документами срок службы. К
настоящему времени число таких выключателей составляет около 40% от общего
количества выключателей, находящихся в эксплуатации, в том числе отработали
свой нормативный ресурс 90% выключателей МКП-110, 40% выключателей У-110,
30% выключателей ВВН-110, 40% выключателей ВВН-220.
До 1996 г. в энергосистемах имелись единичные образцы элегазовых
выключателей, которые можно было рассматривать как находящиеся в опытной
эксплуатации. В 1997 г. было выпущено Решение Департамента электрических
сетей № Э-1/97 "О преимущественном применении элегазовых выключателей при
строительстве, реконструкции, техническом перевооружении и замене оборудования
подстанций 330-750 кВ РАО "ЕЭС России". За прошедшее после этого решения
время количество элегазовых выключателей в распределительных устройствах всех
напряжений постоянно увеличивалось и в настоящее время составляет около 3%.
Элегазовые колонковые и баковые выключатели поставляются УЭТМ
(преимущественно 110 кВ с токами отключения до 40 кА), а также ведущими
зарубежными фирмами АББ, Альстом, Сименс; небольшое количество баковых
выключателей 110 и 220 кВ поставлено ОАО "Энергомеханический завод".
D:\681454489.doc
3
Разъединители
В Единой национальной электрической сети эксплуатируется около 120000
разъединителей классов напряжения от 110 до 750 кВ, в том числе по классам
напряжения: 110 кВ – 84,5%, 220 кВ – 15,2%, 330 кВ –750 кВ – 0,3%.
Надежность работы отечественных разъединителей невысока.
Основными причинами отказов разъединителей являются:
- низкое качество фарфоровых опорных изоляторов;
- недостаточная надежность контактов;
- несовершенная конструкция и низкое качество изготовления деталей и узлов
кинематической передачи;
- несовершенная конструкция и низкое качество переключающих устройств
электромагнитных блокировок;
- отсутствие подогрева шкафов управления и как следствие конденсация в них
влаги;
- несовершенная конструкция и низкое качество переключающих блокконтактов КСА.
До 25% отказов разъединителей связано с ошибочными действиями
оперативного и ремонтного персонала.
Все типы отечественных разъединителей комплектуются опорными
фарфоровыми изоляторами низкого качества.
В настоящее время основной производитель разъединителей в РФ ЗАО
«ЗЭТО» приступил к выпуску более совершенных разъединителей серии РГ
(РГН) на напряжения 110 и 220 кВ, полупантографных разъединителей серии РПГ
на напряжение 330, 500 и 750 кВ современной конструкции.
Нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН).
Для обеспечения надежности работы изоляции электрических сетей
существенную роль в продлении срока службы электрооборудования, в первую
очередь, трансформаторов и реакторов, играет снижение грозовых и
коммутационных перенапряжений, что может быть достигнуто применением
современных, более совершенных средств защиты.
Важнейшим элементом является совершенствование системы защиты от
грозовых и коммутационных перенапряжений на основе широкого внедрения
ограничителей перенапряжений.
В настоящее время в большинстве энергосистем срок эксплуатации
вентильных разрядников превышает установленный нормативными документами
срок службы. Вентильные разрядники заменяются на ОПН, которые имеют
лучшие защитные характеристики, что позволяет снизить воздействие
перенапряжений на основное электрооборудование и тем самым продлить срок
его службы, повысить надежность его работы.
Многообразие выпускаемых защитных аппаратов по их характеристикам и
стоимости позволяет выбрать наиболее подходящий для потребителя аппарат в
зависимости от параметров сети, назначения и места установки ОПН.
Комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ).
D:\681454489.doc
4
В Единой национальной электрической сети КРУЭ эксплуатируются с 1979
г., когда в Мосэнерго были введены две подстанции 220/110 кВ: Елоховская (с
КРУЭ отечественного производства) и Свиблово (с импортным оборудованием
фирмы ВВС).
С тех пор в эксплуатацию введено более 266 ячеек КРУЭ 110 и 220 кВ, в
том числе 110 кВ – 228 шт, 220 кВ – 38 шт. Большая часть из них (около 90%)
выпущена ПО "Электроаппарат" и выделившимся из этого объединения ОАО
"Энергомеханический завод". Около 10% ячеек поставлено предприятиями
компании АББ.
Около 80% ячеек эксплуатируется в Мосэнерго, остальные - в Ленэнерго,
Тюменьэнерго, Свердловэнерго, Комиэнерго.
Задачи, которые необходимо решить для обеспечения надежной работы
Единой национальной электрической сети Российской Федерации.
Реконструкция и техническое перевооружение электрических сетей, как
приоритетное
направление
в
обеспечении
их
бесперебойности,
работоспособности, а также эффективности, устойчивого и надежного
функционирования ЕЭС должны базироваться на применении современного
оборудования и технологий, а также методических разработок, основанных на
изучении
механизмов
старения
оборудования,
и
прогнозировании
вероятностными методами ожидаемых потоков oтказов и срока жизни
оборудования.
При техническом перевооружении должны решаться следующие задачи:
- оценка возможности дальнейшей эксплуатации электрооборудования с
учетом экономической целесообразности;
- замена морально и физически устаревшего оборудования и конструкций
новыми, более совершенными;
- внедрение системы контроля состояния электрооборудования;
- электромагнитная совместимость электрооборудования;
- гармонизация и нормализация уровней напряжения.
Для оценки возможности дальнейшей эксплуатации электрооборудования
необходима разработка методик комплексных обследований для оценки его
технического состояния.
Замена основного оборудования подстанций должна решаться с учётом
следующих факторов:
- морального износа;
- данных о техническом состоянии, полученных по результатам
обследований;
- данных о ресурсе по полного физического износа, полученных по опыту
эксплуатации аналогичного оборудования;
- экологичности и безопасности.
D:\681454489.doc
5
Трансформаторы
При техническом перевооружении электрических сетей для повышения
надёжности работы трансформаторов необходимо применять:
- высоковольтные вводы с твёрдой изоляцией. В настоящее время такие
вводы производят, в частности, следующие фирмы: Микафил
(Швейцария), АББ (Швеция), Бушинг (Англия), ЗАО «Мосизолятор»;
- устройство регулирования под нагрузкой (РПН), желательно фирмы МР
(Германия);
- трансформаторы, не требующие в течение всего срока службы
подпрессовки обмоток;
- устройства контроля состояния изоляции под рабочим напряжением.
Высоковольтные выключатели.
При техническом перевооружении целесообразно воздушные и масляные
выключатели, прежде всего серий: ВВН, ВВ, ВВБ, ММО, заменять на колонковые
элегазовые выключатели, а баковые масляные выключатели У, МКП - на баковые
элегазовые выключатели, имеющие встроенные трансформаторы тока.
К 2005 г. должны быть заменены 35% установленных сейчас выключателей, а
к 2015 г. – 55%.
Для технического перевооружения следует использовать новые разработки
колонковых и баковых выключателей ОАО “Уралэлектротяжмаш” –
выключатели типов ВГТ-110, ВГК-220 ВГБ-110, а также выключатели ведущих
зарубежных фирм АББ, Сименс, Альстом.
По данным СИГРЭ в зарубежных сетях парк элегазовых выключателей
составляет в различных классах напряжения:110кВ-52%, 220кВ-55%, 330кВ- 55%,
330 кВ –69%, 500 кВ-66%, 750 кВ-92%, при этом среди выключателей
установленных за последние 10 лет доля элегазовых выключателей составляет 95%.
При внедрении элегазового оборудования для повышения качества и
культуры эксплуатации, обеспечения безопасности и современных экологических
требований
необходимо
оснащение
энергосистем
современным
газотехнологическим оборудованием.
Несомненно, перспективным является применение полимерных изоляторов
для колонковых и баковых выключателей. Это позволит улучшить
характеристики выключателей, снизить вес, обеспечить устойчивость к
загрязнению и актам вандализма.
Разъединители
При техническом перевооружении подстанций целесообразно применять
новые разъединители на напряжение 110-220 кВ, производимые ОАО “ЗЭТО
(бывш. “ВЗВА”) серии РГ, и разъединители типа SGF, выпускаемые
предприятием АББ УЭТМ.
Основные достоинства разъединителей серии РГ(РГН): изготовление
контактных стержней
из бериллиевой бронзы; применение закрытых
шарикоподшипников с заложенной в них долговременной смазкой и полимерных
D:\681454489.doc
6
вкладышей с низким коэффициентом трения для шарниров валов и тяг; стойкие
антикоррозийные покрытия металлических поверхностей.
При техническом перевооружении подстанций 330, 500 и 750 кВ
рекомендуется использовать разъединители серии РПГ полупантографного типа.
Целесообразно использовать разъединители 330-500 кВ зарубежных фирм.
Наиболее перспективными по своим техническим и эксплуатационным
характеристикам являются разъединители фирм НАРАМ (Голландия) и Альстом.
На современных подстанциях в Европе и США используется жесткая
ошиновка ОРУ с применением разъединителей пантографного типа. Для вновь
сооружаемых подстанций в ЕНЭС целесообразно, используя зарубежный опыт,
применять жесткую ошиновку, позволяющую существенно уменьшить площадь,
занимаемую подстанцией, повысить ее надежность.
Пантографные разъединители для таких подстанций целесообразно
приобрести у ведущих зарубежных фирм.
Ограничители перенапряжения (ОПН)
В
настоящее
время
рекомендуется
применение
одноколонковых
ограничителей, базирующихся на варисторах не изменяющих свои
характеристики в процессе эксплуатации, что позволяет исключить их
эксплуатационный контроль. Пропускная способность ограничителей должна
быть достаточной, чтобы обеспечить надежную работу в нормальных и
аварийных режимах и ограничить грозовые и коммутационные перенапряжения
до требуемого уровня.
Надо иметь ввиду, что производство ОПН должно быть сертифицировано. Для
установки в электрических сетях могут быть рекомендованы ОПН, прошедшие
МВК.
КРУЭ
Ближайшими задачами в части внедрения КРУЭ является:
- устранение недостатков, выявленных при эксплуатации отечественных КРУЭ;
- расширения районов применения КРУЭ, в первую очередь применение КРУЭ
в районах с суровыми климатическими условиями и высокой сейсмичностью;
- внедрение современного газотехнологического и испытательного
оборудования;
- внедрение ряда современных автоматизированных систем диагностики и
управления.
Для отечественных КРУЭ такая система разработана совместно НИИ
Точной Механики и НИИ Высоковольтной аппаратуры. За рубежом одна из
новейших современных систем (SMART) создана компанией АББ для КРУЭ типа
ЕХК-0.
Для сопоставления уровня применяемости КРУЭ в России и за рубежом
укажем, что только предприятиями компании АББ поставлено в 75 стран мира около
9000 ячеек КРУЭ, из них около 200 ячеек на напряжение 550 кВ.
В последнее время в отечественной и мировой практике
конкретизировались области применения КРУЭ: крупные города с большой
D:\681454489.doc
7
плотностью застройки, труднодоступные районы, районы с сильно загрязненной
атмосферой, районы с повышенной сейсмичностью и с суровыми климатическими
условиями.
Высокая стоимость КРУЭ во многих случаях затрудняет их применение. В
связи с этим за рубежом ведутся разработки и начат выпуск элегазовых
аппаратных комплексов (ПАСС), содержащих до шести аппаратов: выключатель,
два разъединителя, заземлитель, датчики тока и напряжения. Присоединение к
внешнему оборудованию с воздушной изоляцией или к воздушным линиям
осуществляется через вводы элегаз-воздух.
Следует рассмотреть вопрос о применении ПАСС при реконструкции
подстанций.
В настоящее время АББ выпускает ПАСС на напряжение 110 кВ.
Целесообразно рассмотреть вопрос о разработке ПАСС и отечественными
производителями.
D:\681454489.doc