Устройство ускорения действия УРОВ и диагностики работы привода высоковольтного выключателя

Высоковольтные выключатели являются одним из основных элементов энергообъекта. Проблемы с ними ведут к веерным отключениям, потере устойчивости объектов генерации, увеличению объема повреждений оборудования и угрозе безопасности персонала. Резервирование коммутационных аппаратов, обеспечивающих отключение и локализацию места повреждения, важное звеном в повышении надежности и живучести энергетических систем.

Средства ближнего резервирования дополняются специальными устройствами резервирования отказов выключателей (УРОВ). Функция применяется на оборудовании практически всех классов напряжения и работает при отказе выключателя, который должен отключить поврежденный элемент – в этом случае УРОВ произведёт отключение смежных выключателей.

Существующие схемы УРОВ имеют две основные проблемы:

• большое время срабатывания до 0,4…0,45 с;

• невысокая надежность (процент неправильной работы УРОВ в разы превосходит показатель других видов защит).

Тесно связана с УРОВ проблема надежности выключателей. Поскольку наиболее часто отказывает привод выключателя, то наиболее важным представляется экспресс-диагностика привода, выполняемая после каждой операции включения/отключения.

Быстрое отключение КЗ высоковольтными выключателями – одно из важнейших условий устойчивости энергосистемы. Отказ выключателя приводит к увеличению времени локализации аварии на время действия УРОВ. Цель выполнения НИОКР заключается в создании Изделия, повышающего быстродействие УРОВ в 5-7 раз и обеспечивающего пооперационную диагностику состояния основных узлов выключателя.

Используемые в настоящее время устройства мониторинга и диагностики выключателя под рабочим напряжением имеют следующие недостатки:

• высокая стоимость (до 1,5 млн. руб.), что обусловлено большим количеством контролируемых параметров и уличным исполнением устройства;

• избыточность контролируемых параметров выключателя (для значительной части параметров контроль осуществляется на станции/подстанции штатными системами управления выключателя и центральной сигнализацией, перенос этих функций в устройство мониторинга выключателя нецелесообразно из соображений унификации, надежности и минимума эксплуатационных затрат).

Новизна предлагаемого технического решения заключается в том, что факт срабатывания выключателя выявляется по прямому признаку – перемещению привода выключателя, в отличие от традиционного метода выявления - по спаданию тока в присоединении, т.е. контролируется первопричина («выключатель не пошел на отключение»), а не следствие («ток не прекратился»). Таким образом, процесс выявления отказа срабатывания выключателя начинается заведомо раньше и выполняется в 5-7 раз быстрее, чем в существующих схемах. Предлагаемые решения позволяют создать надежное быстродействующее УРОВ, а также выполнить задачу пооперационной диагностики выключателя.

Факт перемещения привода определяется с помощью индуктивного датчика (рис. 1), характеристики перемещения снимаются с помощью тросового энкодера (рис. 2). Информация передается на процессорный модуль (рис. 3), где обрабатывается, анализируется и преобразуется в соответствующие исполнительные действия. При первоначальном включении/отключении выключателя формируются, так называемые, эталонные кривые, которые описывают движение привода выключателя. В дальнейшем с ними сравниваются значения при последующих движениях привода, отслеживая возможные отклонения от эталона, в зависимости от участка кривой можно заранее определить какие изменения или деградации происходят в том или ином узле, спрогнозировать неисправность и заблаговременно её устранить.

Рис. 1 Индуктивный датчик.

Рис. 2 Тросовый энкодер.

Рис. 3 Процессорный модуль.

Устройство ускорения действия УРОВ обеспечивает:

• уменьшение времени срабатывания защит дальнего резервирования противоположных концов высоковольтной линии на смежных подстанциях;

• уменьшение времени ликвидации КЗ в «мертвой» зоне в 2 раза;

• увеличение быстродействие функций противоаварийной автоматики, связанных с разгрузкой при отключении оборудования и сокращение объема оборудования, отключаемого действием противоаварийной автоматики;

• уменьшение вероятности каскадного развития аварий;

• уменьшение длительности протекания сверхтока и, соответственно, объема повреждений электрооборудования (в первую очередь – генераторов) от протекания токов короткого замыкания;

• уменьшение затрат предприятия на обслуживание высоковольтных выключателей;

• сокращение продолжительности выводы выключателей из работы для осмотров, технического обслуживания и ремонтов;

• повышение надежности выключателей, поскольку исправные узлы не подвергаются ненужной (а зачастую и вредной) разборке.

Устройство имеет два основных преимущества:

• существенно меньшее время работы УРОВ (60-80 мс), в лучших отечественных и мировых аналогах – 200 … 300 мс, критичным является время порядка 150…200 мс – при его превышении начинается процесс потери устойчивости генераторов в энергосистеме;

• возможность пооперационной (после каждой операции включения и отключения) диагностики выключателя под рабочим напряжением в реальных условиях эксплуатации.

2. Способ ускоренного резервирования при отказе выключателя, положенный в основу разработки, был запатентован в 2017 году (Патент на изобретение № 2634710, Авторы: Горожанкин П.А., Наровлянский В.Г.). На выставках, научно-практических конференциях, в частных беседах специалисты проявляли заинтересованность в практической реализации проекта. В результате получения гранта Фонда содействия инновациям по конкурсу «Развитие-НТИ IV» ООО «ДЕЦИМА» приступило к разработке устройства ускорения действия УРОВ. Были привлечены высококвалифицированные специалисты к реализации проекта.

3. Изделие ориентировано на рынок новых, эксплуатируемых и разрабатываемых выключателей напряжением 6-750 кВ отечественного и зарубежного производства.

Целевые сегменты Изделия:

• электростанции и подстанции (в первую очередь – в мегаполисах);

• системы электроснабжения промышленных предприятий.

Внедрение устройств с действием «на отключение» планируется реализовать в 3 этапа:

• этап 1: выключатели 6-10-20 кВ распределительных сетей;

• этап 2: собственные нужды тепловых электростанций;

• этап 3: генераторные выключатели 10-15 кВ, ответственные выключатели магистральных линий электропередач 500-750 кВ.

Продукт ориентирован на рынок новых, эксплуатируемых и разрабатываемых выключателей напряжением 6-750 кВ отечественного и зарубежного производства. Ориентировочный объем рынка (с учетом реальных возможностей по дооснащению) – до 50 000 устройств в год, общий объем рынка – более 500 000 устройств.

Реализации удаленного доступа к устройству ускорения действия УРОВ позволит сэкономить значительные финансовые и людские ресурсы при обслуживании объектов энергетики, позволит снизить риски аварийных ситуаций, предотвратит выход из строя дорогостоящего оборудования генерации электроэнергии.