Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

О журнале

Сотрудничество

Рекламодателю

Подписка

Главная / №2 (20) Март-Апрель 2008 / Статьи и обзоры оборудования

Два взгляда на КРУ 6-10 кВ

Развитие экономики постсоветских государств немыслимо без проведения глубокой модернизации электрохозяйства промышленности, ТЭК и коммунального (а также и сельского) хозяйства. В условиях кризиса, а также несколько лет после преодоления точки падения энергетики не имели возможности привлекать сколько-нибудь значительные средства на развитие энергосистемы, а посему выжимали все возможное из имеющегося в их распоряжении оборудования, фактически растрачивая тот запас прочности, который был заложен еще во времена СССР. Обновление парка оборудования носило характер «латания дыр», когда замена оборудования производилась лишь в случае крайней необходимости. Когда промышленность нарастила жирок и перешла от выживания к развитию, встал вопрос об экономичном варианте модернизации имеющегося парка оборудования. К наработкам этого периода следует отнести программу замены устаревших типов силовых выключателей переменного тока среднего класса напряжения в распредустройствах прежних лет выпуска — так называемую программу «Ретрофит». При всей прогрессивности подхода следует признать, что решение отнюдь не оптимально. Как любит говаривать директор по маркетингу «Высоковольтного союза» Феодосий Романович Бондарчук: «Жигули» — машина, конечно, неплохая, и если выбора нет, так вообще чудесная, но если есть возможность, я бы предпочел BMW или Mercedes. Строительство новых подстанций, равно как и глубокая модернизация имеющихся подразумевает установку новых, современных КРУ.

Современные КРУ 6-10 кВ

В последние годы наблюдается значительная подвижка в разработке и производстве новых типов комплектных распределительных устройств среднего класса напряжения. Эпоха вакуумных выключателей наложила глубокий отпечаток на конструкцию КРУ. Размеры шкафов значительно уменьшились. Так, в ряде конструкций малогабаритных КРУ ширина уменьшена до 350-500 мм, стандартным размером является диапазон 750-1000 мм. Высота современных КРУ колеблется в диапазоне 2000-2300 мм, позволяющем персоналу обслуживать КРУ без специальных лесенок или подставок. Цифровые системы управления и защиты начали теснить громоздкие традиционные аналоговые системы, основанные на механических реле, что опять-таки способствовало уменьшению габаритов КРУ.

Применение микропроцессорных контролеров обеспечивает необходимые защиты и позволяет связывать отдельные ячейки в SCADA-системы, автоматизирующие управление всем РУ с удаленного диспетчерского терминала. В ряде современных ячеек реализованы дополнительные защитные функции, такие как блокировка открытия дверей шкафа до полного перемещения выключателя из рабочего в контрольное положение, механизация перемещения выключателя на тележке с помощью дополнительных серводвигателей, снятие показателей встроенных систем диагностики выключателя посредством инфракрасного порта при закрытых дверях и пр. Особое внимание уделяется локализации возможной аварийной ситуации в отсеке силового выключателя и защите персонала.

Немаловажны также качество защитного покрытия материала КРУ — как правило, ведущие производители наносят на предварительно подготовленные поверхности высококачественный порошковый полимер. В последнее время широко применяется листовой метал с алюцинковым покрытием. Алюминий в составе покрытия (55%) обеспечивает эффективную барьерную защиту, цинк (43,5%) — катодную защиту среза и в местах царапин, кремний (1,5%) — адгезию сплава в поверхность защищаемого металла и формовочные свойства. Новый материал продлевает срок службы металла в 2-3 раза, а в условиях КРУ на промпредприятии — в 5-6 раз. Кроме прочего, новое покрытие способно отражать тепло, обладает малым весом (80% объема — алюминий) и хорошей восприимчивостью к покраске. Современное металлообрабатывающее оборудование в КРУ-строении ведет также к уменьшению количества сварных соединений за счет высокоточной подгонки деталей и применения резьбовых и заклепочных соединений.

Архитектура современных КРУ

Сегодня наибольшее распространение получили два основных типа архитектуры КРУ 6-10 кВ. Первый, эволюционизировавший из КРУ с маломасляными выключателями, характеризуется расположением выкатного элемента с выключателем в нижней части КРУ, с фронтальной стороны. Кабели, трансформаторы тока и напряжения и ограничители перенапряжений располагаются в кабельном отсеке позади выключателя. Верхнюю часть ячейки занимает релейный шкаф или релейный отсек.

Альтернативный подход — расположение выключателя в средней части шкафа КРУ. Шкаф при этом четко делится на три яруса: в нижней части располагаются кабели и трансформаторы нулевой последовательности («бублики»), в средней — выключатель в т. н. «кассетном» исполнении. Верхнюю часть традиционно занимает релейный отсек.

Чем вызвано появление новой компоновки? Дело в том, что при всех своих достоинствах ставшая «классикой» компоновка с выкатным элементом в нижней части шкафа КРУ имеет ряд существенных недостатков. Это, прежде всего, сложность доступа к кабелям и трансформаторам тока (в ряде ячеек для этого требуется доступ с задней части шкафа, что, собственно, противоречит принципу одностороннего обслуживания и требует дополнительных коридоров обслуживания), а также некоторое неудобство работы с расположенным очень низко выключателем.

В ячейках нового поколения выключатель монтируется на небольшой тележке, которая вкатывается в средний отсек шкафа КРУ. Собственно, термин «выкатной элемент» в данных КРУ нивелируется. Более уместно название «выдвижной элемент». Набирает распространение термин «выключатель кассетного типа». За счет малых габаритов такие выключатели удачно вписываются в отсек в средней части шкафа, что коренным образом изменяет архитектуру шкафа. Прежде всего, к преимуществам нового КРУ следует отнести удобство работы с кабельными разделками и трансформаторами напряжения в нижней части шкафа. Новая компоновка позволяет вынести кабельные разделки и трансформаторы нулевой последовательности практически к лицевой плоскости КРУ. Освободившаяся площадь цоколя позволяет монтировать до 12 пар кабелей. Подъем выключателя над уровнем пола значительно улучшает обслуживаемость ячейки и РУ в целом, способствует упрощению кинематической схемы, уменьшению габаритов и массы, повышает надежность работы ячейки. Отказ от громоздкой тележки выкатного элемента и применение системы съемных перегородок открывает перед конструкторам простор для новых решений, подчас весьма оригинальных. Так, в современных КРУ серии КУ10(6)С производства ЗАО «Высоковольтный союз» возможен оперативный пофазный доступ к трансформаторам тока с использованием поворотных консолей — принципиально новое решение. Кроме того, съемная перегородка, служащая одновременно и опорной поверхностью для выключателя, открывает полный доступ к кабельным разделкам и трансформаторам напряжения, что позволяет проводить все работы на кабеле максимально аккуратно и комфортно. Впрочем, каждый из производителей предлагает свои ноу-хау.

Перемещение выключателя в ремонтное положение осуществляется с помощью инвентарной тележки, входящей в состав комплекта ЗИП и используемой сразу для нескольких ячеек. При этом вывод из эксплуатации одного выключателя и замена его на другой занимает считанные минуты.

Тем не менее, появление новой компоновки КРУ не повлекло за собой отказа от архитектуры с выкатным элементом в нижней части шкафа. Дело в том, что и эта компоновка имеет ряд преимуществ. Во&первых, эти ячейки более компактны, пусть и в ущерб удобству обслуживания. В ряде случаев — монтаж КРУ на подземных подстанциях метрополитена, в стесненных условиях промышленного производства и т. д. — их применение предпочтительнее. Кроме того, более новые ячейки являются сравнительно и более дорогими, что в отечественных условиях является немаловажным фактором при выборе оборудования. Существенно и то, что «старые» ячейки более привычны энергетикам — публике априори очень консервативной. За свой век ячейки с выкатным элементом подверглись достаточно глубокой модернизации с учетом эксплуатации и в современных сериях таких КРУ насколько это возможно учтены требования, возникающие при практической эксплуатации. КРУ нового поколения пока не имеют такого опыта применения, и поэтому многие эксплуатационники относятся к ним без должного доверия.

Таким образом, ячейки КРУ нового поколения сегодня вполне мирно сосуществуют с традиционными — с расположением выкатного элемента в нижней части шкафа. Например, международный концерн «Высоковольтный союз», объединивший Ровенский завод высоковольтной аппаратуры и Нижнетуринский электроаппаратный завод, развивает производство обоих типов: серия КУ10(6)С представляет новую архитектуру, серия КУ-10Ц характеризуется традиционной архитектурой. Серийное производство шкафов данных серий освоено на предприятиях концерна в России и в Украине, в настоящий момент идет освоение производства и в Беларуси.

КРУ нового поколения в разрезе

В качестве примера рассмотрим более пристально рассмотрим КРУ серии КУ10(6)С. Ячейки этого типа уже несколько лет производятся на Ровенском заводе высоковольтной аппаратуры, и в настоящее время они инсталлированы и успешно эксплуатируются на многих объектах в России, Украине, Беларуси и Казахстане. При проектировании к разрабатываемой серии КРУ были выдвинуты следующие требования:

  1. В соответствии с сеткой схем первичных соединений в кабельном отсеке шкафов КРУ должны одновременно размещаться кабельные разделки силовых кабелей, трансформаторы тока и напряжения, а также линейные шины.
  2. Доступ к вторичным цепям трансформаторов тока и напряжения, установленных в кабельном отсеке шкафов одностороннего (фронтального) обслуживания, должен осуществляться со стороны фасада без демонтажа элементов конструкции шкафа.
  3. Демонтаж самих трансформаторов тока и напряжения должен осуществляться без демонтажа элементов конструкции шкафа и быть максимально упрощенным.
  4. Доступ к кабельным разделкам силовых кабелей в шкафах одностороннего (фронтального) обслуживания должен осуществляться со стороны фасада без демонтажа элементов конструкции шкафа и быть максимально удобным.
  5. Размеры кабельного отсека должны позволять разделку не менее трех трехфазных кабелей с использованием типовых кабельных разделок и соблюдением необходимых размеров для безопасной эксплуатации.

Таким образом, целью разработки было создание нового типа шкафов КРУ с повышенной безопасностью и улучшенными условиями обслуживания.

Ячейка КРУ представляет собой металлоконструкцию, выполненную из высококачественной оцинкованной стали (алюцинк), детали которой изготовлены на высокоточном оборудовании методом холодной штамповки. Соединения выполнены на усиленных стальных вытяжных заклепках и резьбовых соединениях. Наружные элементы конструкции — двери фасада, боковые панели крайних в ряду ячеек и т. д. — окрашены методом порошкового напыления. Оригинальная конструкция обеспечивает легкий, удобный и безопасный доступ к оборудованию.

Каркас шкафа (рис. 2) разделен вертикальными и горизонтальными металлическими перегородками на релейный отсек — А, отсек выдвижного элемента — Б, отсек сборных шин — В и кабельный отсек, в котором располагаются также трансформаторы тока, напряжения и линейные шины — Г. Каналы над отсеками, накрытые клапанами 16, служат для отвода нагретого воздуха и выброса отработанных газов при коммутации предельных токов КЗ и при появлении в отсеках открытой дуги. Для изоляции неподвижных токоведущих контактов, а также для секционирования сборных шин 12 в пределах одного шкафа используются эпоксидные проходные втулки 10 и 15, благодаря этому, а также наличию дуговой защиты локализация аварии происходит в пределах одного отсека одного шкафа за необходимое время.

Выдвижной элемент находится в средней части шкафа непосредственно над кабельным отсеком и конструктивно выполнен в виде тележки, которая перемещается из рабочего положения в контрольное и обратно при закрытых дверях шкафа. В ремонтном положении выдвижной элемент при помощи инвентарной тележки из комплекта ЗИП перемещается в коридор обслуживания, при этом шторный механизм 11 автоматически перекрывает доступ к токопроводящим контактам шкафа.

В зависимости от схем в шкафу может находиться заземлитель с пружинным приводом, который располагается на боковой стенке каркаса кабельного отсека и приводится в действие при помощи рукоятки из комплекта ЗИП.

Трансформаторы тока 9 вместе с проходной втулкой 10 нижнего неподвижного токопроводящего контакта пофазно установлены на отдельных металлических перегородках между отсеками выдвижного элемента и трансформаторов тока. Эти перегородки имеют специальные крышки для доступа к вторичным цепям трансформаторов тока. Благодаря такому решению максимально упрощается их обслуживание.

Так, для доступа к контактам вторичных цепей трансформаторов тока достаточно: открыть дверь выдвижного элемента и выкатить его на инвентарной тележке в коридор обслуживания, после чего демонтировать крышку вторичных цепей. Для замены же самого трансформатора тока необходимо дополнительно: демонтировать легкосъемную перегородку и крепеж на несущей конструкции ремонтируемой фазы, после чего повернуть блок трансформатора тока с шиной и втулкой на 90° в ремонтное положение.

Для доступа к трансформаторам напряжения и кабельным разделкам достаточно открыть дверь кабельного отсека (при этом выдвижной элемент может находиться в шкафу в контрольном положении, а заземлитель включен).

Описанная конструкция шкафов позволила начать производство КРУ с реальным, а не декларируемым односторонним обслуживанием, ведь не секрет, что некоторые номинально одностороннего обслуживания шкафы имеют в своей конструкции специально предусмотренные двери и люки для доступа к элементам шкафа с тыльной стороны.

В шкафах КРУ предусмотрены все необходимые по действующим стандартам защиты и блокировки. Схемы вторичных реализуются по ряду типовых работ, а также с использованием устройств микропроцессорной релейной защиты типа REF, SEPAM, MICOM, SPAC, «Сириус», УЗА, МРЗС и др. Микропроцессорные блоки релейной защиты могут подключаться в SCADA-систему для дистанционного управления и сбора данных.

Следует сказать, что ячейки КРУ нового поколения массово вышли на рынок совсем недавно и сегодня вполне мирно сосуществуют с традиционными — с расположением выкатного элемента в нижней части шкафа. Энергетики — народ консервативный. Не менее востребованными являются малогабаритные ячейки со стационарным расположением выключателя и КСО. В любом случае, потребуется значительный временной лаг, прежде чем ячейки КРУ нового поколения начнут вытеснять традиционные ячейки.

Кроме того, эффективность новой компоновки в общепромышленном типоисполнении еще не означает ее целесообразность в других типах ячеек. Речь идет о специальных типах КРУ — рудничного нормального исполнения, взрывозащищенных для шахтного электроснабжения, экскаваторных, судовых и др.

Зато выгоды новой компоновки быстро разглядели на предприятиях электрогенерации. КРУ 6 кВ нового поколения в сейсмостойком и несейсмостойком исполнении начали обретать прописку на тепловых и атомных станциях. Ряд крайних выставок электрооборудования, прошедших в СНГ, продемонстрировал, что все большее количество КРУ-строителей вводит в номенклатуру новый тип ячейки. Особенно этот процесс заметен в РФ, поскольку в стране на фоне дефицита генерирующих мощностей инициируется строительство большого количества новых электростанций. Соответственно, расширится рынок сбыта для производителей КРУ для СН электростанций. Нельзя сказать, что все новинки имеют высокий технический уровень — все же производителю требуется несколько лет, чтобы от первых сырых наработок провести изделие через ряд модернизаций и прийти к оптимальному для потребителя решения. Но лед тронулся, процесс пошел!

Таблица 1. Технические характеристики КРУ серий КУ-10Ц и КУ10(6)С
Наименование параметра, единица измерения КУ-10Ц КУ10(6)С
Номинальное напряжение, кВ
6; 10
6; 10
Наибольшее номинальное напряжение, кВ
7,2; 12
7,2; 12
Номинальный ток, А
- главных соединений
630; 1000; 1600; 2000; 3150
630; 1000; 1600; 2000; 3150, 4000*
- сборных шин (*в шкафах с принудительной вентиляцией)
1000; 1600; 2000; 3150
1600; 2000; 3150, 4000*
Номинальный ток отключения выключателя, кА
20; 31,5
20; 31,5; 40
Ток термической стойкости, 3 с, кА
20; 31,5
20; 31,5; 40
Номинальный ток электродинамической стойкости главных соединений, кА
51; 81
51; 81; 102; 128
Номинальное напряжение вспомогательных цепей, D
- постоянного тока
220
220
- переменного (выпрямленного) тока
110; 220
220
Габаритные размеры, мм
- ширина
750; 900
750; 900
- глубина
100; 1200; 1300
1400; 1500
- высота
2000
2300

Вадим ЧЕРНЫЙ,
ЗАО «Высоковольтный союз»