ГИБРИДНЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
HYBRID GENERATOR SWITCH

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к высоковольтному электроаппаратостроению и может быть использовано при разработке высоковольтных генераторных выключателей.
Исследования и разработки генераторных выключателей в течение последних десятков лет проводятся как в России, так и за рубежом. Высокие массогабаритные и стоимостные показатели, а также жесткие требования к надежности работы, коммутационному ресурсу этих выключателей заставляют вести поиски технических решений в области гибридных генераторных выключателей (ГГВ). Недостатки гибридных выключателей традиционных конструкций обусловлены тем, что к вакуумной или элегазовой камере одновременно предъявляются требования по малому сопротивлению в замкнутом состоянии и высокой пропускной способности по току, после отключения которого нагретая камера должна выдержать восстанавливающееся высокое напряжение.
Вакуумные генераторные выключатели приходят на смену масляным и воздушным выключателям и выгодно отличаются от элегазовых выключателей благодаря дешевизне, простоте, большему ресурсу и надежности. Однако, вакуумные выключатели имеют меньший номинальный ток и ток отключения по сравнению с элегазовыми выключателями, помимо этого, при включении вакуумных выключателей возможен дребезг контактов, приводящий к повторным пробоям и накачке перенапряжений. Предлагаемый гибридный генераторный выключатель должен повысить пропускную способность, номинальный ток и ток отключения вакуумных генераторных выключателей, сохранив их преимущества над элегазовыми выключателями. Основными характеристиками работы выключателей являются: номинальный ток, номинальный ток отключения, переходное восстанавливающееся напряжение и скорость его восстановления, определяющие пропускную способность и отключающую способность выключателя.
Известен выключатель генератора по патенту США №5985628 «Генераторный переключатель», Н01Н 33/12, Н01Н 33/66, опубл. 16.11.1999. Известный генераторный переключатель включает в себя фазные проводники, каждый из которых оборудован одним разъединителем и одним вакуумным выключателем, имеющим горизонтально расположенный полюсный зазор. По меньшей мере одна вакуумная камера предусмотрена для каждой фазы. Разъединитель выполнен в виде разъединителя с линейным перемещением. Вакуумные камеры расположены пространственно одна за другой, выровнены с разъединителем и каждая размещена в одном трубчатом корпусе, который окружает все компоненты фазы в качестве внешней оболочки. Известный генераторный переключатель позволяет повысить номинальный ток, однако ток отключения ограничен отключающей способностью и нагревом вакуумных камер, что ограничивает применение известного переключателя на электростанциях большой мощности. Электрическая прочность известного переключателя и отсутствие повторных пробоев также не гарантируются.
Известен генераторный выключатель, конструктивное исполнение которого защищено патентом РФ №1786526 «Высоковольтный генераторный выключатель», Н01Н 33/00, опубл. 07.01.1993. Известный высоковольтный (гибридный) генераторный выключатель, встроенный в экранированный токопровод, содержит главные токоведущие контакты, главные дугогасительные контакты, отделитель, вспомогательные дугогасительные контакты и резистор. С целью повышения отключающей способности и скорости восстановления электрической прочности, уменьшения времени отключения и включения выключателя, в конструкцию известного генераторного выключателя введены вспомогательные подвижный и два неподвижных контакта и вспомогательный скользящий контакт, расположенный коаксиально токоведущей системе в дугогасительном контуре.
Основной недостаток известного генераторного выключателя - недостаточное ограничение по отключению тока короткого замыкания (является выключателем нагрузки). Помимо этого, электрическая прочность выключателя и отсутствие повторных пробоев не гарантируются, в связи с тем, что дугогасительные контакты находятся в зоне нагрева и имеют пониженную электрическую прочность после протекания через них дуги и большого тока отключения.
Актуальной задачей является повышение надежности работы электрооборудования, т.е. повышение номинального тока и тока отключения короткого замыкания.
Цель изобретения - повышение надежности работы, повышение электрической прочности генераторного выключателя, повышение тока отключения короткого замыкания и достижение отсутствия повторных пробоев.
Техническим результатом изобретения является разработка надежного, с повышенной электрической прочностью высоковольтного гибридного генераторного выключателя, обеспечивающего надежную работу электрооборудования.
Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет того, что гибридный генераторный выключатель, высоковольтный, встроен в экранированный токопровод, соединяется с заземлением через заземлитель и содержит главную токовую систему с разъединителем, последовательно соединенным с главными контактами, систему управления с датчиками тока, а также параллельно подключенные к главной токовой системе два токопровода, первый из которых содержит последовательно соединенные вакуумный выключатель и отделитель, а второй содержит вакуумный управляемый разрядник с блоком запуска, подключенным к системе управления. Датчики тока установлены в главной токовой системе и в обоих параллельно подключенных токопроводах, а выходы датчиков тока подсоединены ко входу системы управления. Вакуумный управляемый разрядник исполнен в виде одной, но не ограничиваясь этим, сборки параллельно соединенных встречно включенных вакуумных разрядников.
Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны путем ссылки на последующее подробное описание и прилагаемые чертежи. На фиг. 1 показана принципиальная однофазная схема замещения гибридного генераторного выключателя, на фиг. 2 показана осциллограмма токов при отключении тока трехфазного короткого замыкания, на фиг. 3 показана осциллограмма восстановления напряжения на контактах ГГВ.
Гибридный генераторный выключатель (фиг. 1) встроен в экранированный токопровод, который образован главной токовой системой 10 в виде экрана, внутри которого на изоляторах установлен трубчатый токопровод, размещаемый между генератором Г справа и силовым трансформатором (на рисунке не показан) слева. В цепи токопровода последовательно соединяются разъединитель 7 и главные контакты ГК, причем токопровод соединяется с заземлением через заземлитель 8. Параллельно подключены к главной токовой системе 10 два токопровода 11 и 12. Токопровод 12 содержит последовательно соединенные вакуумный выключатель ВВ и отделитель 6. Токопровод 11 содержит вакуумный управляемый разрядник ВУР с блоком 4 запуска, подключенным к системе управления 5. В цепях каждой из трех вышеупомянутых ступеней включаются датчики тока 1, 2, 3, выходы которых присоединяются ко входам системы управления 5. Другой вход системы управления 5 связан с выходом блока 9 релейной защиты и автоматики. Один выход системы управления 5 подключен ко входу приводов ГК и ВВ, а другой выход подключен ко входу блока 4 запуска.
Работа гибридного генераторного выключателя состоит, по крайней мере, из двух этапов. На первом этапе, при включении, при необходимости работы с большим номинальным током (например, выше 20-30 кА), включается дутье в генераторе Г с экранированной главной токовой системой 10. Затем замыкается разъединитель 7, после чего подается сигнал от системы управления 5 на замыкание главных контактов ГК и контактов вакуумного выключателя ВВ и размыкание контактов отделителя 6. После выхода на установившийся режим генератора осуществляется контроль за температурой токопровода, генератора и выключателя, не допуская ее повышения выше заданного предела при отклонениях номинального тока.
0
1
2
3
4
На втором этапе, при отключении номинального или аварийного тока, система управления 5 подает сигнал на одновременное размыкание главных контактов ГК и контактов отделителя 6 и начинается перевод тока из цепи главных контактов ГК в цепь вакуумного выключателя ВВ (фиг. 2). На осциллограммах рис. 2 и рис. 3 (соответственно, отключения токов короткого замыкания и восстановления напряжения на контактах ГГВ): t - момент возникновения короткого замыкания, t - момент подачи команды от релейной защиты на отключение выключателя, t - момент отключения тока в фазе В, t - момент отключения тока в фазах А и С, t - момент отключения короткого замыкания.
Спустя 1 или 2 периода, в зависимости от быстродействия привода, коммутация заканчивается (сигнал от датчика 1 обнуляется). Если ток от датчика 2 не превышает допустимый уровень для отключения вакуумного выключателя ВВ, то система управления 5 подает сигнал на отключение приводом камеры вакуумного выключателя ВВ с переводом и отключением отделителя 6, после чего гибридный генераторный выключатель отключается.
3
На втором этапе, при отключении аварийного тока или тока, превышающего допустимое значение для тока отключения вакуумного выключателя ВВ (по показаниям датчика 2), система управления 5 через блок запуска 4 запускает безинерционно вакуумный управляемый разрядник ВУР (на фиг. 2 кривая тока в ВУР), который под влиянием падения напряжения на дуге вакуумного выключателя ВВ, равного примерно 100-200 В переводит аварийный ток в цепь вакуумного управляемого разрядника ВУР и после первого (реже второго) перехода тока через ноль ток в цепи вакуумного управляемого разрядника ВУР гасится путем снятия импульса поджига от блока запуска 4, на чем процесс отключения заканчивается, что подтверждается отсутствием сигнала от датчика 3. Указанному моменту соответствует момент времени t гашения тока в цепи гибридного генераторного выключателя.
3
После гашения тока в момент t между полюсами гибридного генераторного выключателя скачком, как показано на фиг. 3 прикладывается переходное восстанавливающееся напряжение, которое имеет более высокую, примерно на порядок, скорость нарастания, нежели в сетевых (высоковольтных) выключателях, и традиционные выключатели зачастую не выдерживают приложенного напряжения, создавая повторные пробои и накачку перенапряжений на выключателе и на генераторе, т.е. на самом дорогом и ответственном элементе электростанции, а также на силовом трансформаторе. Применение вакуумного управляемого разрядника ВУР на последней стадии отключения аварийного тока гарантирует восстановление электрической прочности гибридного генераторного выключателя благодаря отсутствию в нем подвижных контактов и отсутствию исходного подогрева номинальным и аварийным током.
Аналогичная благоприятная ситуация возникает при самом тяжелом включении гибридного генераторного выключателя на трехфазное короткое замыкание особенно с подпиткой от противофазной сети. В этом и подобных этому аварийных режимах последовательность операций отличается от вышеприведенной и состоит в первоначальном включении вакуумного управляемого разрядника ВУР. Появление аварийного тока в цепи датчика 3 приводит к немедленному блокированию включения гибридного генераторного выключателя и исключению сверхтоковых воздействий на генератор, токопровод, выключатель, трансформатор, что существенно повышает надежность работы основного оборудования электростанции.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет достичь целей, поставленных при создании данного технического решения, а именно: существенное повышение надежности электрооборудования за счет повышения тока отключения короткого замыкания, повышения электрической прочности генераторного выключателя, достижения отсутствия повторных пробоев.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании данного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее данное изобретение при его осуществлении, относится к высоковольтному электроаппаратостроению и может быть использовано при разработке высоковольтных гибридных генераторных выключателей;
- для вышеприведенного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении способствует существенному повышению надежности электрооборудования, повышению тока отключения короткого замыкания, повышению электрической прочности генераторного выключателя, отсутствию повторных пробоев.
Следовательно, данное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».