Большой высоковольтный зал

1. БОЛЬШОЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЗАЛ ИНСТИТУТА ТРАНСФОРМАТОРОСТРОЕНИЯ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СВЕРХВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ Пуляев М.А.,ВолодченкоЛ.И., Мелешко И.Ю., Тополянский Е.Л.

2. Физическое и математическое моделирование при конструировании электрооборудования – один из основных этапов обеспечения его надежности. Исследовательским комитетом А3 СИГРЕ создана рабочая группа РГА 3.20 для оценки существующих технологий физического и компьютерного моделирования различных видов электрооборудования с целью определения диапазона их применения в качестве метода контроля, экстраполяции результатов испытаний или даже замены некоторых испытаний. В плане реализации этой цели в области трансформаторостроения представляет интерес, по нашему мнению, опыт ВИТ по физическому моделированию изоляции при создании трансформаторного оборудования на новые ультравысокие классы напряжения – 750 и 1150 кВ переменного тока и ±750 кВ для ЛЭП постоянного тока в большом высоковольтном зале (БВЗ)

3. БВЗ института введен в эксплуатацию в 1975 г. Он создан для проведения исследований изоляции при разработке трансформаторного оборудования для ЛЭП ультравысокого напряжения – до 1800 кВ переменного и до ±1500 кВ постоянного тока. Площадь БВЗ – 8640 м² ( LxBxH=120x60x64 м ) (рис.1,2)

4. Большой высоковольтный зал

5. БВЗ оснащен краном грузоподъемностью 125 т., пролетом 60 м. и высотой подъема 40 м. Все стены зала покрыты экраном из алюминиевых листов, что обеспечило защиту от внешних воздействий. Есть технологические устройства для разгрузки оборудования весом до 600 тонн. • Технологическое оборудование: • - вакуум сушильные шкафы и испытательные баки объемом 1÷3, 30÷100÷500 м³; • комплекс генераторов 50÷100÷225 Гц различной мощности и напряжений; • маслосистема, осуществляющая подготовку и подачу масла в испытательные баки ; • вводы 110 – 750 кВ, 1150 – 1800 кВ, ±400 и ±750 кВ; • магнитопроводы диаметром 500 – 1200 мм. • гидродомкраты для разгрузки оборудования весом до 600 тонн. • Испытательные установки: • Генератор импульсных напряжений 7000 кВ (TUR, Дрезден, Германия) • Установка постоянного напряжения 2500 кВ; (Хейфли, Швейцария) • Каскад испытательных трансформаторов 2250 кВ (TUR, Дрезден, Германия) • Установка постоянного напряжения 1200 кВ (TUR, Дрезден, Германия) • Установка переменного напряжения 600 кВ (TUR, Дрезден, Германия) • и др. • В таблице 1 приведены характеристики испытательного оборудования БВЗ и других, известных нам, крупных лабораторий мира.

6. Таблица 1 - Максимальные испытательные возможности БВЗ в сравнении с возможностями испытательных лабораторий некоторых стран. IREQ – Hydro-Quebec Research Institute. EDF – Les Renardieres Electrical Equipment Lab. KEMA – Testing Services HV Lab CESI – Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano CPRI – India (UHV) Research LabKERI – Korea Electro tech. Research Institute STRI – independent interoperability laboratory

7. Как видно из приведенных данных табл.1, среди высоковольтных лабораторий по своим техническим возможностям выделяются лаборатории IREQ (Канада), CPRI (Индия) и ПАО «ВИТ» (Украина). Существенным преимуществом БВЗ является наличие специального технологического оборудования, позволяющего осуществлять сборку и разборку крупномасштабных моделей и трансформаторов ( рис.3,4).

8. Рисунок 3 – Полномасштабная модель фазы автотрансформатора с сочетанием напряжений 750/500 кВ. Рисунок 4 – Модель изоляции трансформатора ±750 кВ.

9. В период с 1975 по 1992 были проведены исследования огромного количества малых моделей, макетов узлов изоляции, полномасштабных и комплексных моделей при всех видах нормированных воздействий на трансформатор таблица 2.

10. Следует отметить, что исследования крупномасштабных моделей проводились при всех видах испытательных воздействий до уровня 110%. По определяющим видам воздействий, модели испытывались до пробоя. Кроме того проводились длительные испытания ряда моделей ( до 1000 часов). На базе полученных ранее результатов исследований разработанои постоянно совершенствуется программно-методическое обеспечение по расчету изоляции силовых трансформаторов, включающее в себя как программы для детального анализа воздействий на главную и продольную изоляцию (VLN, ELAX-2D), так и экспериментально - эмпирические базы знаний для расчета коэффициентов запаса главной, продольной и витковой изоляции (ENDINS, MIDINS, BUSHING, COILINGS, TURNINS). Программы комплекса позволяют моделировать не только состояние изоляции внутри трансформатора, но и определять взаимное влияние трансформаторов и остальных элементов электрических сетей друг на друга с помощью автоматизированной подготовки данных для программы расчета переходных процессов в электрических сетях (EMTP).

11. Наряду с проведением широкомасштабных исследований изоляции трансформаторов ультравысокого напряжения, в институте был проведен большой объем исследований по электродинамическим, тепловым, электромагнитным воздействиям. • Все это позволило : • Изготовить 18 шт. автотрансформаторов 667/1150 кВ, которые были поставлены в эксплуатацию и 2 года находились под рабочим напряжением (рис. 5). • Изготовить 14 шт.трансформаторов 320 МВА ±750 кВ и 6 линейных реакторов для ЛЭП постоянного тока. При этом трансформаторы 320 МВА ±750 кВуспешно прошли испытания на электродинамическую стойкость на МИС Тольятти ( рис. 6).

12. Рисунок 5 –автотрансформатор 667МВА сочетание напряжений 1150/500 кВ Рисунок 6 – трансформатор 320 МВА сочетание напряжений 500/±750 кВ для ЛЭП постоянного тока.

13. Успехи в создании оборудования 1150 кВ позволили перейти к разработке оборудования следующего, возможно предельного класса напряжения ЛЭП переменного тока 1800 кВ (рис.7). Рисунок 7 - Модель фазы автотрансформатора 1800/500 кВ Испытательные напряжения: Длительное напряжение 50 Гц- 1425 кВ, КИ - 2600 кВ, ПГИ и СГИ – 3200 кВ.

14. После 1992 г. объем работ по исследованиям существенно сократился однако, были проведены ряд значимых исследований и испытаний: • Испытание установки ВГИ на класс напряжения 1150 кВ (рис. 8); • Проведены исследования малых моделей (табл. 3 и рис.9, 10); • Испытания разъединителей, выключателей, трансформаторов, ОПН, вводов, реакторов и др. • С использованием имеющегося опыта разработок и исследований получен положительный опыт эксплуатации более 50 единиц трансформаторов 750 кВ, изготовленных по лицензии ВИТ рис. 11, 12

15. Рисунок 8 - испытательная установка на 1150 кВ. При испытаниях напряжением 800 кВ уровень частичных разрядов при не превышал 5 пКл (изготовлена и поставлена в г. Шеньян, Китай).

16. Таблица 3 – исследования изоляции трансформаторов класса до 500 кВ 50 Гц и преобразовательных трансформаторов ±400 кВ

17. Рисунок 9 – схема испытания модели в баке от ГИН - 7000 Рисунок 10 – испытания от VEM – 600 c измерением частичных разрядов до пред пробивного напряжения.

18. Рисунок 11 – Однофазныйдвухобмоточный трансформаторс регулированием напряжения безвозбуждения 204 МВА , 765 кВ. Рисунок 12 -Однофазный трехобмоточный автотрансформаторс регулированием напряжения без возбуждения370 МВА , сочетание напряжений 765/345 кВ

19. Серьезным испытанием для испытательной лаборатории и коллектива отдела высоковольтных исследований явилось испытания нескольких вариантов изоляционных конструкций блока вентилей для линий передач постоянного тока ± 800 кВ. Для испытаний блоки вентилей размещались на высоте (на расстоянии) 3, 6, 8 и 9 метров в макете вентильного зала.

20. Испытания проводились при воздействии постоянного напряжения и коммутационного импульса обоих полярностей. Рисунок 13 - установки постоянного тока УПТ – 2500 кВ. Рисунок 14 - генератор импульсных напряжений ГИН – 7000 кВ.

21. Специально для исследований специалистами «ВИТ», был спроектирован и изготовлен макет вентильного зала. С размерами 24х24 м и 27 метров в высоту. Способный выдерживать объект испытания весом до 5 тонн. (рис.15). Была предусмотрена возможность изменения положения объекта в пространстве макета вентильного зала. Рисунок 15 – Макет вентильного зала.

22. Максимальные пробивные напряжения от установки ГИН - 7000. Рисунок 16 – Пробой при КИ положительной полярности +2750 кВ Рисунок 17 – Пробой при КИ отрицательной полярности3000 кВ

23. При воздействии постоянного напряжения от установки УПТ – 2500 максимальные пробивные напряжения составили ±2000 кВ Следует отметить, что эти напряжения ниже номинальных напряжений установок, однако, столь высокие напряжения ни разу от этих установок не получали.

24. Заключение 1. Большой высоковольтный зал ПАО ВИТ сыграл ключевую роль в создании трансформаторного оборудования 750 и 1150 кВ переменного тока и ±750 кВ постоянного тока. Опытно промышленные образцы оборудования 1150 кВ и ±750 появились в СССР на 30 лет раньше их появления в энергетике Китая и Индии. 2. Повреждаемость трансформаторного оборудования 750 кВ в первые десятилетия внедрения ЛЭП 750 кВ в СССР оказалось в 2 – 3 раза ниже зарубежного (рабочая группа 38-04 СИГРЭ г. Кокчетав, 1989 г.). Кроме того в первом десятилетии 21-го века получен положительный опыт эксплуатации более чем 50 штук трансформаторов 750 кВ, изготовленных компанией “Хюндай” по лицензии ВИТ. 3. Проведенные в последние годы испытания макетов преобразовательных вентилей на напряжение ± 800 кВ при близких к предельным значениям испытательных напряжений подтвердили работоспособность испытательных установок и показали необходимость их модернизации и обновление приборного парка лаборатории.

25. 4. Целесообразно использовать возможность БВЗ в целях сертификации электротехнического оборудования различных классов напряжения, расширив номенклатуру испытываемого оборудования , включив в него измерительные трансформаторы, коммутирующую и защитную аппаратуру, вводы и изоляторы, КРУ, КТП и др. 3. Опыт, накопленный по физическому моделированию в течении 35 лет работы в БВЗ может быть использован для решении перспективных задач развития энергетики при создании ЛЭП предельных напряжений. Украина, г. Запорожье, Днепропетровское шоссе 11, ПАО «ВИТ» Тел.: +3 8061 284 53 01 E-mail: ovi@vit.zp.ua