Испытания воздушных выключателей 35-750 кВ

Воздушные выключатели классов 35-750 кВ (серии ВВУ, ВВЭ, ВВБ, ВВН, ВВШ) относятся к оборудованию старого парка, в котором гашение электрической дуги происходит сжатым воздухом [citation:3][citation:4]. В настоящее время воздушные выключатели считаются устаревшими и в новом строительстве не применяются, но продолжают эксплуатироваться на многих подстанциях, особенно серии ВВБ-110 и ВВУ-35. Согласно СТО 34.01-23.1-001-2017, для поддержания работоспособности такого оборудования требуется регулярный контроль пневмосистемы, механических характеристик и состояния изоляции.

Когда требуется испытание воздушных выключателей

Периодичность испытаний по СТО 2017

Согласно СТО 34.01-23.1-001-2017 (раздел 12, таблица 12.1), воздушные выключатели классов 35-750 кВ подлежат испытаниям 1 раз в 4 года. Объем испытаний включает измерение сопротивления изоляции, испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты, измерение времени собственного отключения и включения, разно временности срабатывания фаз, измерение сопротивления контактов постоянному току, контроль давления сжатого воздуха (рабочего и минимального), проверку герметичности пневмосистемы, проверку работы клапанов, проверку системы вентиляции внутренних полостей и внешний осмотр. Дополнительные внеплановые проверки обязательны после капитального ремонта, при вводе в эксплуатацию после длительного хранения, после отключения токов короткого замыкания, при снижении давления воздуха ниже нормы и при появлении внешних признаков неисправности.

Внеплановые проверки и послеремонтный контроль

Внеплановые проверки воздушных выключателей проводятся при срабатывании на ток короткого замыкания (отключение КЗ), при падении давления сжатого воздуха в ресиверах ниже минимально допустимого, при обнаружении утечек воздуха (свист, шипение, падение давления), после капитального ремонта компрессорной установки, при изменении режимов работы сети и по истечении нормативного срока службы (25-30 лет). Особое внимание уделяется выключателям, эксплуатирующимся более 25 лет — они требуют усиленного контроля технического состояния [citation:1].

Методы испытаний воздушных выключателей

Контроль давления и герметичности пневмосистемы

Контроль давления сжатого воздуха является основным методом оценки состояния пневмосистемы воздушного выключателя. Рабочее давление воздуха в ресиверах должно соответствовать паспортным данным: для выключателей 35 кВ — 2.0-2.5 МПа (20-25 атм) [citation:3][citation:7], для 110 кВ — 2.5-3.0 МПа, для 220-750 кВ — 3.0-4.0 МПа. Минимальное давление, при котором допускается включение и отключение, указывается в паспорте (обычно 1.5-2.0 МПа). Проверка герметичности выполняется путем измерения падения давления в отключенном и включенном состояниях за 15-30 минут. Допустимое падение давления не более 0.05-0.1 МПа за 15 минут. Утечки воздуха выявляются с помощью мыльной эмульсии или течеискателя в соединениях трубопроводов, штуцерах, уплотнениях клапанов и поршней. Особое внимание уделяется системе вентиляции внутренних полостей опорных изоляторов — для выключателей ВВН-35 расход воздуха на вентиляцию составляет до 500 л/ч [citation:7].

Измерение времени и скорости срабатывания

Измерение времени собственного отключения, включения и разно временности срабатывания фаз выполняется для каждого полюса выключателя. Допустимые значения времени собственного отключения для воздушных выключателей: для 35 кВ — 40-80 мс [citation:3][citation:7], для 110 кВ и выше — 50-100 мс. Время включения — 100-280 мс в зависимости от типа выключателя [citation:7]. Разновременность срабатывания фаз не должна превышать 5-10 мс. Отклонение от паспортных данных более чем на ±15% указывает на неисправность пневмопривода, износ уплотнений поршней, нарушение регулировки клапанов или снижение давления воздуха. Сопротивление постоянному току силовых контактов измеряется на каждой фазе, норма — не более 50-150 мкОм в зависимости от номинального тока. Превышение указывает на подгорание, ослабление контактных соединений или износ контактных поверхностей. Сопротивление изоляции измеряется мегаомметром на 2500 В, норма — не менее 500-1000 МОм. Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты (1 мин) проводится по нормам: для выключателей 35 кВ — 68 кВ, 110 кВ — 140 кВ, 220 кВ — 280 кВ, 330 кВ — 420 кВ, 500 кВ — 630 кВ, 750 кВ — 950 кВ.

Типовые дефекты воздушных выключателей

Падение давления и утечки сжатого воздуха

Основными дефектами воздушных выключателей являются утечки сжатого воздуха и падение давления. Утечки возникают в соединениях трубопроводов (фланцы, резьбовые соединения), в уплотнениях поршней и штоков, в клапанах и предохранительных устройствах. Падение давления ниже минимально допустимого уровня приводит к невозможности выполнения операции отключения — выключатель «замирает» в промежуточном положении, что создает аварийную ситуацию. Признаками утечек являются: падение давления более 0.1 МПа за 15 минут, характерный свист или шипение, снижение частоты включения компрессора, наличие масляных пятен в местах утечек. Критическим считается падение давления более 0.5 МПа за сутки — такое оборудование требует немедленного ремонта. Дополнительным дефектом является наличие влаги или масла в сжатом воздухе, что приводит к коррозии внутренних полостей, замерзанию конденсата в зимний период и нарушению работы клапанов. Допустимый расход воздуха на утечки выключателя и распределительного шкафа — не более 120 л/ч [citation:7].

Износ контактов и механических узлов привода

Дефекты контактной системы и механических узлов воздушных выключателей связаны с износом контактов (подгорание, эрозия), ослаблением контактных соединений, износом направляющих и демпфирующих устройств. Основные признаки: увеличение сопротивления контактов более 150-200 мкОм, повышение времени срабатывания и разновременности фаз, снижение скорости движения контактов, посторонние шумы (стуки, скрежет) при работе, заедания при движении подвижных частей. Часто встречаются дефекты пневмопривода — износ уплотнительных колец, заклинивание золотников, загрязнение клапанов продуктами износа. Для выключателей серии ВВЭ-35 расход воздуха на одно отключение достигает 3200 л, что требует высокой герметичности системы [citation:7]. При проверке цепей управления и сигнализации измеряется сопротивление изоляции цепей (мегаомметром на 1000 В, норма — не менее 1 МОм), проверяется работа блок-контактов и реле давления при различных уровнях сжатого воздуха. Особое внимание уделяется проверке работы блокировок — выключатель не должен включаться при давлении воздуха ниже минимально допустимого.

Оформление результатов и анализ состояния

Протокол испытаний воздушного выключателя

Протокол испытаний воздушного выключателя оформляется в соответствии с требованиями СТО 34.01-23.1-001-2017 и включает три обязательных раздела. Первый раздел — паспортные данные: тип выключателя (ВВУ, ВВЭ, ВВБ, ВВН, ВВШ), заводской номер, номинальное напряжение (35-750 кВ), номинальный ток, тип привода, рабочее и минимальное давление воздуха, год выпуска, наработка (количество коммутаций). Второй раздел — результаты измерений: сопротивление изоляции (МОм), результаты испытания повышенным напряжением (Uисп, кВ), время собственного отключения и включения по фазам (мс), разновременность срабатывания фаз (мс), сопротивление контактов постоянному току (мкОм), давление воздуха в ресиверах (МПа), падение давления за время испытаний (МПа/15 мин), результаты проверки герметичности (наличие/отсутствие утечек), расход воздуха на вентиляцию и утечки (л/ч), результаты проверки цепей управления. Третий раздел — заключение о техническом состоянии, рекомендации по дальнейшей эксплуатации, срок следующего планового испытания (4 года). Протокол подписывается руководителем электролаборатории и заверяется печатью.

Рекомендации по эксплуатации и замене

При удовлетворительных результатах испытаний (давление воздуха в норме, утечки в пределах нормы, время срабатывания и сопротивление контактов в пределах паспортных значений) воздушный выключатель допускается к дальнейшей эксплуатации с назначением следующего испытания через 4 года. При выявлении утечек воздуха (падение давления более 0.1 МПа за 15 минут или расход воздуха на утечки более 120 л/ч) необходимо устранить дефекты уплотнений до ввода выключателя в работу. При снижении давления воздуха ниже минимально допустимого выключатель блокируется и не допускается к эксплуатации. При повышенном сопротивствии контактов (более 150-200 мкОм) требуется ревизия контактной системы. При увеличении времени срабатывания более чем на 15% от паспортных значений — регулировка пневмопривода. При обнаружении влаги или масла в сжатом воздухе — ревизия осушителей и влагомаслоотделителей. При критическом состоянии оборудования (множественные утечки, износ контактов более 50%, коррозия, выработка ресурса) рекомендуется вывод из эксплуатации и замена на современные элегазовые или вакуумные выключатели [citation:2][citation:6].

Практические особенности испытаний воздушных выключателей

Испытания воздушных выключателей согласно СТО 34.01-23.1-001-2017 являются обязательным методом контроля состояния пневмосистемы и коммутационных характеристик для оборудования классов 35-750 кВ. Учитывая, что воздушные выключатели в настоящее время считаются устаревшими и в новом строительстве не применяются, особое внимание следует уделять их техническому состоянию при длительной эксплуатации. Основной параметр — рабочее давление воздуха в ресиверах, которое должно постоянно поддерживаться компрессорной установкой. Снижение давления ниже минимально допустимого уровня блокирует возможность выполнения операции отключения, что создает риск развития аварии при коротком замыкании. Контроль герметичности пневмосистемы и своевременное устранение утечек являются ключевыми задачами при эксплуатации воздушных выключателей. Падение давления более 0.5 МПа за сутки требует вывода оборудования в ремонт. Комплексный подход к испытаниям воздушных выключателей, включающий контроль давления, проверку герметичности, измерение времени срабатывания и сопротивления контактов, обеспечивает надежную работу оборудования и предотвращает аварийные ситуации. При выработке ресурса рекомендуется замена на современные элегазовые или вакуумные выключатели [citation:6][citation:10].

Дополнительно при диагностике воздушных выключателей рекомендуется выполнять тепловизионный контроль контактных соединений под нагрузкой. Перегрев более 40-50°C относительно температуры окружающей среды указывает на повышенное переходное сопротивление. Для выключателей, отработавших более 25-30 лет, целесообразно проведение технического освидетельствования с определением остаточного ресурса и принятием решения о дальнейшей эксплуатации или замене. Согласно статистике, воздушные выключатели 35-750 кВ, проработавшие более 25 лет, подлежат особому контролю [citation:1]. При подготовке к зимнему периоду обязательно выполняется проверка системы осушки воздуха и дренажа конденсата. Замерзание конденсата в трубопроводах и клапанах является частой причиной отказов воздушных выключателей в зимний период.