Саяно-Шушенская ГЭС: опыт замены генераторного комплекса на элегазовое распределительное устройство

Василий Белобородов, инженер лаборатории технической диагностики Филиала ОАО «РусГидро» – «Саяно-Шушенская ГЭС»
Анджей Валчина, территориальный маркет менеджер компании АББ Швейцария

В данной статье рассказано о решении в области коммутационного оборудования, принятом на Саяно-Шушенской ГЭС. Рассмотрены трудности, связанные с эксплуатацией КАГ-15,75, подробно рассмотрен вариант использования элегазового генераторного распределительного устройства.



Гидрогенератор Саяно-Шушенской ГЭС является самым купным из всех, созданных в России. Его характеристики: номинальная мощность 640 МВт, номинальное напряжение 15750 В, номинальный ток статора 26100 А. Исходя из указанных параметров, для обеспечения надёжной работы электростанции требовались специальные решения в области коммутационного оборудования. В результате совместной работы ПО «Электроаппарат» и института «Ленгидропроект» специально для нужд СШГЭС в 1980-х годах был создан генераторный аппаратный комплекс КАГ-15,75 со следующими функциями:

• выполнение отдельных операций включения и отключения нагрузочных токов;

• передача измерительной информации на устройства защиты и управления;

• разделение и заземление участков цепи главных выводов генераторов.

Комплекс выполнен в виде трёх отдельных полюсов, каждый из которых объединяет в себе выключатель нагрузки, разъединитель, заземляющие ножи, трансформаторы тока и напряжения.

Однако в ходе эксплуатации оборудования возникли некоторые трудности, которые в итоге привели к необходимости замены комплекса.

Проблема
В первые месяцы использования КАГ-15,75 специалистам СШГЭС пришлось выполнять ряд доводочных работ, направленных на улучшение эксплуатационных характеристик комплекса. В частности, была проведена реконструкция систем охлаждения – в тёплое время года на охлаждаемых узлах, в особенности на экранах, выпадал конденсат. Влага стекала на токоведущие части и цепи вторичной коммутации, что создавало реальную опасность возникновения коротких замыканий.
Помимо системы охлаждения усовершенствованию подвергся целый ряд элементов КАГ. За время доводки данного аппарата развитие коммутационного оборудования высокого напряжения продвинулось на новый уровень, и, в силу своих конструктивных особенностей, КАГ, установленный на СШГЭС, стал менее конкурентоспособным. Были выявлены следующие недостатки:

 Трудозатраты на ремонт и техническое обслуживание, связанные с демонтажом большого количества болтовых соединений, уплотнений и вспомогательных узлов, сопоставимы с трудозатратами при капитальном ремонте генератора;

 КАГ-15,75 был изготовлен под заказ для Саяно-Шушенской ГЭС, поэтому возникла проблема отсутствия запаса сменных узлов и деталей;

 Недостаточная коммутационная способность при отключении рабочих токов в цепи генератора, а также принципиальная невозможность отключения токов короткого замыкания приводили к необходимости вывода из строя сразу двух генераторов выключателем 500 кВ за блочным трансформатором.

За время эксплуатации КАГ неоднократно имели место отказы в работе. Например, выключатели не справлялись с отключением токов значительно ниже номинального, что приводило к возникновению двухфазного короткого замыкания в камерах аппаратов с последующим разрушением контактной системы.
Таким образом, после окончания нормативного срока службы дальнейшая работа генераторного комплекса была сопряжена с большой вероятностью отказа и значительными трудностями по восстановлению его работоспособности. Руководством Саяно-Шушенской ГЭС было принято решение о замене КАГ на современный выключатель.

Решение
В результате рассмотрения всех возможных вариантов выбор был сделан в пользу элегазового генераторного распределительного устройства HEC-8 компании АББ. Немаловажным аргументом в пользу данного решения было то, что по своим габаритам устройство соответствует размерам существующей камеры главных выводов генератора и при его установке не требовалось выполнения строительных работ по расширению площади.

Элегазовое генераторное распределительное устройство HEC-8 разработано специально для применения на электростанциях всех типов и имеет трёхполюсное исполнение с последовательно соединёнными элегазовым выключателем и разъединителем в однополюсных кожухах. Устройство поставлено полностью смонтированным на раме, с приводом и системой управления и контроля. Также в состав HEC-8 входят заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, ограничитель перенапряжения, конденсаторы.

На рис. 1 приведены структурные электрические схемы КАГ-15,75 и НЕС-8. Технические характеристики этих комплексов отображены в таблице 1.

Условные обозначения:
Г – генератор;
Т – трансформатор;
В – выключатель;
Вн – выключатель нагрузки;
Р – разъединитель;
Рз – разъединитель заземляющий;
ТТ – трансформатор тока;
ТН – трансформатор напряжения;
С – конденсатор для защиты от перенапряжений;
ОПН – ограничитель перенапряжений нелинейный.

Табл. 1. Основные характеристики КАГ-15,75 и НЕС-8
Параметр КАГ-15,75 НЕС-8
Наибольшее рабочее напряжение, кВ 17,5 30
Наибольший рабочий ток, кА 28,5 28
Номинальный ток электродинамической стойкости (пик), кА 500 600
Номинальный ток термической стойкости (среднеквадратичное значение), кА (1 сек.) 100 220
Номинальный ток включения (пик), кА 200 440
Номинальный ток отключения, кА 28,5 190
Полное время отключения, мс 90 56

Адаптация генераторного распределительного устройства для нужд Саяно-Шушинской станции
Проект установки выключателя был разработан институтом «Ленгидропроект» совместно с персоналом СШГЭС и представителями ABB Швейцария. Совместными силами найдены уникальные технические решения:

 Осуществлён переход от открытых водоохлаждаемых шин главных выводов генератора к токоведущим частям выключателя с естественным охлаждением и изолированным кожухам;

 Минимизированы вихревые токи, вызывающие нагрев конструкции при номинальном токе 28 кА;

 Стало возможным использование старых трансформаторов тока (от КАГа);

 Осуществлён переход  от двух параллельных изолированных токопроводов на фазу со стороны блока к токоведущим частям выключателя НЕС-8 с естественным охлаждением (на тот момент ничего подобного на рынке представлено не было).

Также специалисты компании-производителя пошли навстречу пожеланиям СШГЭС, разработав удобную для его нужд конструкцию смотровых окон, которые позволяют увидеть положение разъединителя и заземляющих ножей с уровня земли.
Работы по монтажу были выполнены силами персонала генераторного участка компании «Гидроэнергоремонт» под руководством шеф-инженеров АББ из Швейцарии и России.

Всего на Саяно-Шушенской ГЭС установлено девять генераторных распределительных устройств. В общей сложности одиннадцать лет эксплуатации показали, что НЕС-8 работают безотказно, не возникает необходимости в каких-либо ремонтных мероприятиях, что говорит о правильности сделанного выбора.

Справка о компании:
Компания АББ (официальный сайт – www.abb.com ) является мировым лидером в области электроэнергетики и автоматизации технологий. Основанная в Цюрихе, Швейцария, компания насчитывает более 145 000 сотрудников и работает примерно в 100 странах мира. Акциями фирмы  торгуют на фондовых биржах в Цюрихе, Стокгольме и Нью-Йорке.

АББ в России имеет 28 офисов продаж и сервиса и 5 действующих производственных площадок. Штат компании в России составляет около 1300 сотрудников.
В 2013 году компания АББ отметила 120-летие работы в России.