Статья для журнала «Рынок электротехники»

В. Ф. Карманов, генеральный директор ООО «Энергия-Т»

В. Ф. Николаев, главный конструктор ООО «Энергия-Т»

Оптимальный выбор конструкции конденсаторных батарей высокого напряжения — залог их надежной и бесперебойной работы

В последнее время в нашей стране отмечается широкое внедрение высоковольтных конденсаторных батарей, применяемых как для коррекции коэффициента мощности, так и в составе управляемых шунтирующих реакторов в качестве источника реактивной мощности емкостного характера.

Основываясь на опыте, накопленном специалистами нашего предприятия в разработке, изготовлении и запуску конденсаторных батарей (БК) в эксплуатацию, весь процесс создания БК можно разбить на ряд этапов:

• согласование параметров БК с заказчиком;
• согласование технических требований к конструкции БК с проектным институтом, то есть адаптация типовых конструкций БК к условиям заказчика, либо разработка новой конструкции;
• проект;
• выбор поставщика оборудования и организация поставки;
• приемка оборудования на месте;
• шеф-монтаж;
• запуск в эксплуатацию.

Очень важным является выбор поставщика БК — как правило, оборудование поставляется в комплекте. Однако сложились некоторые общие требования, общие критерии к основным комплектующим частям БК:

1.Конденсаторы.

Высоковольтные конденсаторы ведущих мировых производителей, как правило, по конструкции и использованию современных материалов (экологически безопасная пропиточная жидкость и пленочный диэлектрик, плавкие предохранители для защиты отдельных секций емкостных элементов) практически одинаковы. Однако есть ряд характеристик, которые существенно влияют на надежность, вес и габариты конденсаторной батареи:

• уровень изоляции между выводами и корпусом;
• отношение мощность конденсатора (кВАр)/объем корпуса (дм³) — чем выше этот показатель (при прочих равных характеристиках), тем компактней будет батарея;
• средние потери в стационарном режиме, при номинальных напряжении и частоте и температуре окружающего воздуха 20°С;
• материал и покрытие корпуса — нержавеющая сталь с грунтовым слоем и полимерным покрытием.

Ниже, для примера, приведены основные технические характеристики конденсаторов фирм «NOKIAN CAPACITORS» (серия TILP) и «ZEZ SILKO» (серия CUEFS), используемых в батарее 25 МВАр/110кВ:

2. Рама БК.

Должна изготавливаться из оцинкованной стали с полимерным покрытием, или из устойчивого к климатическим воздействиям алюминиевого сплава также с полимерным покрытием. В любом случае покрытие должно очень прочным и выдерживать длительные воздействия факторов окружающей среды.

Например, фирма «NOKIAN CAPACITORS» использует в своих конструкциях, как специальные алюминиевые сплавы, так и сталь, покрытую цинком методом горячего погружения.

3. Опорные изоляторы.

Какие изоляторы применять — фарфоровые или полимерные (кремнийорганические) — необходимо решать исходя из конкретных условий эксплуатации БК.

Там, где требуются малый вес, гидрофобность и грязестойкость, улучшенные влагоразрядные характеристики и сейсмостойкость — применяются полимерные изоляторы. В любом случае, выбор делается исходя из основных требований к изоляторам:

• стойкость к электрическому старению;
• максимальная длина утечки по поверхности;
• высокая ударопрочность и сейсмостойкость;

4. Трансформатор тока и реле защиты

Тип применяемого трансформатора тока выбирается исходя из следующих основных требований:

• тип внутренней изоляции — элегазовая или масляная, надежная защита от атмосферной влаги;
• номинальный первичный ток — не ниже расчетного;
• номинальное напряжение — должно соответствовать напряжению батареи;
• число вторичных обмоток — как правило, до 5;
• номинальный вторичный ток — 1А и 5А.

Что же касается реле защиты, то используются цифровые реле, специально разработанные для защиты от тока небаланса в конденсаторных батареях. Особые требования к реле:

• возможность программирования и передачи данных в РС;
• наличие системы самонаблюдения, контролирующей схему и программное обеспечение;
• универсальное питание (от источника постоянного и переменного тока), что позволяет его резервировать.

Для примера ниже представлены основные технические данные реле защиты
NUR-36 фирмы «NOKIAN CAPACITORS»:

Сегодня, в связи с освоением районов Крайнего Севера, при проектировании высоковольтных конденсаторных батарей, особое внимание обращается на экстремальные климатические условия их размещения. В настоящее время ни один производитель в мире не изготавливает конденсаторы с температурой эксплуатации ниже -40°С, с градиентом температуры до -55°С. Таким образом, изготовление конденсаторных батарей с категорией УХЛ1 для новых перспективных нефтяных и газовых месторождений Сибири и Крайнего Севера в прежнем, открытом исполнении, становится невозможным.

Единственный способ решения этой проблемы сегодня — монтаж батарей в специально оборудованном здании. Подобная батарея проектируется для п/с 110кВ «Лысенковская» (Аганская-2) ОАО «Тюменьэнерго» на базе высоковольтной конденсаторной группы 42TILP 25 МВАр/ 110кВ производства «NOKIAN CAPACITORS». Проектом предусмотрен монтаж батареи в здании размером 25×5×4 м. Абсолютный минимум температуры воздуха заказчиком установлен -55°С. При этом необходимо иметь в виду, что при монтаже и эксплуатации батареи в закрытом помещении потребуются специальные технические решения, связанные, например, с заменой конденсаторов.

Еще один вопрос — сейсмоустойчивость конструкции батареи — достаточно сложный и малоизученный. Без компьютерного моделирования в стадии разработки проектных решений и полигонных испытаний здесь не обойтись. Например, фирма «NOKIAN CAPASITORS» поставила в Чили высоковольтную батарею с сейсмоустойчивостью до 6 баллов, причем с проведением натурных полигонных испытаний.

Решение этой проблемы мы видим в следующем:

• применение специальных сейсмоустойчивых фундаментов;
• замена, где это возможно, фарфоровых изоляторов на полимерные;
• применение в конструкции специальных демпфирующих элементов.

Обобщая все вышеизложенное, можно сказать, что создание конденсаторной батареи — достаточно сложный процесс; необходимо на всех его этапах особое внимание обращать на надежность как самой батареи, так и ее основных частей, их долговечность при воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды.

Специалисты ООО «Энергия-Т» готовы оказать весь комплекс услуг по разработке, изготовлению и запуску в эксплуатацию конденсаторных батарей всех типов, провести анализ экономической целесообразности различных вариантов и составить детальную схему наиболее выгодного решения.