Экспериментальное подтверждение сейсмостойкости электрооборудования производства ЗАО «ЗЭТО»

• Беляев В.С., главный научный сотрудник филиала ОАО «26 ЦНИИ», д.т.н., профессор
• Пиняков В.М., начальник отдела филиала ОАО «26 ЦНИИ», к.т.н.
• Козловский А.Н., генеральный директор ЗАО «ЗЭТО»
• Ярошенко Д.С., главный конструктор ЗАО «ЗЭТО»
• Иванов Д.В., исполнительный директор по испытаниям и исследованиям ИЦ ЗАО «ЗЭТО»
• Бреньков Н.Т., заместитель начальника ИЦ ЗАО «ЗЭТО»

В связи с введением требований по стойкости к воздействию землетрясений (сейсмостойкости) для разъединителей, шинных опор, заземлителей, жесткой ошиновки (далее – электрических аппаратов) на ЗАО «ВЗВА», а впоследствии на ЗАО «ЗЭТО» при конструировании и изготовлении электрических аппаратов было принято два направления:

• расчетным путем доказать способность электрического аппарата противостоять проектным землетрясениям;
• экспериментальным путем (опытным) подтвердить принятые конструктивные решения в электрических аппаратах и доказать способность выпускаемых (изготовляемых) аппаратов противостоять землетрясениям с различной интенсивностью.

В 1997 году на испытательном полигоне НИЦ 26 ЦНИИ Министерства обороны РФ на стенде ВСС-300 были проведены испытания на сейсмические нагружения следующих аппаратов:

• разъединитель РДЗ-2-500II/3150УХЛ1;
• заземлитель ЗРО-750IIУХЛ1;
• шинная опора ШО-500-IУХЛ2;
• шинная опора ШО-500-5УХЛ1 двухколонковая с имитатором высокочастотного заградителя ВЗ-2000-IОУ1;
• привод двигательный ПД-2УХЛ1.

Впервые в отечественной практике на стенде, создающим воздействие, адекватное природной сейсмике, были испытаны на воздействие землетрясения интенсивностью 9 баллов по шкале «МSК-64» электрические аппараты, разработанные и изготовленные на «ВЗВА».

Начиная с 2001 г., на ЗАО «ЗЭТО», было принято решение о разработке конструкции электрических аппаратов, позволяющих повысить надежность выпускаемых изделий, обеспечить их работоспособность в районах с повышенной сейсмоактивностью, а также уменьшить площади электрических подстанций.

На основе накопленного опыта в области разработок высоковольтных аппаратов и проведенных испытаний на сейсмостойкость серийно выпускаемых изделий на ЗАО «ЗЭТО» в период с 2001 по 2005 гг. были созданы, а затем испытаны следующие электрические аппараты:

• разъединители полупантографного типа с горизонтальным разрывом электрической цепи серии РПГ на напряжения 330, 500, 750 кВ на номинальный ток 3150 А;
• серия шинных опор на напряжения ? ?330, 500, 750 кВ;
• разъединители горизонтально-по ? ?воротного типа серии РГ на напряжения 35, 110, 220, 330, 500 кВ и номинальные токи 1000, 2000, 3150 А;
• с вертикальным разрывом электрической цепи на 330 кВ и номинальный ток 3150 А с гибким шлейфом и с жесткой ошиновкой; жесткая ошиновка 330–500 кВ и номинальный ток 3150 А.

В 2006–2011 годах были проведены испытания на сейсмические нагружения ячейки компактного модуля КМ-ОРУ-110, разъединителей пантографного типа с вертикальным разрывом электрической цепи на напряжения 110, 220, 500 кВ, выключателей и трансформаторов тока (в 2006 году – выключателя высоковольтного элегазового типа ВЭКТ-110.III-40/4000УХЛ1, в 2010 году – выключателя элегазового ВГТ-110.III-40/3150У1 и трансформаторов тока элегазовых ТОГФ-110, ТОГФ-220).

Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 17516.1-90 «Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам (требования в части сейсмостойкости)» по ГОСТ 16962.2-90 «Изделия электротехнические». Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам (требования на воздействие сейсмического удара). Сейсмические испытания проводились на экспериментальной площадке полигона НИЦ 26 ЦНИИ МО РФ, на сейсмовзрывном стенде ВСС-300.

Сейсмовзрывной стенд ВСС-300 представляет собой металлическую коробчатую конструкцию длиной 30 м и шириной 12 м. Режимы стендовых испытательных воздействий формировались за счет применения в конструкции стенда двухкаскадной механической системы, снабженной пневматическими формирующими устройствами. Платформа (верхняя) второго каскада механической системы является рабочим испытательным столом стенда, на котором размещались исследуемые изделия (рис. 1, 2, 3).

При испытаниях кинематические процессы формировались в соответствии с требованиями, предъявленными к исследуемым объектам по стойкости к воздействиям землетрясения (сейсмостойкости) по ГОСТ 17516.1-90 для интенсивности 8 и 9 баллов по шкале «МSК-64» и уровне установки над нулевой отметкой до 10 метров. При этом максимальные амплитуды ускорений для 9 баллов должны составлять, соответственно, не менее 4,0 м/с2 (0,4 g) в горизонтальном направлении и не менее 2,6 м/с2 (0,28 g) в вертикальном при их длительности 68 с.

В процессе испытаний в каждом опыте одновременно формировались горизонтальное и вертикальное воздействия (нагружение испытуемых аппаратов) с различной интенсивностью. Кроме того, в соответствии с требованиями ГОСТ 16962.2-90, при проведении испытаний исследуемых изделий осуществлялось двухкомпонентное нагружение изделий (горизонтальное – в направлении наименьшей жесткости, и вертикальное – с различной интенсивностью и частотным составом по каждому направлению) не менее трех раз.

В каждом опыте измерялось и регистрировалось абсолютное ускорение верхних платформ стенда, имитирующих движение грунта при землетрясении, а также ускорение на одной из опорных стоек выключателя электрического аппарата непосредственно на месте его крепления. Диапазоны максимальных значений параметров, зарегистрированных по показаниям датчиков в реализованных процессах стендовых воздействий, а также длительности процессов воздействий при испытаниях выключателя элегазового на 110 кВ приведены в таблице 1.

Максимальные значения ускорений, приведенные в таблице 1, определены в диапазоне 0?40 Гц. В процессе каждого опыта производился контроль целостности электрических цепей. После каждого опыта проводился визуальный осмотр исследуемых объектов для выявления возможных повреждений, представляющих дальнейшей работе, затем производилась проверка работоспособности и способности выполнять функциональное назначение.

Результаты проведенных экспериментов показали, что амплитудно-временные характеристики стендовых испытательных воздействий, а также амплитудно-частотные параметры во всех требуемых диапазонах частот не ниже параметров, требуемых ГОСТ 17516.1-90 для воздействий, соответствующих шести, семи, восьми и девяти бальным сейсмическим нагружениям по шкале «МSК-64».

В течение первых трех лет испытаний были выявлены два характерных отказа, которые трудно предвидеть путем расчета:

1. Разрушение фарфоровых изоляторов в изделиях колонкового типа. При этом испытания проводились для отдельно стоящих изделий, без учета динамического изгибающего воздействия провисающих проводов.
2. Разрыв контактов (выход из зацепления).

В дальнейшем при доработке существующих конструкций и разработке новых изделий в конструкцию вводились элементы, полностью исключившие отказы при испытаниях на сейсмостойкость:

1. Для обеспечения надежности эксплуатации изоляторов введены элементы, снижающие жесткость и увеличивающие упругие свойства всей конструкции.
2. Для исключения разрыва главной цепи введены элементы препятствующие расхождению ножей при упругих колебаниях, повышено сцепление контактов до нормируемой величины, проверяемой при приемо-сдаточных испытаниях.
3. Для исключения трудно оцениваемого динамического воздействия проводов при землетрясениях разработана жесткая ошиновка, которая помимо главного достоинства – компактности, исключает внешние изгибающие нагрузки на изоляторы.

Выводы

1. Для обеспечения надежности объектов энергетики высоковольтные аппараты должны подвергаться натурным испытаниям на сейсмостойкость.
2. Для снижения внешних изгибающих воздействий неопределенного характера на колонны аппаратов подстанции с сейсмическими нагрузками рекомендуется исполнять в жесткой ошиновке.