Аппаратный генераторный комплекс для Саяно-Шушенской ГЭС впервые был создан в результате целенаправленного поиска наиболее эффективного и экономичного компоновочного решения электрической части Саяно-Шушенской ГЭС. Здесь необходимо было решить проблему малогабаритной компоновки как отдельных аппаратов, так и всей совокупности аппаратов в их композиционном единстве, выполнив при этом обязательное условие удобного подключения аппаратов к главным выводам генераторов и к пофазно экранированным токопроводам как на высоком потенциале, так и на потенциале заземленных экранов. Кроме того, необходимо было поднять номинальный ток 470 с достигнутого в ранее созданных генераторных коммутационных аппаратах уровня 12 500 - 14000 А до уровня 28500 - 30 000 А. Разработка комплекса выполнена производственным объединением "Электроаппарат" в сотрудничестве с Ленгидропроектом и СПбГТУ.
На рис 1 представлена принципиальная электрическая схема этого комплекса, в состав которого вошли все аппараты генераторного напряжения: выключатель нагрузки, разъединитель, заземлители, трансформаторы тока и напряжения, а также соединительные токоведухцие элементы ТВС комплекса и его экрана. При последующем выпуске с завода этот комплекс получил наименование КАГ-15,75. Его номинальное напряжение 15,75 кВ, номинальный ток 28500 А, ток электродинамической стойкости 480 кА. Позднее в результате дополнительных исследований и испытаний допустимый ток был увеличен до 30 000 А без конструктивных изменений. Поскольку комплекс создан на базе выключателя нагрузки, функция отключения коротких замыканий генераторной цепи передана воздушному выключателю высокого напряжения серии ВВБ, стоящему за повышающим трансформатором.
Pиc. 1. Принципиальная схема АГК для Саяно-Шушенской ГЭС: 1 — экранированный токопровод трансформатора; 2 — компенсатор; 3 — блок трансформаторов напряжения: 4 — блок разъединителя с заземляющими ножами: 5 — заземлитель; б — блок выключателя нагрузки с заземляющими ножами: 7 — блок трансформаторов напряжения: 8 — блок трансформаторов тока; 9 — компенсатор: 10 — экранированный токопровод генератора
Общий вид комплекса, установленного в цепи генератора № 7 Саяно-Шушенской ГЭС, представлен на рис. 2. Устройство выключателя нагрузки комплекса показано на рис. 3. Главная токоведущая система выключателя 1 размещена в среде сжатого воздуха при давлении 0,6 МПа коаксиально внутри немагнитного цилиндрического резервуара 2, находящегося на потенциале земли. Дугогасительная система 3 в свою очередь размещена коаксиально главной ТВС аппарата. Цилиндрический резервуар 4 выполнен двухстеночным. В зазоре 5 между стенками резервуара в процессе эксплуатации циркулирует вода общей системы водяного охлаждения экрана комплекса, которая эффективно охлаждает их, способствуя созданию заданного теплового режима аппарата при номинальном токе до 30 000 А. В случае отключения водяного охлаждения тот же допустимый тепловой режим аппарата и всего комплекса достигается при снижении рабочего тока в генераторной цепи до 18000 А.
Рис. 2. Установка трех полюсов КАГ-15.75 на Саяно-Шушенской ГЭС
Рис. 3. Конструкция выключателя нагрузки КАГ-15,75
Сжатый воздух в аппарате используется в качестве изолирующей и дугогасящей среды, а также является эффективным теплоносителем от токоведущей системы к стенкам резервуара. Подвижный контакт 6, неподвижный контакт 7 и контактные выводы 8 аппарата расщеплены на 12 параллельно работающих токоведущих элементов (ТВЭ), равномерно и симметрично расположенных по окружности с зазорами 9 между ними и контактными выводами 10. При анализе экспериментальных данных, полученных в период разработки комплекса, установлено, что введение зазоров между параллельными ТВЭ токоведущей системы, расположенной в непроточной среде сжатого воздуха или элегаза, качественно столь же эффективно для улучшения теплового режима и подчиняется тем же закономерностям, что и при расположении ТВС на открытом воздухе.
Подвижный контакт (нож) главной ТВС выполнен из коробчатых контактных шин, размыкающихся при отключении во внешние стороны "зонтиком" без трения в контактах. С этой целью контактные шины ножа приводятся в движение приводным двусторонним конусом 11 дугогасительного контакта, связанным штоком с поршнем привода. Для снижения усилий привода полюса выключателя этот приводной двусторонний конус выполнен в виде двух усеченных конусов, соединенных малыми основаниями. Все контактные шины ножа 6 снабжены двуплечными рычагами 12 с роликами 13 на их концах. Каждый из их рычагов 12 шарнирно закреплен на своей неподвижной опоре 14, причем с одного конца рычаги соединены со своими подвижными контактными шинами через контактные пружины 15 и их держатели 16, а с другого конца роликами 13 упираются в боковую поверхность правого усеченного конуса, выходя на цилиндрический участок детали конуса 11 в полностью включенном положении. Фиксирующие пружины 17 с рычагами 18 и роликами 19 исключают возможность самопроизвольного перемещения приводного конуса 11 во включенном и отключенном положениях аппарата при сотрясениях. При поступательном перемещении на отключение с помощью подачи сжатого воздуха под поршень 20 привода приводной конус 11 перемещается вправо. Ролики 13 перекатываются по наклонным поверхностям усеченных конусов. Растянутые контактные пружины 15 получают возможность сжаться до выбора предусмотренного между их держателями 16 зазора и превращения в этот момент вместе с держателями в жесткие звенья. С помощью этих звеньев при дальнейшем движении приводного конуса 11 вправо усилие передается на шины ножа, которые и размыкаются во внешние стороны "зонтиком", поворачиваясь относительно своих осей 22. Образующийся при этом по всей окружности зазор (30 мм) между шинами ножа и контактом 21 достаточен, чтобы обеспечить необходимую электрическую прочность в условиях среды сжатого воздуха давлением 0,6 МПа при генераторных напряжениях до 24 кВ включительно.
Торцевые контакты 21 и 23 надежно выдерживают аксиальное давление сжатого воздуха. С их помощью ТВС выключателя центрируется на стеклопластиковых вводах 24. Коническая форма этих вводов позволяет им также успешно выдерживать давление сжатого воздуха, механические удары, связанные с оперированием, и коммутационные перенапряжения, соответствующие классу напряжения 24 кВ и повышает компактность аппарата. Продукты гашения дуги из камеры 25 отводятся во внешнюю среду через выхлопной патрубок 26 и полый изолятор 27.
Конструкция разъединителя комплекса максимально унифицирована с конструкцией выключателя. Одновитковый ТТ содержит измерительные и защитные сердечники, которые смонтированы в корпусе, конструкция которого выполнена негерметичной, но по аналогии с корпусами коммутационных аппаратов комплекса. На этом же корпусе укреплены ТН. Комплекс снабжен унифицированными заземлителями с поступательным движением подвижных контактов, которые встроены в выключатель нагрузки и разъединитель.
Характерной особенностью комплекса является применение экранов между корпусами аппаратов и на связях с токопроводами. Экраны расщеплены на параллельные элементы и выполнены в виде полых водоохлаждаемых сегментов между аппаратами комплекса и в виде полых прямоугольных водоохлаждаемых труб в соединениях экрана комплекса с экранами токопроводов, в рассечку которых устанавливается комплекс. Комплекс КАГ-15,75 имеет следующие габаритные размеры, мм: ширина полюса 1250, высота около 3000, длина 3800 без ТТ и 5680 при его наличии, междуфазное расстояние 1700.
Аппаратный генераторный комплекс типа КАГ-24 по своей конструктивно-кинематической схеме выполнен в однополюсном исполнении на напряжение 24 кВ и состоит из выключателя нагрузки, разъединителя с заземлителем, расположенных в общем электромагнитном экране, и шкафа управления. На рис. 4 представлен общий вид полюса. Дугогасительная система расположена коаксиально внутри главной ТВС. Подвижные контакты отделителя выключателя и разъединителя выполнены в виде медных цилиндров диаметром 550 мм, входящих при отключении внутрь неподвижных медных цилиндрических контактов диаметром 600 мм.
Рис. 4. Общий вид полюса КАГ-24
Соединительные ламельные контакты в количестве 90 шт расположены равномерно по образующим цилиндрических контактов и снабжены серебряными накладками для исключения потери покрытия в результате механического износа при оперировании. В основании кожуха расположен резервуар со сжатым воздухом при давлении 2 МПа для дугогашения и привода подвижных контактов. Комплекс удобно встраивается в рассечку экранированных токопроводов.
Достоинствами комплекса являются: достижение номинального тока 16000 А при естественном охлаждении и 30000 А при его установке в продольно-продуваемом токопроводе, компактность, хороший внешний вид и относительно небольшие габариты.
К недостаткам следует отнести большое время отключения и применение принципа "скользящего цилиндра", ограничивающих возможность развития комплекса на более высокие параметры.