Высокого напряжения

Рост плотностей электрических нагрузок в городах привел к необходимости сооружения внутри городских кварталов подстанций глубоких вводов, питающихся на напряжениях 110—220 кВ.

В связи с затруднениями в получении нужной площади для размещения таких подстанций их РУ 110—220 кВ должны быть исключительно компактными, для чего они и выполняются закрытыми в зданиях.

Такое же положение имеет место при размещении РУ 110—220 кВ на промплощадках и на электростанциях, располагаемых в стесненных условиях или в районах с загрязненным воздухом, разъедающим открытые токоведущие части и снижающим изоляционные свойства фарфора. Наконец, ЗРУ сооружаются в районах с очень низкой температурой и с исключительно обильными снегопадами.

ЗРУ 35—220 кВ дороже открытых распределительных устройств на то же напряжение, так как стоимость здания значительно больше стоимости металлоконструкций и фундаментов, необходимых для открытой установки аппаратуры. В ЗРУ 35—220 кВ применяют только воздушные или маломасляные выключатели. Установка баковых масляных выключателей привела бы к значительному увеличению стоимости РУ за счет сооружения специальных камер и маслосборных устройств.

Было разработано шесть направлений в решении поставленной задачи, а именно:

1. Закрытые РУ с применением обычного оборудования (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения) и голой ошиновки;

2. Закрытые РУ с применением выкатывающихся выключателей без отдельных разъединителей;

3. Закрытые РУ с применением обычных выключателей, но со специальными разъединителями;

4. Закрытые РУ с применением сплошной твердой изоляции для сборных шин;

5. Закрытые РУ с применением сплошной твердой изоляции для сборных шин и для разъединителей;

6. Закрытые РУ с применением КРУ.

В настоящее время ЗРУ ВН сооружаются только по п. 1. Размещение обычного оборудования в здании РУ, вместо установки его открыто, позволяет уменьшить размеры РУ за счет применения разделительных перегородок между соседними цепями; благодаря применению последнего решения расстояние между токоведущими частями соседних ячеек может быть сокращено.

Так, при напряжении 110 кВ, вместо шага ячейки ОРУ 9 м в ЗРУ он может быть принят 6 м. Для напряжения 220 кВ соответственно вместо 15,5 м может быть принят шаг ячейки 12 м.

При выполнении здания РУ в два или три этажа, с размещением шинных разъединителей и сборных шин на верхних этажах, а выключателей на первом этаже может быть существенно уменьшена также и ширина РУ.

Наконец, при размещении повышающих трансформаторов в камерах, встроенных в первый этаж здания РУ, могут быть существенно уменьшены размеры всей площадки для РУ и трансформаторов.

Компоновка закрытых распределительных устройств 35 кВ. Обычные конструкции таких РУ мало отличаются в принципиальной части от компоновок закрытых распределительных устройств 6—10 кВ при одинаковой схеме соединений. В связи с большим напряжением габариты оборудования и расстояния между фазами в РУ 35 кВ больше таковых в распределительных устройствах 6—10 кВ.

Простейшие ЗРУ 35 кВ выполняются по схеме «одиночная система сборных шин» [9]. На рис. 5.19 представлены поперечный и продольный разрезы такого ЗРУ. РУ размещается в одноэтажном здании с пролетом 6 м, используются воздушные вводы линий, тип применяемых выключателей МГ—35. Всё электрическое оборудование устанавливается в металлических шкафах каркасного типа со стенками из асбошифера. Шаг ячейки 2 м.

Наиболее распространённые компоновки ЗРУ 35 кВ имеют две системы сборных шин [31].

Типовое ЗРУ 35 кВ выполняется одноэтажным, высотой 4,8 м, с пролетом 12 м; шаг колонн по длине здания 6 м (рис. 5.19). Сборные шины размещаются в нижней части камер сборной конструкции; шинные разъединители — в их верхней части. Выводы линейных и трансформаторных цепей осуществляются на одну сторону здания. При такой компоновке упрощается обслуживание электрооборудования, а число коридоров сокращается с шести (при варианте с двухрядным и двухэтажным расположением оборудования) до трёх. Здание РУ сооружается из унифицированных сборных железобетонных конструкций. Шаг ячейки 3 м. Ограждающие конструкции здания выполняются из железобетонных панелей толщиной 7 см; ЗРУ было рассчитано на установку выключателей типов ВВН-35 и МГ-35 с номинальным током 1000 А и ВВН-35 на 2000 А. Сборные шины рассчитаны на номинальный ток 2000 А и динамическую устойчивость 82 кА. Ячейки выключателей устанавливаются в один ряд. Центральный коридор является коридором управления, сюда выведены приводы шинных и линейных разъединителей. Управление заземляющими ножами линейных разъединителей осуществляется из бокового коридора, со стороны выводов воздушных линий.

а)

б)

Рис. 5.19. ЗРУ — 35 кВ по схеме «Одна система сборных шин»: а — вид сбоку;

б — вид сверху

Сборные шины располагаются в вертикальной плоскости и снабжены горизонтальными разделительными межфазовыми перегородками из асбошифера. В боковых коридорах со стороны выводов линий устанавливаются панели релейной защиты. Воздушные магистрали располагаются в центральном коридоре над шкафами управления выключателями. В связи с относительно небольшой высотой здания для восприятия тяжений от проводов линий перед зданием устанавливаются отдельно стоящие порталы. Для возможности работы на выводах линий между двумя соседними ячейками снаружи здания укрепляются разделительные перегородки.

Для сокращения строительной площадки возможно выполнение ЗРУ в два этажа. При этом здание ЗРУ 35 кВ выполняется также двухэтажным, с высотой первого и второго этажей по 4,2 м, с пролетом здания 15 м, шаг колонн по длине здания 6 м. Электрическое оборудование размещается в два ряда. Шаг ячейки — 2,4 или 3 мв зависимости от типа выключателя.

В этом варианте компоновки при большом числе ВЛ имеет место плохое использование ячеек, расположенных в ряду, «обращённом» к машинному залу ТЭЦ, так как выводы ВЛ из этого ряда ячеек затруднены.

Кроме того, общее число ячеек ЗРУ 35 кВобычно невелико - оно равно 8—10 шт. (две питающие цепи, один шиносоединительный выключатель, одна ячейка для трансформаторов напряжения и четыре—шесть линий); таким образом, при двухрядном расположении электрооборудования и при шаге ячеек 2,4—3 м общая длина здания получается близкой или равной её ширине. При этом к зданию длиной 12—18 м пристраиваются с постоянного и временного торцов лестничные клетки (или металлические лестницы). В этой компоновке шесть коридоров обслуживания, что, несомненно, ухудшает условия эксплуатации РУ.

В 80-е годы выявилась необходимость в сооружении ЗРУ на напряжение 220 кВ. В [11] описана компоновка ЗРУ 220 кВ Колымской ГЭС, на которой из-за специфических местных условий была принята нетиповая компоновка.

На рис. 5.20 привёден поперечный разрез ЗРУ 220 кВ с двумя рабочими и обходной системами шин с размещением оборудования на 2-х этажах, в РУ установлены выключатели ВВБ-220. Здание из сборного железобетона шириной 24 м и высотой 18 м. В указанной компоновке ширина здания оказывается минимальной по сравнению с другими (в том числе и зарубежными) компоновками. Внутри здания предусмотрены стальные колонны и поперечные балки на высоте 11 м и 3,9 м, которые используются для установки линейных и обходных разъединителей. На высоте 11 м предусмотрены плиты перекрытия, которые образуют боковые проходы второго этажа вдоль здания. Балка перекрытия расположена над выключателем и может быть использована также для подвески талей при проведении монтажно-ремонтных работ, что упрощает и ускоряет ремонт самых тяжелых и громоздких элементов оборудования ЗРУ.

Рис. 5.20. ЗРУ 220 кВ: 1 — рабочие системы шин; 2 — шинный разъединитель;

3 — обходная система шин; 4 — обходной разъединитель; 5 — выключатель;

6 — линейный разъединитель; 7 — ВЧ заградитель; 8 — конденсатор связи.

Сборные шины выполнены из проводов АС 500, закреплённых на подвесных изоляторах к балкам перекрытия. По торцам здания провода дополнительно крепятся к стенам с помощью оттяжных гирлянд. Обходная система шин крепится на подвесных изоляторах, закреплённых на балках на высоте 11 м.

Выключатели установлены на отметке 0,0. Для монтажных и ремонтных работ предусмотрены широкие проезды для автокранов по обе стороны здания. Ячейки разделены лёгкими плитами, что обеспечивает безопасность при ремонтах.

Комплектное распределительное устройство (КРУ) — это рас­пределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов со встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами. Шкафы КРУ изготовляются на заводах, что позволяет добиться тщательной сборки всех узлов и обеспечения надёжной работы электрооборудования. Шкафы с полностью собранным и готовым к работе оборудованием поступают на место монтажа, где их устанавливают, соединяют сборные шины на стыках шкафов, подводят силовые и контрольные кабели. Применение КРУ позволяет ускорить монтаж распределительного устройства. КРУ безопасно в обслуживании, так как все части, находящиеся под напряжением, закрыты металлическим кожухом.

В качестве изоляции между токоведущими частями в КРУмогут быть использованы воздух, масло, пирален, твердая изоляция, инертные газы. КРУ с масляной и газовой изоляцией могут изготовляться на высокие напряжения 220, 400 и 500 кВ. В КРУмогут применяться обычные аппараты или специально предназначенные для них, могут сочетаться и те и другие. Например, для КРУ6—10 кВ применяются выключатели обычной конструкции, а вместо разъединителей — втычные контакты.

Наша промышленность выпускает КРУ 3—35 кВ с воздушной изоляцией и 110—220 кВ с изоляцией из элегаза. [5, 12] Применение КРУприводит к сокращению объёма и сроков проектирования.

Шкаф КРУнесгораемыми перегородками разделен на отсеки: выключателя на выдвижной тележке; сборных шин; линейного ввода; релейного шкафа. Конструкция шкафов КРУ предусматривает возможность установки тележек с выключателем, трансформатором напряжения или с разъединяющими контактами с перемычкой в рабочем, контрольном положении и выкаты­вание из шкафа для ревизии и ремонта. Шкафы КРУ имеют блокировочные устройства, не позволяющие вкатывать или выкатывать тележку при включенном выключателе, а также включать заземляющий разъединитель при рабочем положении тележки и вкатывать тележку при включенном заземляющем разъединителе.

Вторичные цепи релейного шкафа соединяются с вторичными цепями выкатного элемента с помощью штепсельных разъемов и гибких шлангов.

Изготовители КРУ в каталогах приводят сетку типовых схем главных цепей шкафов, ориентируясь на которую подбирают типы шкафов и комплектуют распределительное устройство конкретной электроустановки различными выключателями: масляными ВКЭ-10; вакуумными ВВЭ-М-10, ВБПЭ-10, ВБМЭ-10; элегазовыми VF07. 12.50, 07.16.50; 12.08.31; 12.12.31; 12.12.40; 12.16.40. На большие токи предприятием «Мосэлектрощит» производятся КРУ К-105 на токи 2000—3150 А. Особенностью серий К-104 и К-105 является размещение сборных шин в нижнем отсеке шкафа и необходимость двустороннего обслуживания, поэтому шкафы устанавливаются на расстоянии не менее 800 мм от стены. Шкафы КРУ K-XXVI с односторонним обслу­живанием позволяют уменьшить ширину помещения. Они рассчитаны на 6—10 кВ, номинальный ток главных цепей до 1600 А, сборных шин — до 3200 А, ток отключения 31,5 кА. В них применяются выключатели ВМПЭ-10, ВВТЭ-М, ВБЧЭ-20 и элегазовые VF07 и VF12.

В зависимости от номинального напряжения и тока, типов при­меняемых выключателей, трансформаторов тока и напряжения, размещения их в шкафу в электроустановках применяются различные типы КРУ, выбор которых производится по каталогам.

В последние годы в РФ создано значительное количество новых разработок электрооборудования на предприятиях различных форм собственности, в том числе на совместных с ведущими фирмами мира. [35-39]

В соответствии с требованиями рынка эти разработки подчинены системе менеджмента качества ΙSO – 9001, а также требованиям международного стандарта МЭК – 60000 и ГОСТ 14693-90.

• КРУ серии Nexima компании «Schneider Electric»;

• КРУ серии «Аврора» ПО «Элтехника» С-Петербург;

• КРУ серии КСО НПП «Контакт» г. Саратов;

• КРУ серии TEL РК «Таврида-Электрик» г. Москва и другие.

Которые также предлагают продукцию, позволяющую проводить реконструкцию старых серий шкафов КРУ с заменой выемных элементов с выключателями на новые без замены старого шкафа.

Новые модули (комплекты адаптации) с вакуумными и элегазовыми выключателями для установки на старых КРУ типов:

• КРУ-2-10 (ВМПЭ, ВМПП, ВМП10К);

• К – ХΙΙ, К – ХΙΙΙ, К – ХΥΙ, К – 37 и другие разработки вариантов реконструкций распределительных устройств.

Однако, такие предложения предполагают использование действующих РУ в целом, а проектирование новых в основном базируется на ранее выполненных разработках, некоторые из которых рассмотрены ниже.

На рис. 5.21 приведена компоновка типового РУ 6—10 кВ с одной системой сборных шин без реакторов на отходящих линиях. ЗРУ выполнено одноэтажным с двухрядной установкой ячеек КРУ с одним коридором и двумя отсеками по числу секций. Выводы отходящих кабельных линий осуществляются в трубах, выходящих из ячеек наружу в соответствующую сторону от здания ЗРУ. Ввод от трансформаторов осуществляется через проходные изоляторы в наружной стене здания.

Секции в каждом отсеке соединяются с помощью шинного моста. Пролет здания 6 м.

Рис. 5.21. План ЗРУ 6—10 кВ с КРУ

Ограничение мощности короткого замыкания до значений, допускаемых коммутационной аппаратурой 6—10 кВ (обычно до 200 МВ∙А при 6 кВ), осуществляется либо индуктивным сопротивлением понижающего трансформатора (при его относительно небольшой мощности), либо путем установки дополнительного токоограничивающего реактора в цепи трансформатора; реактор устанавливается обычно сдвоенный.

ЗРУ 6—10 кВ с групповыми сдвоенными реакторами (рис. 5.22) разработано институтом «Теплоэлектропроект» [31] и выполнено одноэтажным с двухрядной установкой ячеек КРУ с четырьмя секциями, одним коридором и двумя отсеками. Групповые реакторы устанавливаются по вершинам треугольника в пристройках к зданию РУ. Для доступа в реакторное помещение между ячейками 6 и 8, а также 34 и 36 имеются проходы. Пролёт здания 6 м.

В настоящее время освоено серийное производство реакторов 6—10 кВ наружной установки. Очевидно, что применение таких реакторов существенно упрощает здание РУ. Некоторые из типов сдвоенных реакторов допускают компактную установку их в виде колонн из трёх фаз.

С точки зрения уменьшения габаритов подстанции применение комплектных РУ наружной установки (КРУН) является более выигрышным решением по сравнению с ЗРУ. Отказ от строительства зданий, в которых размещались КРУ внутренней установки, и переход на применение шкафов КРУН обеспечили большой экономический эффект за счёт значительного сокращения строительных работ.

а)

б)

в)

Рис. 5.22. ЗРУ 6—10 кВ понижающей подстанции с групповыми сдвоенными реакторами: а — схема заполнения; б — план; в — разрез

Комплектные распределительные устройства наружной установки (КРУН) предназначены для открытой установки вне помещения. КРУН состоят из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устройствами защиты и управления.

Шкафы КРУН имеют уплотнения, обеспечивающие защиту аппаратуры от загрязнения и атмосферных осадков. Так как шкафы не абсолютно герметичны, то КРУН не предназначены для работы в среде с влажностью воздуха более 80%, опасной в отношении взрыва и пожара, а также в среде с химически активными газами и токопроводящей пылью. КРУН рассчитаны для работы при температурах окружающего воздуха от –40 до +35 °С. В некото­рых сериях КРУН предусматривается искусственный подогрев воздуха внутри шкафа для предотвращения конденсации влаги при резких колебаниях температуры наружного воздуха.

КРУН могут иметь стационарную установку выключателя в шкафу или выкатную тележку с выключателем подобно КРУ внутренней установки.

Шкафы КРУН широко применяются для комплектных транс­форматорных подстанций и в открытых РУ электростанций и подстанций. Они разработаны для схемы с одной системой шин.

Шкафы КРЗ-10 для наружной установки 6—10 кВ предназначены для сетей сельского хозяйства, промышленности и электрификации железнодорожного транспорта.

На рис. 5.23 приведен разрез подстанции 110/6—10 кВ, выполненной с применением КРУН без токооганичивающих реакторов [11]. Освоение промышленного производства новых конструкций шкафов КРУН с выдвижными элементами помимо экономической эффективности обеспечило также целый ряд эксплуатационных преимуществ, а именно:

• Повысилась надежность и бесперебойность энергоснабжения потребителей за счет возможности быстрой замены вышедшего из строя выключателя, установленного на выдвижном элементе, резервным выключателем или выключателем менее ответственного потребителя;

• Возможность круглогодично, в любую погоду, выполнять осмотры, текущие и капитальные ремонты выключателей в специализированных мастерских района;

• Значительно увеличились параметры шкафов КРУН по номинальному току за счет отказа от применения стационарных разъединителей, улучшились условия прокладки силовых кабелей;

• Обеспечено размещение современных сложных схем релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации и одновременно сокращены расходы контрольных кабелей;

• Сократились работы по монтажу, наладке, регулировке и приемочным испытаниям шкафов КРУН за счет перенесения работ по укрупнению блочности и повышению монтажной готовности в централизованные мастерские;

• Резко сократились сроки ввода в эксплуатацию подстанций в целом;

• Значительно упростилась работа проектных организаций за счёт существенного сокращения проектных работ по проектированию зданий РУ и сооружений КТП.

Рис. 5.23. Комплектная трансформаторная подстанция наружной установки:

1 — узел ВЧ связи (ВЧ заградитель и конденсатор связи); 2 — линейный разъединитель;

3 — узел с установкой трёхполюсного отделителя и короткозамыкателя;

4 — линейный портал с установленным ОПН-110; 5 — силовой трансформатор;

6 — узел установки заземляющего разъединителя ЗОН-110 и ОПН на 6—10 кВ;

7 — ячейка КРУН

Указанные выше преимущества, достигаемые при применении КРУН, приобретают особое значение при сооружении трансформаторных подстанций в тяжелых климатических условиях, например в северных районах страны, а также для объектов, требующих скоростного строительства.

Для удобства обслуживания шкафов КРУН с воздушными линиями при проектировании необходимо, как правило, предусматривать установку шкафов отходящих воздушных линий через один или несколько, чередуя эти шкафы с теми, которые не имеют воздушных вводов или линий. При проектировании расширений РУ необходимо соблюдать рекомендации заводов-изготовителей КРУН по выполнению стыковки шкафов, особенно разных серий.

При проектировании и поэтапном строительстве двухтрансформаторных подстанций со шкафами КРУН на стороне 6—10 кВ при установке одного трансформатора (первая очередь), необходимо устанавливать также шкафы КРУН, предназначенные для секционирования. Это обеспечивает возможность при вводе в эксплуатацию второго трансформатора не допускать отключения потребителей, получающих питание от первой очереди подстанции. В этом случае шкафы КРУН второй очереди будут присоединяться непосредственно и электрически по сборным шинам к шкафам КРУН секционирования и его сборным шинам. При заказе шкафов секционирования со второй очередью для их присоединения и стыковки со шкафами КРУН, находящимися в эксплуатации, потребуется отключение РУ.

В случае использования групповых токоограничивающих реакторов (колонны из трёх фаз) сооружается отдельное помещение (рис. 5.24). При применении реакторов наружной установки необходимость в сооружении этих помещений отпадёт.

Рис. 5.24. КРУН 6—10 кВ с вертикальной установкой групповых реакторов

При необходимости силовые трансформаторы 110 кВ могут размещаться в закрытом помещении.

В центральных районах городов с многоэтажной застройкой подстанции глубоко ввода 35—110 кВ следует сооружать с применением ЗРУ не только на низком напряжении (НН), но и на высоком (ВН). Это диктуется в первую очередь требованием экономии территории для сооружения подстанции.

Рассмотрим особенности и преимущества распределительных устройств с элегазовой изоляцией.

В настоящее время за рубежом и в России созданы и применяются комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией (КРУЭ) на напряжения 110—1150 кВ. В таких РУ все электрические аппараты — выключатели, разъединители, заземлители, а также разрядники, токопроводы и измерительные трансформаторы — заключены в алюминиевую оболочку, заполненную инертным газом — элегазом (шестифтористой серой SF₆). Эти РУ комплектуются из стандартных элементов схемы электрических соединений с аппаратурой управления, контроля, сигнализации, измерений и блокировки, что позволяет собрать любую схему КРУЭ. Изоляция — элегаз и литые из смол изоляторы, служащие для фиксации токоведущих частей в герметичном корпусе. Герметичность алюминиевой заземленной оболочки и работа по замкнутому циклу обеспечивает безопасность и отсутствие выбросов горячих газов и пламени в атмосферу, а также заметного шума при отключениях.

Элегаз в 5 раз тяжелее воздуха, очень стойкий, негорючий, электроотрицательный, инертный, с превосходными изолирующими свойствами и прекрасной теплопроводностью. При атмосферном давлении диэлектрические свойства элегаза в 3 раза выше, чем воздуха, а при давлении 0,2 МПа — такие же, как у изоляционного масла. Дугогасящие свойства более чем в 10 раз превосходят таковые для воздуха. Продукты разложения элегаза под действием дуги нестойкие, и его изоляционные свойства восстанавливаются. Если элегаз не подвергается длительному воздействию короны, старение газа не имеет места. При низких температурах элегаз может сжижаться — в зависимости от его давления и плотности (например, при давлении 1,5 МПа и температуре +6 ^оС). Для обеспечения нормальной работы выключателей при температуре — 30 ^оС и ниже необходимо подогревать помещение, в котором КРУЭ будет устанавливаться. При наружной установке КРУЭ следует проверять возможность возникновения указанных низких температур в районе установки КРУЭ.

Для того, чтобы в случае возникновения утечки элегаза из оборудования КРУЭ (из-за некачественного монтажа, повреждения оборудования или неправильной эксплуатации) терялось не всё РУ, а лишь часть одной ячейки, последняя разделяется на отсеки газоплотными изоляционными перегородками из специальных смол, служащими одновременно опорной изоляцией. Эти перегородки выполняют в виде дисков — плоских или конусообразных, гладких или ступенчатых.

КРУЭ имеют полную комплектность поставки с одного предприятия. КРУЭ может быть размещено в относительно малогабаритном помещении. Сооружение здания обходится примерно в 10% стоимости КРУЭ, изготовленного для внутренней установки.

Ячейки КРУЭ транспортабельны. Смонтированные на платформах, они могут применяться в качестве передвижных РУ и использоваться при строительстве мощных электростанций. Это существенно сократит сроки сооружения РУ и количество монтажного персонала.

Помещения КРУЭ оснащаются вентиляцией, которая должна работать ежедневно не менее 1—2 ч, а при техосмотрах и ремонтах — беспрерывно. Однако при ремонтах КРУЭ необходимо обеспечить защиту ремонтируемого оборудования от пыли и влаги.

В связи с тем, что КРУЭ для каждого из напряжений выполняется из типовых узлов, оно может быть изготовлено для любой схемы электрических соединений, задаваемой проектировщиком — с одной и двумя системами сборных шин, по схеме многоугольника, по схеме 3/2, 4/3 и т.д. Основой, определяющей надежность выдачи мощности и затраты для КРУЭ, является схема соединений. Выбор последней должен производится в соответствии с нормами технологического проектирования для ТЭС, АЭС, ГЭС и подстанций [8, 9], с учетом следующих особенностей: в связи с исключительно небольшими размерами ячеек КРУЭ и помещений для их установки схема соединений должна предусматривать возможность отсоединения каждой цепи и одновременно нескольких цепей для проведения их ремонтов; при этом следует учитывать, что ремонт КРУЭ, как показывает опыт эксплуатации, занимает больше времени, чем ремонт обычных ОРУ из-за исключительной компактности КРУЭ и высоких требований в отношении газоплотности и чистоты. С учетом последней особенности системы шин секционируют выключателем на две части и дополнительно разделяют разъединителями через каждые два присоединения. Применяются схемы с обходной системой сборных шин и обходным выключателем. Благодаря компактности КРУЭ добавление обходной системы шин не увеличивает размеров помещения, в котором это РУ установлено. Очевидно, что при открытой установке КРУЭ эта особенность компоновки также сохранится.

Если размеры отведенной площадки недостаточны для выполнения обычного ОРУ, в ряде стран выполнялись гибридные (комбинированные) компоновки, в которых часть РУ выполняется из элементов КРУЭ, а остальные части РУ устанавливаются обычными, как на ОРУ. Такое решение может с успехом использоваться при расширении и реконструкции действующих ОРУ и ЗРУ, когда новые ячейки схемы выполняются в виде КРУЭ.

Сопоставление вариантов выполнения РУ (ЗРУ и КРУЭ) должно производиться для одинаковой схемы соединений, одинаковых количеств ЛЭП и трансформаторов и одинакового выполнения линий — воздушными или кабельными.

При кабельных или воздушных линиях и применении КРУЭ следует учитывать дополнительные затраты на выполнение кабельных вставок или элегазовых токопроводов, нужных для присоединения этих линий к КРУЭ, а также специальных помещений или огражденных площадок, где устанавливаются концевые выводы кабелей или элегазовых токопроводов.

При сопоставлении затрат по вариантам с ЗРУ обычного типа или с КРУЭ, устанавливаемом в здании, также следует тщательно рассмотреть, как будут осуществляться присоединения воздушных линий или трансформаторов к КРУЭ. В конкретных условиях может оказаться целесообразным выполнить хотя бы часть присоединений к КРУЭ без кабельных или элегазовых вставок.

За счет чередования линейных и трансформаторных присоединений и вывода их в противоположные стороны можно компактно осуществить выводы из здания. Чтобы увеличить расстояния между проходными изоляторами элегаз-воздух снаружи здания КРУЭ, средняя фаза выводов (из каждых трёх) может быть установлена наклонно, либо фазы устанавливают по вершинам равностороннего треугольника.

При установке КРУЭ в здании могут быть также применены разнотипные выводы: присоединение воздушной линии может быть выполнено через потолок здания элегазовым токопроводом и проходным изолятором элегаз — воздух, а соседнее присоединение — обычным подземным кабелем через кабельный вывод.

Широкое применение КРУЭ во всех странах мира объясняется тем, что такое решение экономически наиболее целесообразно поскольку при этом весь процесс изготовления РУ перенесен в заводские условия и на площадке строительства остается минимальный объем строительных и монтажно-наладочных работ, выполняемый небольшим количеством людей и в минимальные сроки. По зарубежным данным КРУЭ для всего диапазона напряжений стоит дешевле, чем ОРУ, причем с ростом номинального напряжения РУ увеличивается разница в пользу КРУЭ. Массовое производство КРУЭ снижает их стоимость.

Резюмируем преимущества КРУЭ по сравнению РУ на обычном оборудовании:

— значительно уменьшаются площади земельных участков (в 3—5 раз); уменьшение тем сильнее, чем выше класс напряжения;

— сокращаются объемы строительно-монтажных работ и сроки строительства; сокращение тем больше, чем выше класс напряжения РУ;

— значительно снижается шум от РУ, что дает возможность размещать их в центре нагрузок;

— КРУЭ обладают высокой надёжностью в эксплуатации и значительно большими межремонтными сроками;

— в КРУЭ исключено биологическое воздействие на человека в электрическом поле, что особенно важно для электроустановок высокого и сверхвысокого напряжения;

— значительно сокращается расход металла на строительные конструкции; он тем меньше, чем выше класс напряжения РУ.

Подробнее остановимся на конструкциях отечественных КРУЭ.

Токопроводы с элегазовой изоляцией, в основном используемые в электроустановках 110 кВ и выше, по назначению подразделяют на сборные шины КРУЭ, соединительные (вводы, мосты, токопроводы связи трансформаторов с РУ и др.) и протяженные токопроводы. Несмотря на некоторые отличия, они имеют общие конструктивные особенности.

Шины элегазовых токопроводов обычно выполняют из алюминиевых (медных) труб или круглых стержней и устанавливают в цилиндрическую оболочку (кожух, экран) из алюминия и его сплавов. В местах поворотов и ответвлений оболочка может быть сферической формы. Каждую фазу заключают в индивидуальную оболочку или она может быть общей для трёх фаз. В первом случае шины располагают, как правило, в одной плоскости, во втором – по вершинам равностороннего треугольника. Элегазовые токопроводы с индивидуальными оболочками фаз (пофазно-экранированные) используют в электроустановках всех уровней напряжения, а с общей — в электроустановках 110 кВ или реже 220 кВ.

Шины крепят к оболочкам эпоксидными коническими, реже – дисковыми изоляторами с отверстиями для прохода элегаза или без них. Изоляторы без отверстий выполняют роль газоплотных перегородок и разделяют соседние полости токопровода. При неисправности токопровода и утечке элегаза из строя выходит только часть КРУЭ, тем самым обеспечивается локализация аварий и повышается надежность распределительного устройства.

Элегазовые токопроводы применяют главным образом в КРУЭ. Токоведущие проводники (шины, ячейковые связи) обычно соединяют штепсельными разъемами, а оболочки — болтами, устанавливая уплотнения.

Соединительные токопроводы служат в основном для электрических связей оборудования в пределах элегазового РУ, а протяженные — в пределах элегазовой подстанции. Эти токопроводы, как правило, имеют угловые секции (повороты) и незначительное количество ответвлений.

Соединительные элегазовые токопроводы предназначены для соединения ячеек с вводами воздушных линий при проходе через потолок, подключения силового трансформатора, выполнения связей внутри ячейки между сборными шинами в цепи шиносоединительного выключателя, подключения в КРУЭ кабельных вводов.

Протяженные элегазовые токопроводы используются для связи РУ с удаленными (в пределах здания подстанции) трансформаторами или автотрансформаторами и, кроме того, для подключения вводов воздушных линий, а также электрооборудования, расположенного на значительных расстояниях.

Элегазовые соединительные и протяженные токопроводы собирают из отдельных секций заводского изготовления [11]. В отечественных электроустановках 110—330 кВ используют секции СТЭЛ, СТЭУ и СТЭО (СТЭ — секция токопровода элегазового; Л — линейная; У — угловая; О — отводная), соответственно предназначенные для сборки прямых участков, поворотов и подключения ответвлений (рис. 5.25). Номинальный рабочий ток токопроводов 2000—4000 А, ток электродинамической стойкости 128—160 кА.

Рис. 5.25. Горизонтальная и вертикальная установка протяжённого элегазового

токопровода: 1 — секция СТЭЛ; 2 — секция СТЭУ; 3 — секция СТЭО; 4 — фланцы;

5 — токоведущая шина; 6 — рама; 7 — фильтр

Секции токопроводов состоят из цилиндрической 1 (СТЭЛ) или шарообразной 2, 3 (СТЭУ, СТЭО) оболочек с фланцами 4 и токоведущих шин 5 кольцевого сечения с электрическими соединителями на концах. Диаметры шин токопроводов 110, 220 и 330 кВ соответственно равны 85/66, 92/82 и 102/82 мм. В секциях СТЭЛ шины прямые, СТЭУ — Г-образные, а в СТЭО — Т-образные. Шины крепят в индивидуальных оболочках эпоксидными изоляторами. Экранированные шины токопроводов располагают в горизонтальной или вертикальной плоскости (см. рис. 5.25). Расстояние между секциями разных фаз не менее 850 мм. Шины секций соединяют розеточными (или штепсельными) электрическими соединителями, которые компенсируют их температурные удлинения. Для этой цели на оболочке устанавливают температурные компенсаторы в виде сильфона (трубы с поперечной гофрированной поверхностью, которая может работать как пружина на растяжение или сжатие). Сильфон позволяет также компенсировать продольные и боковые сдвиги при монтаже токопровода.

Секции токопровода связаны по газовому объему через систему ниппелей и фильтров. Внутренняя полость токопровода секционируется через каждые 50м. На каждом секционированном объеме установлены датчики, контролирующие давление и температуру элегаза. Цепи контроля и сигнализации выведены на шкаф управления. Номинальный уровень превышения давления элегаза над атмосферным 0,25 МПа, а его допустимый верхний предел — 0,3 МПа.

Оболочки токопровода заземляют. Для этого электрически соединяют фланцы гибкими шинами и через каждые 12,6 м подключают оболочки жесткими шинами к контуру заземления.

Комплектные элегазовые ячейки на рабочее напряжение 110 кВ (рис. 5.26) предназначены для КРУЭ переменного тока и имеют условные обозначения: ЯЭ-110Л-23У4; ЯЭ-110Л-21У4; ЯЭ-110Ш-23У4; ЯЭ-110Ш-21У4; ЯЭ-110Л-13У4; ЯЭ-110Тн-23У4; ЯЭ-110Тн-21У4; ЯЭ-110Тн-13У4; ЯЭ-110С-23У4; ЯЭ-110С-21У4; ЯЭ-110С-13У4. В обозначениях: ЯЭ — ячейка элегазовая; 110 — номинальное напряжение, кВ; типы ячеек: Л — линейная, Ш — шиносоединительная, С — секционная; Тн — трансформаторов напряжения; первая цифра 2 или 1 указывает на число систем шин (две или одна); вторая цифра 3 или 1 — трёх- или однополюсные сборные шины; У — климатическое исполнение (для умеренного климата) и 4 — категория размещения по ГОСТ 15543-70.

Ячейки КРУЭ изготавливают из унифицированных деталей, что делает возможным сборку ячеек различного назначения из одних и тех же элементов. К ним относятся: полюсы выключателей, разъединителей и заземлителей; измерительные трансформаторы тока и напряжения; соединительные и промежуточные отсеки; сильфонные компенсаторы; секции сборных шин; полюсные и распределительные шкафы, шкафы системы контроля давления и шкафы трансформаторов напряжения.

Ячейка каждого типа состоит из трёх одинаковых полюсов и шкафов управления, при этом три полюса могут быть скомпонованы так, чтобы образовывать ячейки с однополюсными или трёхполюсными сборными шинами.

Каждый полюс линейной, секционной или шиносоединительной ячейки имеет выключатель с приводом и элементами его управления, разъединитель с дистанционным электрическим приводом, заземлители с ручным приводом, трансформаторы тока и полюсные шкафы. Ячейки трансформаторов напряжения не имеют выключателей и трансформаторов тока. Ячейки и их полюсы соединяются одной или двумя системами однополюсных или трёхполюсных шин.

Линейные ячейки имеют выводы для присоединения к токопроводам и отходящим кабелям. Соединение ячеек с силовыми кабелями производится при помощи кабельных вводов специальной конструкции, а с воздушными линиями с помощью газонаполненных вводов.

Элегазовая ячейка состоит из полостей, заполняемых элегазом под различным давлением: 0,6 МПа — выключатель; 0,4 (0,6) МПа — измерительные трансформаторы; 0,25 МПа — разъединители и заземлители. Каждая полость отделена от другой герметичным фланцевым соединением с резиновым уплотнением.

Ячейка имеет по каждому уровню давления свою обособленную систему газораспределения, а каждая герметичная полость — свои вентили, трубки, манометры, с помощью которых её подсоединяют к шкафу контроля давления.

Литые изоляторы вместе с элегазом обеспечивают изоляцию от корпуса токоведущих частей, находящихся под напряжением.

Ячейки элегазовые трёхполюсные серии ЯЭ-110 рассчитаны на номинальное напряжение 110 кВ, номинальный ток сборных шин 1600 А, ток ответвлений от шин 1250 А, ток отключения выключателя 40 кА, ток электродинамической стойкости 80 кА.

На рис. 5.27 показана ячейка ЯЭ-110Л-23У4 — линейная с двумя системами сборных шин в трёхполюсном исполнении. Три фазы сборных шин 6 находятся в одном общем металлическом кожухе, что позволяет получить минимальные габариты. Ответвления от сборных шин входят в блок шинных разъединителей 7, которые имеют электродвигательный или пневматический привод. Разъединители — это подвижный контактный стержень и неподвижные розеточные контакты. Шинные разъединители соединены стержневым проводником, который может быть заземлен с помощью заземлителя 3 с ручным приводом. Далее следует блок 8 с трансформатором тока, а затем выключатель 9 с пневматическим приводом 10. Начиная с шинных разъединителей, фазы ячейки разделены. При выходе из выключателя установлен еще один блок трансформаторов тока 8. Через переходные блоки токоведущие части подходят к линейному разъединителю 4 с двумя заземлителями 3. Ячейка присоединяется к кабельному вводу 5. Для каждого полюса предусмотрен шкаф управления 2, в котором находятся ключи управления разъединителями, электроконтактные манометры, ряды контактных зажимов всех вторичных цепей полюса. В распределительном шкафу 1 находятся контакторы, аппаратура дистанционного привода, блокировок и др. Избыточное давление элегаза при 20 ^оС в выключателе 0,6 МПа, в отсеке трансформатора напряжения 0,4 МПа, в других элементах 0,25 МПа.

а) б) в)

г)

Рис. 5.26. Компоновка элегазовых ячеек 110 кВ: а — линейной; б — шиносоединительной; в — трансформаторов напряжения;

г — секционной ячейки; 1 — заземлитель; 2 — разъединитель; 3 — трансформатор тока; 4 — шкаф; 5 — выключатель; 6 — сильфон;

7 — шина соединительная; 8 — трансформатор напряжения

Трансформатор тока, устанавливаемый в ячейке, выпускается на три номинальные значения первичного тока: 600, 800 и 1200 А, имеет две вторичные обмотки (класс 0,5 и 10Р); номинальный ток вторичной обмотки 1А, номинальная нагрузка вторичной обмотки 40 ВА.

Рис. 5.27. КРУЭ-110 кВ. Ячейка линейная ЯЭ-110Л-23У4:

1 — распределительный шкаф; 2 — полюсной шкаф управления; 3 — заземлители;

4,7 — разъединители; 5 — кабельный ввод; 6 — системы трёхфазных сборных шин;

8 — трансформаторы тока; 9 — выключатель; 10 — привод выключателя

В элегазовых ячейках устанавливаются трансформаторы напряжения типа ЗНОГ-110 (З — заземленный, Н — трансформатор напряжения, О — однофазный, Г — с газовой изоляцией, 110 — номинальное напряжение), предназначенные для питания цепей защиты, сигнализации и измерения. В схеме ячейки ЗНОГ герметично присоединяется к КРУЭ, и допускает как вертикальную, так и горизонтальную установку.

Компоновка КРУЭ-110 кВ облегченного типа показана на рис. 5.28, 5.29. Конструкция предусмотрена для двойной системы сборных шин. Подача напряжения на системы шин производится через правую боковую стену, ответвления присоединений (ЛЭП) выполняются сквозь левую боковую стену. Газонаполненные вводы элегаз — воздух трёх фаз с правой стороны расположены горизонтально, а с левой — вертикально. Ширина ячейки 3 м.

Рис 5.28. КРУЭ-110 кВ с двумя системами сборных шин

и с горизонтальным расположением выключателей

Возле каждой ячейки монтируются шкафы управления и защиты. Конструкция простая, компактная, надежная, удобная и безопасная для эксплуатации.

Для удобства обслуживания элегазовые ячейки комплектуются заводом-изготовителем вспомогательными приспособлениями и оборудованием, включающими: сервисные тележки для подготовки и заполнения элегаза; консольную балку с передвижной тележкой, подъемный механизм и пульт управления для монтажа и демонтажа ячейки и отдельных её элементов; установку для подготовки элегаза, обеспечивающую сушку, регенерацию, заполнение и его удаление; течеискатель для выявления мест утечки газа.

Рис. 5.29. КРУЭ-110 кВ (план)

Ячейки элегазовые однополюсные серии ЯЭ-220 выполнены на номинальное напряжение 220 кВ, номинальный ток сборных шин и ответвлений от шин 2000 А, ток отключения выключателя 40 кА, ток электродинамической стойкости 100 кА.

В КРУЭ на 220 кВ в отличие от КРУЭ на 110 кВ принято однофазное исполнение одной или двух систем сборных шин. Каждая фаза расположена внутри заземлённых металлических корпусов и крепится литыми эпоксидными изоляторами. Таким образом, ячейки КРУЭ выполняются с раздельными фазами, всё оборудование, включая сборные шины, разнесено по фазам (рис. 5.30). Блок сборных шин 1 в ячейках ЯЭ-220 расположен в нижней части, а автопневматический выключатель с пневматическим приводом 5 — в верхней части ячейки. Кабельные вводы 9 присоединяются в подвальном помещении под РУ. Расположение всех остальных блоков можно проследить по схеме электрических соединений ячейки.

Рис. 5.30. КРУЭ-220 кВ. Однополюсная ячейка с одной системой сборных шин:

1 — сборная шина; 2 — шинный разъединитель; 3, 7 — заземлители; 4 — трансформаторы тока; 5 — выключатель; 6 — линейный разъединитель; 8 — воздушные вводы;

9 — кабельные вводы

В ячейках устанавливаются трансформаторы напряжения типа ЗНОГ-220. Давление элегаза при 20 ^оС в выключателе 0,5 МПа, в отсеке трансформатора напряжения 0,45 МПа, в других элементах 0,3 МПа.

Для подсоединения линии или ввода ее в элегазовое РУ применяются высоковольтные газонаполненные или кабельные вводы. Газонаполненный ввод крепится к стене здания КРУЭ. Кабельные вводы типа ВКРЭ на напряжение 220 кВ применяют для соединения с ячейками КРУЭ маслонаполненных кабелей среднего или высокого давления.

К элементам ячейки КРУЭ кабельный ввод присоединяется через кабельные приставки, которые комплектуют из отдельных элементов элегазового токопровода.

Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) изготовляются на заводах и крупноблочными узлами доставляются на место монтажа. Широкое внедрение КТП позволило индустриализовать и ускорить монтаж подстанций, обеспечить максимальную безопасность при обслуживании, уменьшить габариты подстанций.

На подстанциях энергосистем применяются КТП наружной установки с высшим напряжением 35 и 110 кВ, схемы которых приведены На двухтрансформаторных КТП может предусматриваться схема мостика с отделителями или выключателями (для КТП 35 кВ). Со стороны 6—10 кВ применяются КРУН. Все узлы ОРУ 35, 110 и 220 кВ и КРУН 6—10 кВ изготовляются на заводе, в поставку завода не входит лишь силовой трансформатор.

Самарским заводом «Электрощит» и рядом других предприятий выпускаются комплектные трансформаторные подстанции из блоков заводского изготовления КТПБ(М). [38].

КТПБ монтируется из укрупненных блоков: линии, ввода, шинных аппаратов, разъединителей, выключателей, опорных выключателей, жесткой ошиновки. КРУ 10 кВ поставляется блоками по 6 ячеек (серий К-59, К-61, К-59УЗ, К-63). Грозозащита выполняется стержневыми молниеотводами, уста­новленными на концевых опорах и, при необходимости, на отдельно стоящих опорах. Заземление контурное, расчет его выполняется при проектировании. На КТПБ(М) могут устанавливаться заземляющие дугогасящие реакторы и линейные регулировочные трансформаторы, если это подтверждено расчётом.

Кроме рассмотренных выше серий КРУЭ, применяются гер­метизированные элегазовые РУ, выпускаемые фирмой АББ. КРУЭ серии ELK и ЕХК собираются из отдельных модулей по различным схемам. Достоинством этой серии являются: компактность; низкая чувствительность к внешним воздействиям; повышенная безопасность и надёжность; небольшая масса (ячейка ЕХК с электронно-оптическим трансформатором напряжения имеет массу 2500 кг, а ячейка ЯЭ с трансформатором напряжения ЗНОГ-110 — 3600 кг); большой срок службы и др.

Устройства КРУЭ компании АББ выпускаются на напряжения 72,5—70 кВ; 245—525 кВ; 800 кВ. В 1998 г. постоянно находились в эксплуатации около нескольких миллионов элегазовых аппаратов различного типа [2]. ОАО «Электромеханический завод» (г. Санкт-Петербург) выпускает усовершенствованные ячейки ЯГК-110Л-23, ЯЭГ-220Л1, ЯЭГ-220Л0, ЯЭГ-500/11, которые увеличивают надёжность работы КРУЭ [35].