Открытые распределительные устройства с жесткой ошиновкой - ОРУ с жесткой ошиновкой США

ОРУ 138 и 240 кВ.

Жесткие шины получили широкое распространение в ОРУ США. Сравнительно долго ошиновка выполнялась медными трубами с болтовыми контактными соединениями. С середины 60-х годов предпочтение отдано шинам из алюминиевых сплавов.
Достаточно редкий профиль шин использован в ОРУ 138 и 240 кВ электростанции Девис (штат Флорида, США) [13, 30]. Жесткие шины изготовлены из алюминиевого проката корытообразного сечения с внутренней перегородкой («двойное Т»), обладало высокой прочностью при относительно малых массе и полном сечении (см. рис. 1.11, в, г). Оба распределительных устройства выполнены по схеме электрических соединений с полтора выключателями на цепь. Оборудование ОРУ (в том числе жесткая ошиновка) рассчитывалось на одновременное действие ураганного ветра и электродинамических нагрузок при КЗ. Параметры ошиновки, а также ветровые и токовые нагрузки были следующие:

Сборные шины ОРУ 138 и 240 кВ выполнены из профиля "двойное Т» размером 152Х 102 мм (размеры b, а, на рис. 1.11, г); ответвления от сборных шин — в виде Л-образных надставок из двух алюминиевых труб диаметром 50 мм; ошиновка, идущая щ£борных шин к разъединителям и выключателям,— из шин "двойное Т» размером 102Х102 мм. Компенсаторы тепловых расширений изготовлены из неизолированного витого алюминиевого кабеля сечением 645 мм². Все вертикальные спуски снабжены зажимами с приваренными контактными пластинами для болтового присоединения к профильным шинам. Материал всех болтов и гаек — нержавеющая сталь. Сварка на месте монтажа не применялась. Присоединения к оборудованию, имеющему бронзовые выводные стержни, выполнялись медными трубами. Все профильные шины были изготовлены точно по размерам, что совершенно исключило отходы при монтаже. Отверстия в шинах сверлились на месте монтажа.
Алюминиевые шины «двойное Т» прошли механические и электрические испытания. Установлено, что прочность шин значительно превосходит прочность опорных изоляторов, поэтому механические нагрузки при испытаниях шинной конструкции не превышали 6000 Н. Образцы шин (без изоляторов) успешно выдержали нагрузку 10 400 Н. Наибольший прогиб шин составил 0,64 мм. После снятия усилий форма профиля полностью восстановилась.
Электрические испытания показали, что по условиям короны экранирующие кольца необходимы только по концам шин «двойное Т» в ОРУ 240 кВ. Никаких специальных форм для болтов и гаек не требуется. Экранные кольца были изловлены из труб диаметром 25 мм, изогнутых по окружности радиусом 152 мм.
Таким образом, шины коробчатого сечения с внутренней перегородкой обладают высокой механической прочностью, по Условиям короны и радиопомех могут применяться в ОРУ напряжением до 240 кВ включительно, имеют удобные плоские поверхности для выполнения контактных соединений. Однако болтовые соединения требуют периодической проверки, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат. В дальнейшем в США все чаще стали использовать сварные соединения шин и применять трубы из алюминиевых сплавов.

Рис. 2.37. Поперечный разрез ОРУ 240 кВ по схеме с полутора выключателями на цепь (США)
В качестве примера на рис. 2.37 приведен поперечный разрез ОРУ 230 кВ (для полуторной схемы электрических соединений с трехрядным расположением выключателей) ТЭС Маршалл [13]. Сборные шины 3 изготовлены из алюминиевых труб диаметром 152 мм, ответвления от шин 4 — из труб диаметром 75 мм. Для снижения вибраций в трубы укладывались отрезки гибкого алюминиевого кабеля. Шинные опоры 2 смонтированы из пяти опорно-штыревых изоляторов, установленных на стойках 1. Два нижних изолятора — усиленного типа. Шинные опоры рассчитаны на изгибающую нагрузку 7250 Н. В ОРУ использованы два типа выключателей — воздушные 6 и элегазовые 7. Разъединители 5 и 9 приняты с рубящими ножами в вертикальной плоскости. Оба выхода разъединителей 5 используются для поддержки жесткой ошиновки. Выходные разъединители линий и трансформаторов 9 размещены на порталах 8 на высоте 18 м.
Все соединения жестких шин выполнены сваркой. Сварные работы проводились поставщиком. Было установлено, что применение специальных зажимов для соединения труб и подготовка мест для сварки на монтаже приведут к увеличению стоимости ошиновки на 7 %. При медных трубах и болтовых контактных соединениях стоимость возросла бы на 125%.
В процессе проектирования электростанции Маршалл рассматривались варианты ОРУ 138 и 230 кВ с гибкими шинами, выполненными двумя алюминиевыми проводами в фазе сечением по 1500 мм². Ошиновка выбиралась по номинальному току 3500 А исходя из допустимой температуры нагрева 75°С при температуре окружающей среды 25°С и скорости поперечного ветра 0,6 м/с. Сопоставление вариантов показало, что ОРУ с гибкими шинами на 60% дороже, чем с жесткой ошиновкой. При этом в ОРУ с гибкой ошиновкой стоимость стальных опор порталов составила 600, фундаментов 500, изоляторов 15, монтажных работ 250, инженерного контроля 170%.

2.38. Поперечный разрез ОРУ 345 кВ подстанции Юнипер (США)

Открытые РУ 345 и 500 кВ.

Жесткая ошиновка ОРУ 345 и 500 кВ в США, как правило, существенно не отличается от Инструкций, принятых в других странах. Например, в ОРУ 345 кВ подстанции Юнипер [14] шины изготовлены из алюминиевых труб диаметром от 100 до 150 мм. Для снижения вибраций в шинах уложен алюминиевый провод сечением 750 мм².
Первая очередь ОРУ была выполнена по упрощенной схеме без выключателей (рис. 2.38). Коммутация силовых трансформаторов осуществляется с помощью трехколонковых разъединителей 345 кВ. Ошиновка расположена в два яруса на высоте 7,2 и 12,3 м. Шины нижнего яруса (ячейковые связи) опираются на изоляционные опоры и выводы разъединителей, шины верхнего яруса — на изоляционные опоры и Л-образные надставки из труб, установленных на шинах ячейковых связей. Благодаря низкому профилю ОРУ удалось снизить уровень шума и радиопомех. Кроме того, подстанция хорошо вписалась в окружающий пейзаж с помощью деревьев и кустарников, посаженных вблизи ограждения.
Оригинальная конструкция жестких шин для типового проекта ОРУ 500 кВ разработана в конце 70-х годов в энергосистеме TVA (управление долины Теннесси) [17, 31]. Конструкция шины имеет вид пространственной фермы квадратного сечения со стороной около 600 мм, состоящей из четырех продольных труб с внешним диаметром 38 мм, связанных круглыми поперечными и диагональными стержнями диаметром 19 мм (рис. 2.39). Трубы и стержни выполнены из алюминиевого сплава 6061-Т6 (советский аналог АДЗЗ).
Длина пролета фермы 29 м. Пролет состоит из нескольких секций, максимальная длина которых по условиям транспортировки принята равной 11,6 м.

Рис. 2.39. ОРУ 500 кВ энергосистемы TVА (США): а — общий вид; б — крайний пролет токоведущей фермы
Пролет шины установлен на опорных изоляторах с помощью двух пар зажимов: фиксированного и свободного креплений, обеспечивающих компенсацию тепловых расширений фермы.
Для предупреждения образования короны вершины опорных изоляторов и крепежные пластины с зажимами размещены внутри фермы-шины (рис. 2.39,6). Кроме того, верхние и нижние продольные трубы шины вблизи опорных изоляторов изогнуты на 90° и сварены в вертикальной плоскости. Для облегчения последующего расширения ОРУ в крайних пролетах на пластинах концевых изоляторов установлены специальные секции, которые также являются противокоронными экранами.
Ошиновка рассчитана на вес гололеда (покрывающего все ее элементы) с толщиной стенки 12,7 мм и скоростной напор ветра 40 м/с. Прогибы шин в середине пролета от собственного веса — 51 мм, при расчетной толщине стенки гололеда — 182 мм Расчетный прогиб в горизонтальной плоскости при равномерно распределенной ветровой нагрузке 178 мм.
Сборные шины-фермы смонтированы на фарфоровых составных изоляционных опорах, установленных на индивидуальных стойках. Нижний ярус ошиновки выполнен круглыми трубами.
Изоляторы выдерживают усилие 9070 Н. Определяющей при выборе прочности изоляторов оказалась нагрузка при скорости ветра 44,5 м/с. Электродинамические силы при КЗ невелики.

Рис. 2.40. ОРУ 765 кВ по схеме с полутора выключателями на цепь (США):
1 — выключатели, 2 — разъединители; 3 — сборные шины; 4 — конденсаторы связи; 5 — разрядники; 6 — реакторы; 7 — линии; 8 — высокочастотные заградители; 9 — гибкая ошиновка; 10 — трос, связывающий два портала; 11 — грозозащитный трос; 12 — оттяжки

Верхний ярус ошиновки, спуски к аппаратам и перемычки между аппаратами выполнены двумя алюминиевыми проводами сечением 2195 мм² (с наружным диаметром 61 мм). Отходящие линии 7 имеют четыре провода в фазе сечением 485 м\г. Переход с четырех проводов на два осуществляется на высокочастотном заградителе 8. Линейные порталы выполняются двух типов: с оттяжками 12 (рис. 2.40) при угле подхода линии до 5° или без оттяжек при угле подхода до 20°. Стойки линейных порталов с оттяжками связываются стальным тросом 10. На вторых нижних траверсах крепятся неподвижные контакты одноколонковых (рис. 2.40) или пантографических разъединителей. Шинные разъединители одноколонковые с вертикальным расположением ножа во включенном положении. Использование жесткой ошиновки с указанным типом разъединителей оказалось на 20% дешевле, чем гибкой. Стулья под линейные разъединители и выключатели приняты высотой около 6, а под шинные разъединители около 10 м.
В США при монтаже жестких шин ОРУ различных напряжений для выполнения сварочных работ на значительной высоте использовались кабины размером 1,8X1, 8X2,1 м. К месту производства работ на высоту до 24 м кабина вместе с двумя сварщиками поднималась краном.