Глава вторая
Компоновки и конструкции ОРУ с жесткой ошиновкой
2.1. Основные этапы и перспективы развития отечественных ОРУ с жесткой ошиновкой
В нашей стране жесткая ошиновка в ОРУ напряжением 110 кВ и выше начала применяться еще в 30-х годах. Тогда было сооружено несколько подстанций с комбинированной ошиновкой: гибкой и жесткой. На рис. 2.1 приведена компоновка ОРУ 220 кВ с двумя выключателями на цепь, разработанная Мосэнерго в 1934 г. [14]. Сборные шины ОРУ изготовлены из стальных газовых труб диаметром 125 мм, расположены на высоте 4,5 м и закреплены непосредственно на опорных изоляторах. Расстояние между фазами сборных шин 4500 мм. Ответвления от сборных шин на разъединители выполнялись в виде Г-образных надставок из стальных газовых труб, причем горизонтальная часть ответвлений — из труб диаметром 100 мм, а вертикальная - из двух труб,— 62 мм каждая. Между выключателями и разъединителями установлены шины из медных труб диаметром 50 мм. Верхний ярус ошиновки выполнен гибким проводом.
Подобные конструктивные решения были использованы в проектах ОРУ напряжением 220 кВ института «Теплоэлектропроект» в 1947 г. Применение жесткой ошиновки в кольцевых схемах с двухрядным расположением выключателей позволило на 30% сократить площадь ОРУ по сравнению с проектами для гибких шин [14].
В середине 50-х годов институт «Теплоэлектропроект» разработал проекты ОРУ 110 и 220 кВ со сборными шинами, одно- колонковыми разъединителями и однорядной установкой выключателей [14]. На рис. 2.2 приведены план и совмещенный разрез по ячейке линии и силового трансформатора (показано штриховой линией) ОРУ 110 кВ с двумя рабочими и обходной системами сборных шин. В проекте использованы воздушные выключатели типа ВВН-110 с открытыми отделителями (в настоящее время не выпускаются). Сборные шины расположены на высоте 7,2 м и закреплены на опорных изоляторах. Расстояние между фазами сборных шин 1900 мм. Шины нижнего яруса опираются на колонковые разъединители (рис. 2.3, узел 11) и гасительные камеры выключателей (узел /). Шинодержатели на гасительных камерах обеспечивают свободное перемещение шин при тепловом расширении без нарушения электрического контакта. Компенсаторы выполнены из гибкого провода и присоединены к шине и гасительной камере с помощью болтовых соединений.
Рис. 2.1. ОРУ 220 кВ с двумя выключателями на цепь с жесткой ошиновкой (Мосэнерго, 1934 г.):
а — разрез ячейки линии; б — план
Рис. 2.2 ОРУ 110 кВ с двумя рабочими и обходной системами шин и однорядной установкой выключателей
Рис. 2.3. Схема установки жестких трубчатых шин на одноколонковых разъединителях:
1 — жесткая шина, 2 - промежуточная головка; 3 — гасительная камера выключателя ВВН-110; 4, 6 — разъединители РЛНО-110 первой и второй систем сборных шин; 5, 7 — оси первой и второй систем сборных шин; 8 — опора разъединителя; 9 — компенсатор тепловых расширений
Применение жесткой ошиновки вместе с одноколонковыми разъединителями позволило сократить площадь ОРУ, уменьшить количество подвесных и опорных изоляторов, а также других элементов распределительного устройства.
В конце 50-х годов жесткая ошиновка получила распространение в ЗРУ напряжением 110—220 кВ. Например, в ЗРУ 150 кВ Каховской ГЭС (1957 г.), выполненном по схеме одна рабочая секционированная и обходная системы шин, сборные шины изготовлены из медных труб и установлены на изоляционных опорах 4 X ОНШ-35-2000. Сварные шины в каждой фазе имеют только один компенсатор тепловых расширений. Жесткая ошиновка используется также для внутриячейковых связей аппаратов в Двухэтажных ЗРУ 110 и 220 кВ по схеме две рабочие и обходная системы шин (типовые проекты института «Теплоэлектропроект», 1959 и 1971 гг.) [13]. Длительная эксплуатация ошиновки ЗРУ Каховской ГЭС, ТЭЦ-11 Мосэнерго и других электростанций показала ее высокую эксплуатационную надежность.
Широкое применение жесткая ошиновка получила в 60-е годы в ОРУ напряжением 110 кВ транзитных и тупиковых подстанций.
По проектам институтов «Энергосетьпроект» и Одесского филиала «Оргэнергострой» (ОФ ОЭС) сооружено несколько экспериментальных подстанций с ОРУ по упрощенным схемам электрических соединений. С учетом полученного опыта ОФ ОЭС разработал конструкцию КТПБ, серийное производство которых организовано на куйбышевском заводе «Электрощит».
В 70-х годах институт «Энергосетьпроект» выполнил проекты ОРУ напряжением 220 кВ по упрощенным схемам (типа КТП 220 кВ), а также типовые проекты ОРУ 110—500 кВ для схем со сборными шинами. До 80-х годов жесткая ошиновка экспериментальных ОРУ, выполненных по развитым схемам, изготовлялась в мастерских электромонтажных организаций; позднее, как правило, на заводах ВПО «Союзэлектросетьизоляция». Ошиновка заводского изготовления разрабатывалась Московским отделом специализированного конструкторско-технологического бюро (МО СКТБ). На основании опыта строительства и эксплуатации ОРУ напряжением 110, 220 и 500 кВ в европейской части СССР и Казахстане начаты работы по унификации изделии жесткой ошиновки для различных схем электрических соединений.
В последние годы ОФ ОЭС совместно с институтом «Энергосетьпроект» разработали опытные образцы КТП 220 кВ, которые внедрены на ряде подстанций. Элементы жесткой ошиновки нашли применение в ОРУ 330 и 500 кВ с подвесными разъединителями (проекты института «Атомтеплоэлектропроект» [4]).
Получили развитие комплектные конструкции для ОРУ 110 кВ по схемам со сборными шинами. В конце 70-х годов ОФ ОЭС разработал комплектные распределительные устройства блочного типа (КРУБ), выпуск которых налажен на куйбышевском заводе «Электрощит». В 80-х годах институт «Энергосетьпроект» на основе прежних проектов предложил конструкцию быстромонтируемых блоков (БМБ) с комбинированной ошиновкой, гибкой и жесткой (производства ВПО «Союзэлектросетьизоляция»). Изготовление отдельных элементов экспериментальных блоков проводилось на предприятиях треста «Севзапэлектросетьстрой». При широком применении БМБ предполагается изготовлять на специализированных заводах.
Разработанные в 60—80-х годах конструкции ОРУ напряжением 110 —500 кВ с жесткой ошиновкой подробно рассмотрены в следующих параграфах. Жесткие шины в этих ОРУ изготовлены из труб различных алюминиевых сплавов. Они смонтированы на опорно-стержневых изоляторах, а также шинных опорах, собранных из опорно-стержневых или опорно-штыревых изоляторов. Большинство экспериментальных ОРУ сооружено трестом «Электростройподстанции».
Внедрение жесткой ошиновки потребовало проведения комплекса научно-исследовательских работ, в частности изучения поведения ошиновки при больших токах КЗ, ветровой нагрузке и др. Такие работы проводились в ряде организаций. Наибольший вклад в разработку теоретических вопросов электродинамической и термической стойкости, нагрузочной способности ошиновки и др. внесли специалисты кафедры электрических станций МЭИ. Параллельно проводились полномасштабные испытания шинных конструкций рабочими токами и токами КЗ в Научно-исследовательском центре по испытанию высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА) Минэнерго СССР при участии МЭИ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили основой для совершенствования шинных конструкций, повышения их эксплуатационной надежности, ускорения широкого внедрения жесткой ошиновки.
В настоящее время ведутся и планируются дальнейшие работы по совершенствованию конструкций с жесткими шинами. В частности, планируется разработка и внедрение жесткой ошиновки в ОРУ 330 и 750 кВ. Рассматривается возможность применения ферм из труб малого диаметра в ОРУ 330 кВ и выше. Это позволит создать длиннопролетные конструкции, уменьшить количество опорной изоляции. Прорабатываются решения с использованием новых видов электроизоляционных материалов на базе эпоксидных составляющих, электроизоляционного бетона и др. С целью уменьшения расхода цветного металла изучается возможность применения тонкостенных (3—5 мм) труб различных диаметров с увеличенной до 9—10 м длиной проката, а также других технических решений для уменьшения сварочных работ при изготовлении и монтаже ошиновки. Планируются работы по модернизации контактов аппаратов для упрощения узлов крепления жесткой ошиновки. Параллельно проводятся дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования поведения в рабочих и аварийных режимах жесткой ошиновки напряжением 110—750 кВ.
При разработке конструкций ОРУ с жесткой ошиновкой стремятся достигнуть максимального эффекта, используя все достоинства жесткой ошиновки (см. § 1.1). Понятие эффекта неоднозначно. Чаще всего требуется получить экономический эффект при определенных дополнительных условиях, таких, как низкий профиль (высота) ОРУ, возможность механизации ремонтных и эксплуатационных работ (уборка снега, сенокошение и т. п.).
Экономический эффект может быть достигнут, например, при уменьшении площади ОРУ. При этом снижаются: объем планировочных работ; протяженность дорог; затраты на кабели, кабельные сооружения, заземление, молниезащиту, освещение, воздухо- и маслопроводы; общая длина ошиновки; эксплуатационные затраты (уборка территории) и т. п. При разработке отечественных ОРУ стоимость земли практически не учитывался. За рубежом этот фактор может быть основным и дать значительную экономию.
Необходимо учитывать, что в ОРУ с жесткой ошиновкой применяются простейшие опорные конструкции, поэтому может быть достигнута существенная экономия стали и железобетона по сравнению с ОРУ с гибкой ошиновкой. Кроме того, элементы и конструкции в целом жесткой ошиновки могут изготовляться на заводах, что ускоряет сооружение ОРУ, уменьшает затраты труда и материалов на площадке монтажа. Это особенно эффективно при сооружении ОРУ в труднодоступных районах.
При выполнении технико-экономического сравнения вариантов ОРУ обязательно следует учитывать стоимость доставки оборудования. Например, если место изготовления ошиновки удалено от района строительства ОРУ, может оказаться невыгодным использование комплектных конструкций заводской готовности из-за значительного объема встречных перевозок комплектующего оборудования, малого коэффициента загрузки транспортных средств и т. п.
Таким образом, даже незначительные, на первый взгляд, различия условий строительства ОРУ, методов изготовления и транспортировки ошиновки, ее монтажа и эксплуатации, стоимости оборудования, материалов и земли в итоге существенно влияют на принятые проектные решения. Поэтому затруднительно объективно сопоставить эффективность (в том числе экономическую) различных отечественных и зарубежных конструкций ОРУ. Вместе с тем во всех странах применение жесткой ошиновки в ОРУ позволило добиться определенных технико-экономических преимуществ по сравнению с гибкой ошиновкой.
