Электрическая часть электростанций - Характерные конструкции распределительных устройств

Ниже приводятся чертежи и дается краткое описание наиболее характерных конструкций РУ. В соответствии с местными условиями, назначением сооружения и требованиями к нему рассмотрение и оценка каждого вида конструкций производятся в предлагаемой последовательности:
выполнение архитектурно-строительной части — фундаментов, стен, перекрытий и кровли, дверных проемов, оконных, лестничных клеток, коридоров и проходов, устройств вентиляции, фасадов; на открытых установках это выбор материала порталов и опор при гибкой или жесткой коммутации, конструкции кабельных и других коробов и каналов, маслоприемников, ливнестоков, колодцев, габаритов проездов и проходов, ограды;
установка трансформаторов и электрических аппаратов (опоры- фундаменты, крепления, монтаж включения в схему РУ);
выполнение первичной коммутации в соответствии с электрической схемой на плане — по схеме заполнения всего РУ или в пределах каждой ячейки;
размещение приводов управления, шкафов и щитов собственных нужд и вторичных устройств, приборов освещения;
выполнение кабельных прокладок различного назначения; обеспечение удобства и безопасности эксплуатации (расстояния, ремонтные зоны, ограждения).
Примеры закрытых распределительных устройств. Применяются конструкции зданий ячейкового или зального типа. Выключатели могут устанавливаться на уровне земли, приподняты на фундаменте, могут иметь выкатную тележку или быть подвесными.
С целью экономии дефицитных и дорогостоящих выключателей во многих случаях можно ограничиться установкой отделителей и короткозамыкателей. Кроме обычных разъединителей изготовляются и специальные конструкции: разъединителей с обособленными верхними контактами (они труднодоступны для осмотра, если размещены в середине пролета), с короткой базой при наклонной установке изоляторов, сдвоенные (с общим зажимом в центре), комбинированные (снабженные проходной втулкой или кабельной муфтой) и др.

Рис. 10-2. Схема заполнения ЗРУ (ГРУ)
Поперечный разрез приведен на рис. 10-1
В закрытых установках высокого напряжения (110 кВ и выше) используется оборудование наружной установки. Его более высокая стоимость оправдывается отказом от отопительных систем и устройств кондиционирования воздуха.
Для перемещения тяжелого оборудования применяются тяговые лебедки. Простейшими механизмами для подъема оборудования при его установке являются домкраты и блоки с талями, которые подвешиваются к расположенным над оборудованием рамам или поперечинам, закрепляемым на строительных конструкциях здания ЗРУ.
На рис. 10-1 показан поперечный разрез, а на рис. 10-2 — схема заполнения на плане одноэтажной конструкции двухрядного ячейкового ЗРУ с одной системой сборных шин. Строительная часть унифицированная, из сборного железобетона, имеется три продольных коридора управления и осмотра.
Такая конструкция чаще всего применяется в качестве генераторного распредустройства (ГРУ); это ГРУ выполнено для ударного тока короткого замыкания до 300 кА, номинальный ток на вводах примерно 5 кА. Применены выключатели МГ-10, реакторы РБА, разъединители РВК, шинные трансформаторы тока, коробчатое сечение шин, предусмотрена вентиляция ячеек реакторов.
На схематичном изображении плана (для многоэтажных РУ на плоскостной развертке плана) компонуется электрическая схема всего РУ. Такой чертеж называется схемой заполнения, это поясняющая схема.

Рис. 10-3. Поперечный разрез ЗРУ (ГРУ) 6—10 кВ с двумя системами сборных шин
Схема заполнения отображает компоновку полной схемы этого РУ и размещение конструкций в плане. Схема заполнения с нумерацией ячеек и надписями по вертикали и горизонтали (см. рис. 10-4 и 10-9) является очень наглядным изображением. Она создается в процессе проектирования путем выбора наилучшего варианта компоновки оборудования и всех монтажных элементов и дает возможность определить число этажей, ячеек, наметить коридоры, проходы, входы и выходы, продумать всю коммутацию, поперечные и кольцевые связи, расположить ячейки вводов с удобной связью с генераторами (трансформаторами) и ячейки отходящих линий с удобной трассировкой воздушных и кабельных линий к потребителям.
Конструкция ЗРУ (ГРУ), выполненная для двойной системы сборных шин при двухэтажной компоновке, показана на рис. 10-3.
Здание ЗРУ выполняется ячейкового типа из сборного железобетона с пролетом 15 м, с высотой этажей по 4,8 м. Шаг колонн здания по длине 6 м, шаг ячеек 2,4 м. Подземные туннели силовых и контрольных кабелей служат фундаментами для оборудования ячеек первого этажа. Конструкция перегородок первого и второго этажей выполнена из металлического каркаса, заполненного железобетонными и асбоцементными плитами.
Сборные конструкции шин и разъединителей второго этажа опираются на металлические конструкции первого этажа.
Это ЗРУ, являющееся главным РУ станции, выполнено для подключения генераторов мощностью 60 МВт при напряжении 6 кВ или 100 МВт при напряжении 10 кВ.
В РУ запроектирована установка генераторных, трансформаторных, междушинных и секционных выключателей типа МГ-10 на ток 5—9 кА, секционных реакторов на ток до 4 кА, групповых реакторов на ток 1,5 кА и выключателей отходящих линий типа ВМП-10, измерительных трансформаторов напряжения и тока.
Схема заполнения ЗРУ приведена на рис. 10-4. Коммутация сборных шин предусмотрена коробчатыми шинами сечением
(225; 105; 12,5) мм, ответвления от сборных шин до шинных разъединителей — сечением 2 (100; 45; 4,5) мм, шинные разъединители и коммутация отходящих линий выбираются в зависимости от мощности линий.
В конструкции РУ предусмотрено 6 коридоров управления (с приводами выключателей) и осмотра, что необходимо для монтажа, осмотров и ремонта. На разрезе ЗРУ (рис. 10-3) показаны некоторые щитки вторичных устройств и светильники.
Осветительные приборы должны быть удалены от оборудования, находящегося под напряжением, на достаточное расстояние и должны иметь доступ для ремонта без отключения коммутации ячеек РУ.
Рассмотренные конструкции ЗРУ 6—10 кВ применяются главным образом в качестве типовых на ГРЭС, ТЭЦ и АЭС и мощных понижающих подстанциях. Они располагаются на территории станции в виде отдельного здания, параллельного машинному залу, или пристраиваются к стене машинного зала.
На ГЭС, ГАЭС и ПЭС при компоновке сооружений оказывается возможным, более надежным, удобным и экономичным выполнить главное РУ генераторного напряжения совмещение — в составе сооружений силового корпуса.
На рис. 10-5 представлено расположение ЗРУ при двойной системе сборных шин, выполненное совмещенно со зданием ГЭС руслового типа. Принято однорядное расположение ячеек, при котором не требуется удлинения массива отсасывающих труб. Ячейки реакторов располагаются рядом с ячейками выключателей.
Выводы от обмотки статора генератора трассируются шинами под полом машинного зала в верхний этаж РУ, откуда опускаются вниз, в этаж выключателей и реакторов. По пути коммутации устанавливаются измерительные трансформаторы тока и напряжения. В верхнем этаже размещается двойная система сборных шин с шинными разъединителями.
Подключение главных повышающих трансформаторов выполняется согласно схеме, но в другой плоскости — от сборных шин через выключатели наверх к трансформаторам. Отходящее линии — тоже согласно схеме и тоже в другой плоскости: от сборных шин слева к выключателю, от выключателя в соседнюю ячейку к реактору и через коридор на отходящую линию.

Рис. 10-4. Схема заполнения ЗРУ (ГРУ) Поперечный разрез приведен на рис, 10-3

Рис. 10-5. ЗРУ 6—10 кВ с двумя системами сборных шин при ГЭС (вариант I)
Предусмотрен один коридор управления, куда вынесены все приводы аппаратов и три коридора осмотра. Под помещениями РУ запроектирован кабельный полуэтаж для прокладки в нем силовых и контрольных кабелей.
Трансформаторы, как главные, так и собственных нужд установлены на балках перекрытия ЗРУ. Подвоз трансформаторов (см. штриховое изображение) производится тележкой, с которой трансформатор перекатывается на рельсы балок.
Под трансформаторами предусматривается маслосборный приямок с маслоотводной трубой. Перекрытие сложной конструкции должно быть надежно герметизировано для устранения протечки масла и дождевой воды в нижние помещения.
Перед трансформаторами на коммутации предусматривается компенсатор, освобождающий выводы НН от знакопеременных усилий. Выводы ВН осуществляются гибкими проводами.
Вокруг трансформаторов оставлены проходы, необходимые для осмотра и мелкого ремонта. Передвижение трансформаторов в пределах станционного узла ГЭС и установка на фундаментные балки производятся с помощью ручных лебедок.
Если компоновка здания ГЭС позволяет получить высоту над отсасывающими трубами, достаточную для размещения четырех этажей ЗРУ, то может быть принято пристанционное расположение однорядного ЗРУ при двойной системе сборных шин и вертикальной коммутации схемы ячеек с реакторами на отходящих линиях (рис. 10-6).
Общие принципы компоновки аналогичны предыдущей и понятны из чертежа. Предложена установка группы однофазных трансформаторов; для их подключения в этаже сборных шин выполнена разводка на треугольник по схеме рис. 10-6.
На рис. 10-7 показан эскиз конструкции ЗРУ 6—10 кВ при внутриплотинном расположении на встроенной водосливной ГЭС. Электрической схемой предусматривается блочный принцип соединения токопроводами с трансформаторами, устанавливаемыми на берегу. Очевидна возможность размещения электрооборудования с обслуживанием из коридоров. Однако в этих условиях были бы более целесообразными малогабаритные и герметизированные конструкции комплектных РУ со взрыво- и пожаробезопасной изоляцией.
Поперечный разрез типовой (1963 г.) конструкции ЗРУ 35 кВ с двумя системами сборных шин, выключателями ВВН-35 на 2 кА и воздушными отходами линий показан на рис. 10-8. Здание зального типа высотой 4,8 м с пролетом 12 м. Шаг колонн равен 6 м, шаг ячейки — 3 м. Внутренние перегородки шинной конструкции выполнены из асбошифера. Схема заполнения конструкции показана на рис. 10-9.
Оригинальная компоновка коммутации ячеек позволила иметь всего три коридора, причем центральный — это главный коридор управления, по сторонам которого расположены приводы выключателей и разъединителей. В коридоре под линейными выводами расположены щиты управления и релейной защиты. Магистрали пневматического хозяйства приводов выключателей прокладываются в центральном коридоре над шкафами управления выключателей.

Рис. 10-6. ЗРУ 6—10 кВ с двумя системами сборных шин при ГЭС (вариант II) и схема разводки шин на треугольник
Вариант ЗРУ 110 кВ с двумя системами сборных шин и обходным разъединителем (байпасом), выполненный в пристройке к низовой стене здания ГЭС, показан на рис. 10-10. В верхней части помещений зального типа на гирляндах изоляторов подвешены две системы сборных шин. Шинные разъединители монтируются на металлических колоннах, поддерживающих верхнее перекрытие. Выключатели и трансформаторы напряжения устанавливаются на полу помещения, линейные разъединители и разъединители обхода — перед проходной втулкой линейного вывода, являющейся одновременно измерительным трансформатором тока.


Рис. 10-7. Внутриплотинное ЗРУ водосливной ГЭС
Обслуживание — это осмотр и ремонты, которые производятся из коридоров с отметки пола и со специального мостика между разъединителями. Для напряжений 110, 150 и 220 кВ широко применяются сооружения ЗРУ зального типа как с гибкой, так и с жесткой коммутацией и удобно просматриваемым монтажом всей установки. Эти конструкции достаточно полно освещены в учебной и специальной литературе. Обслуживание высоко расположенного оборудования осуществляется телескопическими подъемниками.
Недостатком ЗРУ зального типа является расположение монтажа над выключателями, что создает опасность повреждения выключателей падающими деталями и инструментом.

 

Рис. 10-8. Поперечный разрез одноэтажного ЗРУ 35 кВ с двумя системами сборных шин

 

Рис. 10-9. Схема заполнения ЗРУ Поперечный разрез приведен на рис. 10-8

Рис. 10-10. ЗРУ 110 кВ в пристройке со стороны нижнего бьефа ГЭС
Расположение ЗРУ 110 кВ возможно также в «пазухе» приплотинной ГЭС. На рис. 10-11 показано размещение ЗРУ 110 кВ в помещении зального типа, которое запроектировано для очень сложной компоновки схемы с двойной системой сборных шин и двумя выключателями на каждом присоединении.
В нижней части пазухи предусмотрено размещение ЗРУ генераторного напряжения, кабельные коридоры и установка водяных охладителей масла трансформаторов. Над этим ЗРУ расположены камеры трансформаторов с маслосборными приямками, рядом галерея провоза трансформаторов.
В верхней части пазухи расположено ЗРУ 110 кВ. На разрезе показаны ячейки трансформатора. В аналогичной линейной ячейке вывод предусмотрен на крышу ГЭС, где расположены разрядники и трансформаторы напряжения.
В строительной конструкции перекрытия предусмотрена удобно и без больших затрат выполняемая здесь защита оборудования ГЭС от падающих предметов (осколков, обломков и т. п.).
На рис. 10-12 представлен поперечный разрез разработанной в нашей стране конструкции ЗРУ 220 кВ с двумя системами основных сборных шин и третьей обходной (трансферной) системой шин. ЗРУ выполнено в двухэтажном здании шириной 24 м. Применены выключатели ВВБ-220 или ВВН-220, шаг ячейки 12 м. Металлическими балками перекрытия помещение делится как бы на два этажа. Эти балки используются также для подвески талей, необходимых для монтажных и ремонтных работ. Обслуживание коммутации предполагается с помощью приставных лестниц.

Рис. 10-11. ЗРУ 110 кВ с двойной системой сборных шин и двумя выключателями на присоединение, расположенное в пазухе приплотинной ГЭС
Приведенная компоновка ЗРУ возможна также для напряжений 110 и 150 кВ.
Вариант размещения ЗРУ 220 кВ при ГЭС показан на рис. 10-13. Предусмотрена схема с двумя системами сборных шин, с одним выключателем на присоединение и с переброской проводов отходящих линий в сторону нижнего бьефа через силовое здание ГЭС, где установлены разрядники защиты оборудования станции от перенапряжений. На рисунке показаны трансформаторы с радиаторами, а в данных условиях желательны трансформаторы без радиаторов, т. е. меньших габаритов, с масло-водяной системой охлаждения типа Ц.
Кроме ЗРУ с традиционным серийным оборудованием в последнее время в практику строительств стали внедряться конструкции с сокращенными изоляционными промежутками на базе ОПН.
На рис. 10-14 показан поперечный разрез ЗРУ 220 кВ Колымской ГЭС с сокращенными промежутками, выключателями со втычными контактами и с ОПН-220, для полуторной схемы. Габариты и объем ЗРУ здесь были уменьшены более чем в 2,3 раза по сравнению со ЗРУ с серийным оборудованием (на рисунке штриховой габарит).

Рис. 10-12. Поперечный разрез ЗРУ 220 кВ с двумя основными и обходной системами шин, с выключателями типа ВВБ-220 или ВВН-220

Это позволило расположить ЗРУ над трансформаторной площадкой, почти полностью исключить земельноскальные работы и объединить все производственные помещения ГЭС в единый технологический комплекс. Масса металлоконструкций снижена на 397 т, экономия железобетона 1710 м³. Годовой экономический эффект от внедрения ОПН на станции составил 1270 тыс. руб.
В настоящее время малогабаритные ЗРУ (а также и ОРУ) на напряжения 110, 220 и 500 кВ применяются на многих ГЭС страны, что позволило создать более компактные гидроузлы, упростить монтаж, получить большой экономический эффект и повысить эксплуатационную надежность объектов.
За рубежом иногда применяются ЗРУ и более высоких напряжений; например, на рис. 10-15 показан поперечный разрез ЗРУ 400 кВ английской ТЭС «Вест Бартон», выполненный для схемы с двумя системами сборных шин при жесткой коммутации.
ЗРУ размещается в здании длиной 195 м, шириной 132,5 м, шаг ячейки 21,3 м. Располагаемые Ш-образно две системы сборных шин устанавливаются на опорных изоляторах. Принято трубчатое сечение токопроводов основной коммутации.

Рис. 10-13. ЗРУ 220 кВ над пазухой приплотинной ГЭС
Для сборных  шин приняты трубы из алюминиевого сплава наружным диаметром 140 мм, толщина стенок труб 10 мм. Трубы перемычек и присоединений подвешиваются на гирляндах изоляторов. Соединение труб разных уровней выполняется гибким алюминиевым кабелем.

Примеры открытых распределительных устройств.

Для выбора компоновки и решения конструкций ОРУ необходимо иметь следующие данные: схему электрических соединений, в которой отражены способы заземления нейтралей и регулирования напряжения, а также перспективы расширения; климатические условия района (включая интенсивность грозовой деятельности), определяющие выбор изоляции по возможным перенапряжениям; длительные номинальные токи нагрузки сборных шин и присоединений; возможные токи и мощности короткого замыкания; имеющуюся в распоряжении территорию, рельеф местности; направление трасс подходящих и отходящих присоединений и их вид (воздушные или кабельные); местные строительные материалы, транспортные, монтажные и ремонтные условия; требования к защите сооружений от сейсмических воздействий, снежных заносов, селевых потоков, ударной волны и т. п.; требования промышленной эстетики сооружений.

Рис. 10-14. Разрез ЗРУ 220 кВ с сокращенными промежутками, выключателями со втычными контактами и с ОПН-220, для полуторной схемы

Рис. 10-15. ЗРУ 400 кВ ТЭС «Вест Бартон». Поперечный разрез по одной половине здания
I — трансформатор напряжения; 2 — заземляющий разъединитель; 3 — линейный разъединитель; 4 — воздушный выключатель; 5 — шинный разъединитель; 6 — резервная система шин; 7 — основная система шин; 8 — ось симметрии здания РУ
Следует иметь в виду, что иногда специфические местные условия компоновки и конструкций могут в свою очередь влиять на выбор схемы электрических соединений РУ.
В любом случае при проектировании рассматриваются и сравниваются между собой несколько вполне подходящих для данных условий вариантов компоновки и конструкций ОРУ.
В качестве ОРУ в сельских местностях большое распространение получили столбовые (мачтовые) подстанции 6—10 кВ. Строительная часть выполняется из местного леса — бревен диаметром 22—24 см. Подстанции устанавливаются как промежуточные П-образного типа и как тупиковые АП-образные. Трансформатор мощностью 10—100 кВ'А располагается на ригелях на высоте 4—5 м, рядом с трансформатором находится площадка для его обслуживания. Подключение к линии 6—10 кВ производится через разъединитель РЛН-10 и трубчатые предохранители ПКС. Шкаф с аппаратами низкого напряжения устанавливается внизу для удобства обслуживания с поверхности земли. Отходящие линии 380/220 В тоже воздушные.
В последнее время небольшие подстанции 6—10 кВ предусматриваются в виде К.ТПН заводского исполнения (см. рис. 10-42).
На рис. 10-16 показано однопортальное ОРУ 35 кВ для схемы с одной системой сборных шин. Конструкция выполнена по вертикальному принципу сверху вниз (шины, разъединители, выключатели). Она очень компактна с минимальными размерами в плане. Однако эта конструкция требует довольно большого количества металла и трудоемкого монтажа.
На рис. 10-17 дан схематический чертеж разработанной в нашей стране компоновки типовых ОРУ 110—500 кВ на сборных железобетонных конструкциях для схемы с двумя основными и третьей обходной системой сборных шин. Для всех указанных напряжений компоновка конструкций ОРУ принята одинаковой, изменяются лишь размеры конструкций, расстояния между фазами, до заземленных частей, высоты, проезды и т. п.
Имеется в виду, что ОРУ располагается на ровной площадке: это обычно для тепловых (в том числе и атомных) станций, а также районных подстанций.
В топографических условиях ГЭС часто бывает трудно найти или создать ровную площадку необходимых размеров. Приходится, применяясь к местности, выбирать ступенчатое расположение конструкций ОРУ, иногда с большим превышением одной ступени относительно другой. Варианты ступенчатого расположения конструкций для напряжения 110 кВ показаны на рис. 10-18. Выбор варианта производится технико-экономическим сравнением для местных условий. Следует отметить, что монтаж и эксплуатация ступенчатого ОРУ сложнее, так как персоналу и транспорту приходится преодолевать подъемы и спуски в любых погодных условиях.

 


Рис. 10-16. Однопортальное ОРУ 35 кВ

Рис. 10-17. Компоновка и размеры типовых ОРУ 110—500 кВ на сборных железобетонных конструкциях с двумя основными и третьей обходной системой шин

Иногда, при расположении сооружений ГЭС в узком ущелье, принять даже ступенчатый вариант невозможно. В этом редком случае можно располагать конструкции ОРУ на кровле здания ГЭС. Установка опор, порталов и расположение оборудования на крыше здания ГЭС требуют более сложных и тяжелых конструкций перекрытий, что часто является причиной протечек в машинный зал, неудобно для кабельных коммуникаций и для эксплуатации.

Рис. 10-18, Варианты ступенчатого расположения ОРУ 110 кВ
Поэтому при освоении промышленностью различных конструкций комплектных РУ более удобны, а следовательно, предпочтительны в таких условиях герметизированные элегазовые КРУЭ внутренней и наружной установки.
В обычных компоновках ОРУ 35—220 кВ с двойной системой сборных шин, проектируемых на ровной площадке, применяется двухрядное расположение выключателей с чередованием ячеек трансформаторов и линий.
С одной стороны от сборных шин располагается ряд трансформаторных выключателей, а с противоположной стороны от сборных шин — ряд выключателей линии.
По вертикали вся коммутация выполняется как бы в два яруса. Нижний ярус (иногда верхний) — это поперечная коммутация сборных шин; верхний ярус (иногда нижний) — это продольная коммутация присоединений: ячеек трансформаторов, междушинного выключателя, измерительных трансформаторов, разрядников и отходящих линий.
Чем выше напряжение, тем больше размеры площадок, и естественно желание сократить длину подстанции. С этой целью появились компоновки ОРУ с однорядным расположением выключателей.
Преимущество однорядных компоновок становится еще более существенным для полуторной схемы электрических соединений. При трехрядном расположении выключателей длина ОРУ получается очень большой, а при преимущественном чередовании ячеек трансформаторов и линий и ширина получается неоправданно большой (см. рис. 10-27 для ОРУ 500 кВ). Если для той же схемы и тоже с чередованием подключений принять однорядное расположение выключателей (см. рис. 10-29), длина ОРУ существенно сокращается, а ширина увеличивается всего в 1,5 раза. Площадь ОРУ уменьшается при этом в 1,4 раза.
Но чаще всего выбор двухрядной (трехрядной) или однорядной компоновки диктуется рельефом местности, где должно быть расположено ОРУ.

Рис. 10-19, Поясняющая схема к рис. 10-20: а — мостик; б — схема компоновки конструкции ОРУ 110 кВ

Рис, 10-20, ОРУ 110 кВ по схеме «мостик» с выключателями на линиях и в перемычке

Пряморядные компоновки (однорядные или двухрядные) применяются и для «фигурных» схем ОРУ, например для схем «мостик», «квадрат», схем многоугольников и других схем с поперечными связями блоков.
Покажем в виде примера схему «мостик» в конструкции ОРУ 110 кВ и компоновку ОРУ 220 кВ для схемы «квадрат», тоже при однорядном расположении выключателей. Вся коммутация ОРУ выполняется соответственно поясняющей схеме (схеме заполнения), которая помогает читать и понимать чертежи конструкций.
Рис. 10-19 и 10-20 — это схема «мостик» с выключателями в цепях линий. За линейными выключателями предусмотрена перемычка с двумя разъединителями, служащими для сохранения связи между линиями при ремонте одного или одновременно двух выключателей. Два разъединителя на перемычке необходимы для ремонта каждого из них одновременно с ремонтом (отключением) линии при работающей другой линии. В цепях трансформаторов предусмотрены отделители, служащие для дистанционного отключения трансформаторов при снятой нагрузке.
Полюсы разъединителей у выключателей первой цепи установлены перпендикулярно поперечным шинам. Полюсы разъединителей у выключателей третьей цепи установлены ступенчато и параллельно поперечным шинам. В этой цепи провода крепятся на дополнительных опорных изоляторах.
Поясняющая схема и фрагмент конструкции ОРУ 220 кВ для схемы «квадрат» представлены на рис. 10-21 и 10-22.
На рис. 10-23—10-25 представлено ОРУ 330 кВ, выполненное для схемы с двумя основными и обходной системами шин: на рис. 10-23 — схема заполнения, на рис. 10-24 — разрез по ячейке трансформатора, на рис. 10-25 — разрез по ячейке линии. В конструкции принято однорядное расположение выключателей, один автодорожный путь, коммутация расщепленными фазами при гибкой ошиновке.
Однорядная компоновка здесь возможна при подходе к сборным шинам всех присоединений с одной стороны. Если подходы от трансформаторов и линий предусмотрены с разных сторон ОРУ, появляется необходимость в трехъярусной коммутации отходящих линий (рис. 10-25), верхний ярус — ярус обхода сборных шин для присоединения с противоположной стороны (на рис. 10-24 это ячейки трансформаторов).

Рис. 10-2!, Поясняющая схема к рис. 10-22: а — квадрат; б — схема компоновки конструкции ОРУ 220 кВ

Рис. 10-22. Фрагмент ОРУ 220 кВ по схеме «квадрат». Разрез и план ячейки


Рис. 10-23. ОРУ 330 кВ для схемы с двумя основными и обходной системами шин. Схема заполнения

Рис. 10-24. ОРУ 330 кВ. Разрез и план ячейки силового трансформатора

Рис. 10-25. ОРУ 330 кВ. Разрез и план ячейки отходящей линии

Рис. 10-26. ОРУ 500 кВ для полуторной схемы электрических соединений с трехрядной установкой выключателей и размещением шунтовых реакторов со стороны линейных порталов:
1— высокочастотный дроссель; 2 — шунтовой реактор ОРУ. Нижний ярус — коммутация сборных шин, над ней — коммутация
Третий ярус коммутации требует повышенных опор и выносного кронштейна на крайней опоре для обхода второго яруса коммутации.
В рассматриваемой конструкции применены железобетонные опоры с оттяжками, порталы для сборных шин, столики на фундаментах под выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы и разрядники.
Вся коммутация ОРУ осуществляется соответственно схеме заполнения, которая помогает читать и понимать чертежи конструкций.
На рис. 10-26—10-30 представлены варианты конструкций ОРУ 500 кВ, различающиеся компоновкой оборудования ячеек в плане. Рисунки выполнены для одной и той же, в данном случае наиболее рекомендуемой по условиям надежности, полуторной схемы электрических соединений.
На рис. 10-26 — вариант трехрядной установки выключателей при расположении шунтовых реакторов со стороны линий. Здесь все выключатели трансформаторов располагаются в один ряд с одной стороны ОРУ (на рисунке справа), а все выключатели линий — в ряд с другой стороны ОРУ, т. е. не выполняется чередование ячеек трансформаторов и линий. Ширина ОРУ определяется шагом ячеек и их числом. На ОРУ предусмотрено три дороги вдоль трех рядов выключателей. Ширина дорог, проездов между аппаратами, высота опор и вся коммутация выбираются с обязательным учетом транспортных средств и габаритов монтажно-ремонтных механизмов.

Рис. 10-27. ОРУ 500 кВ для полуторной схемы электрических соединений с трехрядной установкой выключателей и чередованием присоединения трансформаторов и линий
Рис. 10-27 — то же, но с установкой шунтовых реакторов в один ряд с повышающими трансформаторами вдоль общего железнодорожного пути и с чередованием присоединения трансформаторов и линий. В этом варианте для выполнения коммутации с чередованием присоединений трансформаторов и линий потребовалось две ячейки по ширине для каждой пары присоединений, так что общая ширина ОРУ получилась в два раза больше.
При двухрядной установке (рис. 10-28) на продольном разрезе имеется четыре портала, из них два средних — это порталы сборных шин, а два крайних служат для подвески перемычек между выключателями. Чередование присоединений трансформаторов и линий здесь осуществляется просто, однако при двухрядной компоновке снижается наглядность монтажа, увеличиваются число ячеек по ширине и общая площадь ОРУ.
В компоновке по рис. 10-29 при однорядной установке выключателей продольная коммутация трансформатор — линия имеет четыре участка поперечных связей с порталами.

Рис. 10-28. ОРУ 500 кВ для полуторной схемы электрических соединений с двухрядной установкой выключателей и чередованием мест присоединения трансформаторов и линий
Из них два крайних служат для сборных шин, а два средних являются перемычками между выключателями. Однорядная компоновка также характеризуется меньшей наглядностью, увеличенной площадью ОРУ, увеличенным объемом металлоконструкции и числом гирлянд изоляторов.
Наконец, на рис. 10-30 приведена компоновка ОРУ с четырехрядным расположением выключателей. Принято Н-образное расположение сборных шин с Н-образным расположением каждой пары смежных цепей.
На рис. 10-31 показана идея принятой компоновки в упрощенном виде для П-образного расположения сборных шин с односторонним присоединением четырех цепей элементов и для Н-образного расположения сборных шин с двухсторонним присоединением восьми элементов.
Последняя схема (в) с размещением трансформаторов и линейных отходов с двух сторон ОРУ может найти применение при расширении ТЭС (второй корпус ТЭС с другой стороны ОРУ), на подземных ГЭС с выводами от генераторов на поверхность в разнесенных друг от друга шахтах ГЭС, для снижения уязвимости объекта и т. д.
В табл. 10-6 произведено сопоставление размеров площадок ОРУ, затрат металлоконструкций и гирлянд изоляторов для приведенных компоновок конструкций ОРУ.

Рис. 10-29. ОРУ 500 кВ для полуторной схемы электрических соединений с однорядной установкой выключателей и чередованием мест присоединения трансформаторов и линий

Рис. 10-30. ОРУ 500 кВ для полуторной схемы электрических; соединений с четырехрядной установкой выключателей. План и разрез

Рис. 10-31. ОРУ 500 кВ.
Поясняющие    схемы к рис. 10-30: а — исходная полуторная схема; б — П-образные СШ с односторонним двухрядным расположением выключателей; в — Н-образные шины с двусторонним четырехрядным расположением выключателей

Представляет интерес размещение конструкций ОРУ 500 кВ на весьма стесненной площадке, в узком каньоне нижнего бьефа ГЭС. На рис. 10-32 представлен фрагмент конструкции — разрез и план ячейки такого ОРУ. Здесь практически использованы все возможности, сопутствующие применению ограничителей перенапряжения ОПНИ-БООУ1. Сокращены все воздушные изоляционные промежутки (до 3 м) и все ремонтно-эксплуатационные промежутки, зависящие от них. Вертикально расположены участки поперечной коммутации, компактно установлены аппараты: выключатели ВВБК-500-50/3200У1, малогабаритные разъединители РГЗ-500/Э200У1 с межконтактным промежутком 3,1 м (с уменьшенной длиной полуножей), подвесные разъединители РПД-500-2/3200У1, ограничители перенапряжений ОПНИ-БООУ1 с заградителями на них, трансформаторы тока ТРН-500У1, трансформаторы напряжения НДЕ-500-72У1.
Все это дало возможность уменьшить шаг ячейки до 24 м вместо 28—31 м, а общую длину по фронту сократить на 48 м.
Каждый вариант рассмотренных компоновок имеет свои идеи построения, которыми определяется принцип компоновки, свое расположение сборных шин, свои особенности, обеспечивающие надежность, наглядность и удобство эксплуатации, и характеризуется числом опор, порталов, гирлянд, проводов, размерами площадок

Установка выключателей

На рис, 10-33 дана конструкция ОРУ 750 кВ, выполненная для полуторной схемы электрических соединений. Конструкция имеет четыре ячейки для восьми присоединений к шинам при трехрядном размещении выключателей. Общие размеры площадки 195x331 м, шаг ячейки 45 м. Высота ячейковых опор 34 м, шинных порталов 22 м, расстояние между фазами 10 м. В конструкции предусмотрены выключатели типа ВВБ-750 и разъединители типа РЛНД-750.
На рис. 10-34 и 10-35 представлена конструкция ОРУ 750 кВ для схемы многоугольника. Компоновка с однорядным расположением выключателей и зигзагообразной ошиновкой предусматривает при постепенном расширении последовательный переход от схемы треугольника к схеме квадрата и дальше к схемам пяти- и шестиугольника. Даются поясняющие схемы последовательного расширения. План выполнен для схемы треугольника.
На рис. 10-36 и 10-37 тоже дана конструкция ОРУ 750 кВ для аналогичной схемы многоугольника с возможностью расширения при сохранении установленных порталов сборных шин и оборудования. ОРУ скомпоновано с двухрядным расположением выключателей. При двухрядной компоновке по сравнению с однорядной требуется меньшее количество металлоконструкций, ошиновки и гирлянд изоляторов. Возможны и иные компоновки для других вариантов схем.

 

Рис. 10-32. Разрез и план ячейки малогабаритного ОРУ 500 кВ на базе ОПНИ-500У1

Рис. 10-33, ОРУ 750 кВ для полуторной схемы электрических соединений
1, 2, 3, 4 — номера ячеек

Рис, 10-34. ОРУ 750 кВ для схемы многоугольника с однорядным расположением выключателей. Поясняющие схемы и продольные разрезы

522

Рис. 10-35. ОРУ 750 кВ (к рис. 10-34). План по схеме треугольника
От трансформатора
Рис. 10-36. ОРУ 750 кВ для схемы многоугольника с двухрядным расположением выключателей. Поясняющие схемы и план I этапа

Рис. 10-37. ОРУ 750 кВ (к рис. 10-36). Разрезы ОРУ
В настоящее время осваивается напряжение переменного тока 1150 кВ для передачи больших мощностей от сверхмощных ГЭС на далекие расстояния и для магистральных межсистемных связей на обширных пространствах восточных районов нашей стране.
Конструкции ОРУ 1150 кВ двух цепей трансформатор - линия представлены: на рис. 10-38 для полуторной схемы с трехрядным расположением выключателей и чередованием присоединений трансформаторов и линий и на рис. 10-39 — тоже для полуторной схемы, но с вертикальной компоновкой сборных шин и однорядным расположением выключателей.

Рис. 10-38. ОРУ 1150 кВ для полуторной схемы с трехрядным расположением выключателей
Для облегчения усвоения этой компоновки приводится поясняющая схема.


В этих конструкциях применены горизонтальное расположение сборных шин и подвесные разъединители. Междуфазные расстояния 12 м, шаг ячеек 44 м, высота шинных опор 35 м, ячейковых и линейных опор 50 м.
Выбор варианта конструкции зависит от рельефа местности и габаритов удобной площадки при станции.

Рис. 10-39. ОРУ 1150 кВ для полуторной схемы с однорядным расположением выключателей

В последние годы в нашей стране и за рубежом для распределительных устройств 110—220 кВ и выше все шире внедряются конструкции с жесткой ошиновкой. Шинные опоры при этом собираются из опорно-штыревых изоляторов ОНШ-35-2000, которые рассматриваются как упругие опоры.
Электродинамическая стойкость шинных конструкций с подобными составивши изоляционными опорами зависит от жесткости и частоты собственных колебаний этих опор и определяется главным образом прочностью и надежностью опорных изоляторов. Расчет электродинамической стойкости неразрезных шин на упругих опорах, собранных из опорно-штыревых изоляторов, при недостаточно жестких соединениях требует специальной методики расчета.
Расчетные допустимые и разрушающие нагрузки составных шинных опор определяются исходя из момента сил в опасном сечении, расположенном на нижней плоскости фарфоровой шапки у заделки чугунного штыря.
С целью применения в реальных проектах разработаны также типовые рабочие чертежи ОРУ 330 и 500 к В для нормальных и загрязненных условий атмосферы, для II и IV районов условий по гололеду, типовые чертежи ОРУ 750 и 1150 кВ с подвесными разъединителями.

Примеры комплектных распределительных устройств.

Из отечественных конструкций комплектных распределительных устройств (КРУ) наиболее распространенными в нашей стране и характерными являются КРУ 3—10 кВ завода «Электрощит» (г. Куйбышев) с одной системой сборных шин и выключателей ВМГ-133 на 600 А (рис. 10-40).
Металлическая конструкция шкафа из профильной стали состоит из двух основных частей: стационарной Г-образной части и откатной каретки. В стационарной части сверху располагаются сборные шины, под ними контактная часть втычных шинных и линейных разъединителей, за ними (по схеме) на двух фазах предусмотрены измерительные трансформаторы тока, а рядом с ними— место для отхода кабеля с трансформаторе   тока нулевой последовательности. Рядом со сборными шинами находится отсек приборов вторичных устройств, в откатной каретке — выключатель с приводом.

Имеется блокировка безопасности, позволяющая откатить каретку (и вкатить на место) только при отключенном выключателе; следовательно, отключение и включение контактов разъединителей будет происходить при разомкнутой цепи, т. е. без тока. Каретка сменная, осмотр и ремонт выключателя производятся вне КРУ.
В зависимости от числа присоединений, предусмотренных электрической схемой, подбираются нужные шкафы, из которых собирается все РУ. Ширина каждого шкафа 1 м.
КРУ устанавливается в помещениях зального типа, имеющих подвал для разводки кабелей. Если подвала кет, то в полу помещения предусматриваются необходимые кабельные желоба и каналы.
Для наружной установки (КРУН) изготовляются шкафы, защищенные от попадания внутрь осадков и пыли и снабженные проходными втулками наружной установки. В виде примера приводится КРУН 10 кВ серии K-V1 завода «Электрощит», с выключателем типа МГГ-10 на 2 кА (рис. 10-41). Ячейка выполнена с воздушным вводом, размеры ее в плане 1,5x1,7 м, высота шкафа 3,5 м.
На рис. 10-42 представлена комплектная трансформаторная подстанция наружной установки (КТГ1Н) с трансформатором 100 кВ-А. КТПН транспортабельна, подключается к воздушной линии 6 или 10 кВ. Внутри шкафа на стороне ВН смонтированы разъединитель и трубчатый предохранитель. На стороне НН предусмотрены рубильники, предохранители и измерительные трансформаторы тока со счетчиками учета энергии. Выводы НН тоже воздушные.

Силовой трансформатор устанавливается снаружи шкафа, на выводы трансформатора надет металлический кожух для механической защиты выводов от внешней среды, а также для безопасности эксплуатации. Соединенные вместе металлический шкаф, бак трансформатора и камера выводов подключаются к общему контуру защитного заземления.
На напряжении 110 кВ широко применяются комплектные трансформаторные подстанции типа КТПБ Куйбышевского завода «Электрощит». Со стороны низшего напряжения трансформаторов подстанция КТПБ-110 комплектуется КРУН 6 (10) кВ.

Преимуществами КТПБ перед подстанциями «рассыпного» типа являются большая компактность, меньшая площадь земельного участка для размещения ПС, быстрота ввода в эксплуатацию.
Создаются в нашей стране и конструкции герметизированных комплектных РУ с элегазовой изоляцией (КРУЗ), Эти РУ комплектуются из стандартных элементов. Герметизация металлической заземленной оболочки и работа по замкнутому циклу обеспечивают безопасность и отсутствие выбросов горячих газов и пламени в атмосферу, а также заметного шума при отключениях.
Эти РУ безопасны и для окружающей среды (экранирование электрических и магнитных полей), имеют полную комплектность поставки с одного предприятия для РУ любого типа, сжатые сроки монтажа и увеличенные межремонтные сроки.

На рис. 10-43 показана конструкция выпускаемой в нашей стране ячейки элегазовой трехполюсной, серии ЯЭ-110, на 110 кВ, в трехфазном исполнении, а на рис. 10-44 — ячейки ЯЭ-220, на 220 кВ, в однофазном исполнении. Эти ячейки предназначены в основном для закрытых подстанций глубокого ввода на территорию предприятий и жилых массивов. В них входят все элементы схемы электрических соединений: выключатели, разъединители, заземлители, трансформаторы напряжения и тока с аппаратурой управления, контроля, сигнализации, измерений и блокировки, что позволяет собрать любую схему подстанции. Изоляция — элегаз и литые из специальных смол изоляторы,
Рис. 10-40. КРУ завода «Электрощит» для напряжения 3—10 кВ с одной системой шин 1 — тележка с выключателем; 2 — механизм блокировки; 3 — отсек выключателя с : тележкой; 4 — отсек приборов; 5 — короб оперативных цепей; 6 — отсек сборных шин; 7 —  съемный лист сборных шин; 8 — шинные разъединяющие контакты первичной цепи; 9 — отсек трансформаторов тока и кабель; 10 — линейные разъединяющие контакты первичной цепи

Рис. 10-41. КРУН завода «Электрощит» для напряжения 10 кВ с одной системой шин. Шкаф ячейки ввода на 2 кА с выключателем типа МГГ-10
служащие для фиксации токоведущих частей в герметическом корпусе.
РУ может быть размещено в относительно малогабаритном помещении. Ячейки транспортабельны. Смонтированные на платформах, они могут применяться в качестве передвижных РУ и использоваться при строительстве мощных станций. Это существенно сократит сроки сооружения РУ и количество монтажного персонала.
Помещения РУ с элегазовый оборудованием оснащаются вентиляцией, которая должна работать ежедневно не менее 1—2 ч, а при техосмотрах и ремонтах — беспрерывно.
Резюмируем преимущества ПС с КРУЭ по сравнению с ПС на обычном оборудовании:
сильно уменьшаются площади земельных участков под ПС (з 3—8 раз); уменьшение тем сильнее, чем выше класс напряжения;

Рис. 10-42. Комплектная трансформаторная подстанция наружной установки типа КТПН 6—10/0,4 кВ с трансформатором 100 кВ-А

1 — шкаф распределительный; 2 — заземлители; 3 — выключатель; 4 — трансформатор тока; 5  — разъединитель; 6 — 1 фаза сборных шин; 7 — вводы фазы кабеля

Рис. 10-44. Ячейки элегазовые трехполюсные ЯЭ-220 с одной системой сборных шин

Рис. 10-43. Ячейка элегазовая трехполюсная ЯЭ-110 с двумя системами сборных шин
1 — шкафы распределительный и полюсный; 2 — заземлители; 3 — кабельная приставка; 4 — системы трехфазных сборных шин; 5 — вводы кабельные; 6 — разъединители; 7 — трансформаторы гока;  8  — выключатель; 9 — крышка крайней ячейки; 10 — привод выключателя; 11 — опора

Рис. 10-45. КРУЭ 110 кВ облегченного типа с двумя системами сборных шин и с вертикальным расположением выключателей

сокращаются объемы строительно-монтажных работ и сроки строительства; сокращение также тем больше, чем выше класс напряжения ПС;
значительно снижается шум от РУ, что дает возможность размещать ПС непосредственно в центре нагрузок, т. е. в центре жилых застроек;
КРУЭ обладают высокой надежностью в эксплуатации и значительно большими межремонтными сроками;
на ПС с КРУЗ исключено биологическое воздействие на человека в электрическом поле, что особенно важно для ПС высокого и сверхвысокого напряжения;
значительно сокращается расход металла на строительные конструкции; он тем меньше, чем выше класс напряжения ПС.
Приводим сравнение ЗРУ и КРУЭ одинаковых параметров (220/110/10 кВ, 400 MB-А), т. е. обычной ПС и ПС с элегазовый оборудованием, расположенных в закрытых помещениях:

Компоновка КРУЭ 110 кВ облегченного типа показана на рис. 10-45. Конструкция предусмотрена для двойной системы сборных шин. Подача напряжения на системы шин производится сверху сквозь кровлю здания, ответвления присоединений выполняются сквозь левую боковую стену. Возле каждой ячейки монтируются щиты управления и защиты. Конструкция простая, надежная, удобная и безопасная для эксплуатации.

Рис, 10-46. КРУЭ 245 кВ с двумя системами сборных шин и с вертикальным расположением выключателей: а — поясняющая схема; б конструкция  1 -  кабельная муфта; 2 — разъединитель; 3 — заземлитель; 4 выключатель

Рис. 10-47. КРУЭ 220 кВ для полуторной схемы электрических соединений подземной ГЭС
Несколько иной вариант компоновки показан на рис. 10-46. Здесь выполнена конструкция тоже для двойной системы сборных шин, но с обособленными (разделенными) фазами. Системы двух шин каждой фазы отнесены от систем других фаз.
Все РУ выполняется в виде трех одинаковых конструкций для фаз А, В и С, каждая с двумя системами шин своей фазы. В средней части каждой конструкции расположены тубы однофазных выключателей, рядом — ножи заземлителей. Отвод коммутации от конструкции осуществляется однофазными кабелями.

Рис. 10-48. КРУЭ 220 кВ. План к рис. 10-47
На рис. 10-47 показан поперечный разрез, а на рис. 10-48 — план герметизированного элегазового комплектного распределительного устройства на напряжение 220 кВ, выполненного для полуторной схемы электрических соединений подземной ГЭС. Силовые повышающие трансформаторы с масло-водяной системой охлаждения установлены в первом этаже здания. Со стороны НН они соединяются с генераторами комплектными экранированными токопроводами.
Во втором этаже располагается конструкция РУ, слева и справа — системы сборных шин, между ними три ряда выключателей. Соединение РУ с трансформаторами и отходы линий передачи осуществляются трехфазным кабелем. На кровле здания установлены разрядники.