При напряжении 110 кВ и выше при нормальной окружающей среде обычно применяются открытые подстанции. При напряжении 35 кВ применяются как открытые, так и закрытые подстанции. Последние целесообразны в сетях с небольшими токами короткого замыкания и, следовательно, с менее громоздкой и дорогой аппаратурой (включатели С-35, ВМК-35). Трансформаторы 35—220 кВ на ШП, ПГВ и для преобразовательных агрегатов обычно устанавливаются открыто.
Подстанции глубоких вводов (ПГВ) 35 —220/6—10 кВ располагаются в непосредственной близости ж наиболее крупным энергоемким производствам и корпусам с концентрированной нагрузкой, как, например: прокатные цехи; электросталеплавильные «цехи; сталепроволочные и крепежно-калибровочные блоки метизных заводов; обогатительные фабрики и вооружения дальней передачи коксового газа на коксохимических производствах; плавильные цехи ферросплавных производств (электропечные подстанции) со стороны печного пролета; корпуса обогащения, обжига и агломерации рудоподготовительных предприятий; крупные заводы огнеупоров с установленной мощностью электроприемников в пределах более 15 000 и до 75 000 квт и другие производства разных отраслей промышленности.
При выборе места ГПП и ПГВ на предприятиях черной и цветной металлургии, нефтяной и горнодобывающей промышленности и других нужно исходить также из минимальных потерь полезных ископаемых под площадкой подстанции.
На карьерах ГПП сооружаются вне зоны взрывов, чтобы действие взрывной волны не отражалось на нормальной работе электрооборудования.
На рис. 30 представлен пример конструктивного решения открытой подстанции на напряжение 110 кВ, выполненной без выключателей и без сборных шин первичного напряжения с применением короткозамыкателей и отделителей. Питание такой подстанции может производиться как отпайками от проходящей двухцепной линии, так и от двух радиальных линий. В последнем случае отделители не устанавливаются. Распредустройство 6—10 щ принято с одной системой шин, разделенной на четыре секции. В нем применены комплектные камеры типа КРУ. На рис. 30 показано распредустройство 6—10 кВ в отдельно стоящем здании, но его можно встроить в производственный корпус без нарушения общей компоновки подстанции 110 кВ.
На некоторых промышленных предприятиях (химии, черной и цветной металлургии и др.) имеют место неблагоприятные условия окружающей среды: сильная загазованность, запыленность и другие производственные выделения, вредно действующие на изоляцию и токоведущие части и вызывающие аварии на подстанции.
Поэтому выбор места, типа и схемы подстанций глубоких вводов 35- 220 кВ производится с учетом расположения технологических производств, выделяющих пыль и агрессивные газы и оказывающих вредное влияние на аппаратуру или загрязняющих ее, например коксохимические производства, заводы огнеупоров, обогатительные фабрики, мартеновские цехи и другие производства с вредными выделениями.
Рис. 30. Открытая понизительная подстанция с первичным напряжением 110 кВ и вторичным напряжением 6 или 10 кВ с двумя трансформаторами мощностью по 40000 кВА с расщепленными обмотками вторичного напряжения.
а — план подстанций; б — разрез; 1 — ОРУ 110 кВ: 2 ЗРУ 6—10 кВ; 3 — трансформатор; 4 — ЛЭП 110 кВ; 5 — ремонтная площадка; 6 — молниеотвод; 7 — защитный трос; 8 — разъединитель; 9 — отделитель; 10 — короткозамыкатель; II — разрядник; 12 — железнодорожный путь; 13 выводы от расщепленных обмоток трансформатора.
В зависимости от степени близости к источникам выделения вредностей (например, мартеновский цех) установлены зоны, в которых можно размещать открытые подстанции только с усиленной изоляцией или даже совсем нельзя их ставить. В этих случаях особо тщательно выбирается место расположения открытых подстанций с учетом розы ветров и преобладающего их направления, характера и степени концентрации выделяемых вредностей, протяженности распространения и направления вредных выделений, а также зон преимущественного их оседания, степени их воздействия на изоляцию электроустановок и устойчивости образуемых осадков на изоляции.
Подстанции нужно располагать по возможности таким образом, чтобы они не попадали в факел загрязнений или в полосу уносов. Это особенно важно при неблагоприятных условиях увлажнения: изморозь, туман, мокрый снегопад. Но при этом возникают большие затруднения, так как формы факела загрязнений и характер распространения газовых уносов весьма разнообразны, непостоянны и зависят от многих факторов, которые трудно предвидеть заранее [Л. 2].
Чем больше на подстанции аппаратов, изоляторов и голых токоведущих частей и контактов, тем больше вероятность их повреждения. Поэтому крупные и ответственные узловые распределительные подстанции (УРП) 110—220 кВ, на которых производится прием электроэнергии от энергоснабжающей системы и ее дальнейшее распределение (иногда с трансформацией) по предприятию (см. рис. 11, 16, 17 и 34), нужно выносить за пределы загрязненной зоны и располагать их у ее границы [Л. 2]. Прочие же подстанции 35—220 кВ, которые питаются от этой узловой подстанции и размещаются непосредственно возле обслуживаемых ими производственных объектов или районов предприятия, нужно выполнять по самой простой схеме (см. рис. 18, а—в) и питать их радиальными линиями. На таких подстанциях практически остаются только одни трансформаторы с глухим присоединением линий. Наиболее надежное решение дают трансформаторы со специальными кабельными вводами 110—220 кВ.
На рис. 31 представлена двухтрансформаторная подстанция на напряжение 110/10 кВ с глухим присоединением открыто установленных трансформаторов с расщепленными обмотками 10 кВ и шинными вводами 10 кВ. Трансформаторы питаются по радиальным кабельным линиям 110 кВ по схеме линия — трансформатор. Кабель 110 кВ заводится непосредственно в трансформатор без коммутационной аппаратуры. На случай роста нагрузок предусмотрено расширение подстанций путем установки третьего трансформатора.
Распределительное устройство 10 кВ закрытое, состоящее из комплектных шкафов КРУ серии КР-10/500, рассчитанных на повышенные значения токов короткого замыкания: мощность отключения выключателей при напряжении 10 кВ 500 МВА, ток отключения 29 кА.
Выключатели имеют электромагнитные приводы, работающие на выпрямленном оперативном токе.
Шкафы КРУ расположены в два ряда в одноэтажном здании. Применение трансформаторов с расщепленными обмотками 10 кВ и шкафов КР-10/500 позволило отказаться от установки токоограничивающих реакторов, что значительно упростило компоновку закрытой части (подстанции и уменьшило ее объем на 20%.
В отличие от общепринятой компоновки при воздушных линиях 110 кВ вводы 110 кВ трансформаторов обращены к стене ЗРУ 10 кВ. Это значительно облегчает выкатку трансформаторов в случае их ревизии или ремонта при эксплуатации.
Рис. 31. Двухтрансформаторная подстанция с глухими кабельными вводами 110 кВ. 1 — трансформатор 110/10 кВ. 2 — ввод кабеля 110 кВ в трансформатор; 3 шинопровод 10 ко. 4 - шкафы КРУ 10 Кв: 5 — кабель 110 кВ.
Кабели 110 кВ проходят в подвале РУ 10 кВ. Там же расположены баки давления. Подвал оборудован автоматическим пожаротушением и сигнализацией появления дыма. Соединение выводов 10 кВ трансформатора с КРУ 10 кВ выполнено комплектными шинопроводами заводского изготовления.
Такое выполнение подстанции является наилучшим решением для загрязненных зон. При отсутствии специальных трансформаторов с кабельными вводами можно применить решение, приведенное на рис. 32. Вводы трансформаторов 110—220 кВ при этом выполняются с усиленной изоляцией на следующий класс напряжения. Выводы вторичного напряжения 6—10 кВ выполняются шинами в закрытых коробах или кабелями. РУ 6—10 кВ наиболее целесообразно встраивать в цех, так как отдельно стоящие распредустройства трудно разместить на загруженной территории предприятия.
Рис. 32. Подстанция с кабельным глубоким вводом 110 кВ при отсутствии специальных трансформаторов.
В тех случаях, когда по условиям общей схемы электроснабжения приходится все же применять в загрязненной зоне так называемые «отпаечные» подстанции, нужно учитывать недостаточное качество отделителей и короткозамыкателей и поэтому выбирать наиболее простую схему коммутации и наиболее компактное конструктивное выполнение подстанции. Не следует устраивать перемычки (мостики) между двумя линиями, рекомендуется исключить короткозамыкатель и применить схему с подачей отключающего импульса, можно отказаться от разъединителя и применить «ремонтный разъем» ошиновки. Тогда в схеме подстанции останется только отделитель и она приблизится к простейшей схеме, показанной на рис. 18, а.
Пример компактного решения закрытой отпаечной подстанции глубоких вводов 110 кВ (ПГВ) в загрязненной среде при воздушных вводах приведен на рис. 33, а.
Подстанция имеет закрытые распределительные устройства 6—10 и 110 кВ и может быть установлена в любой зоне загрязнения. При этом вводы открыто установленных трансформаторов и вводы в ЗРУ 110 кВ делаются с усиленной изоляцией или выбираются на следующий класс напряжения. Если подстанция размещается во второй зоне загрязнения (Л. 1), то распредустройство 110 кВ может быть открытым, но с усиленной изоляцией. При этом общая компоновка и занимаемая площадь не изменяются. Компактность подстанции достигается тем, что распределительное устройство 110 кВ размещено над распредустройством 6—10 кВ.
Закрытое распределительное устройство 110 кВ в загрязненной зоне целесообразно потому, что при переходе на следующий класс изоляции не всегда можно получить полный набор необходимой аппаратуры на напряжение 154 кВ и приходится применять дорогую и громоздкую аппаратуру на 220 кВ.
При напряжении 35 кВ в загрязненных зонах выгоднее применить ЗРУ, чем переходить на изоляцию 110 кВ. На рис. 33, в показан пример выполнения закрытой двухтрансформаторной подстанции 35/6—10 кВ. Распределительные устройства первичного и вторичного напряжения размещены в одном одноэтажном здании.
Приведенные на рис. 31, 32 и 33 варианты выполнения подстанций глубоких вводов целесообразны не только в загрязненных зонах, но и во всех других случаях, когда площадка -предприятия стеснена различными сооружениями и коммуникациями, что часто имеет место на современных промышленных предприятиях.
Ряс. 33. Закрытые «отпаечные» подстанции 110/6—10 кВ и 35/6—10 кВ с применением отделителей и короткозамыкателей, а — подстанция 110/6—10 кВ; 6 — 35/6—10 кВ.
На рис. 34 показан пример конструктивного выполнения небольшой узловой открытой распределительной подстанции 110 кВ (УРП) промышленного предприятия. Она имеет смешанные линии 110 кВ. Все питающие и транзитные линии, а также линии, питающие подстанции 110 кВ данного предприятия, расположенные в зонах с нормальной средой, выполнены воздушными. Линии, питающие подстанции глубоких вводов 110 кВ, расположенные в загрязненных зонах, выполнены кабельными. Для Крупных и особо ответственных предприятий предусматривается сооружение двух таких УРП, расположенных с противоположных сторон площадки. При открытом выполнении распределительных устройств в загрязненных зонах возникают дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с обеспечением надежности работы внешней изоляции, с затратами на ликвидацию последствий отключений и аварий по причине загрязнения изоляции, а также ущерб, наносимый потребителям электроэнергии авариями и отключениями по указанным причинам. Но при этом следует помнить, что если число вводов в ЗРУ получается не меньше, чем число изоляторов при открытой подстанции, то сооружение ЗРУ с точки зрения загрязнения изоляции становится нецелесообразным.
В зонах с большими выделениями пыли, например на цементных заводах, рекомендуется применять для закрытых подстанций строительные конструкции повышенной плотности, а в некоторых случаях предусматривать повышенное избыточное давление внутри зданий и постоянное устройство для удаления пыли. В пыльных зонах не следует применять наружные комплектные распределительные устройства (КРУН), так как они не обеспечивают надлежащей зашиты от загрязнения.
Рис. 34. Пример конструктивного выполнения открытой узловой распределительной подстанции 110 кВ со смешанными (кабельными у. воздушными) линиями. 1 — концевая муфта, маслонаполненного кабеля: 1 - разъединитель трехполюсный с заземляющими ножами; 3— свинцовая труба, соединяющая концевую муфту с баком давления; 4 — ограждение вокруг муфты; 5 — бак давления с манометром для контроля за давлением масла в линии; мачта: 7 —гирлянды изоляторов; 8 — провод; 9 - масляный выключатель.
В районах Крайнего Севера и вечной мерзлоты к подстанциям предъявляются дополнительные требования, обусловленные низкой температурой, гололедами, большими снежными заносами и сильными ветрами и вечномерзлыми грунтами. Электрооборудование таких подстанций выбирается холодоустойчивого исполнения, могущее работать при температуре до—60° С. Подстанции устанавливаются в местах с наименьшими снежными заносами с учетом преобладающего направления ветров. Схемы коммутации выбираются простейшие, отделители и короткозамыкатели не применяются впредь до коренного улучшения их конструкций. Широко применяются глухое присоединение трансформаторов к питающим линиям. Трансформаторы должны выбираться таким образом, чтобы они несли постоянную нагрузку не менее 50% их мощности во избежание загустевания масла и нарушения его циркуляции. Открытые подстанции хотя и допускаются, но предпочтительнее закрытые распредустройства с открытой установкой только трансформаторов, даже в том случае если стоимость этого варианта несколько превышает стоимость варианта ОРУ.
Закрытые РУ выполняются отапливаемыми и с продуваемыми подвалами, в которых обычно располагаются кабели. При открытом варианте легкие аппараты: разъединители, разрядники, измерительные трансформаторы располагаются на высоте около 3—3,5 м и сооружаются площадки для их обслуживания. В стесненных условиях ОРУ 110 кВ сооружается на крыше здания, а трансформатор ставится рядом открыто.
