ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИЙ К ОКРУЖАЮЩЕЙ МЕСТНОСТИ В ГОРОДСКИХ И СЕЛЬСКИХ РАЙОНАХ *
Р. КЕЙКБРЕД (Великобритания), М. ДЕЛИ (Франция) ,
Н. ТОМАТИС (Италия), В. КИВИТ (ФРГ)
*Adaptation of substations to their environment both an urban and rural areas, including noise problems and oil polution of subsoil. R. J. Cakebread, M. Delis, N. Tomatis, W. Kiwit.
Доклад 23-07 на сессии СИГРЭ 1972 г., представленный от Исследовательского комитета № 23 (подстанции) рабочей группой 23.04. Перевод с английского О. Ю. Якуб.
ВВЕДЕНИЕ
Производственная деятельность человечества более века воздействует на окружающую его среду, однако только в последние годы общественность и правительства стали проявлять широкий интерес к этому вопросу. Воздействия, вызываемые подстанциями высокого напряжения, имеют главным образом визуальный и акустический характер или связаны с утечкой трансформаторного масла. В новых установках возможно снижение этих воздействий, как правило, до приемлемых уровней при соблюдении определенных правил или предупредительных мер.
Рабочая группа 23.04 изучила воздействия, вызываемые подстанциями, сделала обзор опыта ряда стран и подготовила настоящий доклад, который дает предложения по защите окружающей среды в будущем. Доклад был обсужден Исследовательским комитетом
№ 23.
Внешний вид подстанции
При сооружении подстанций предъявляются большие требования к их внешнему виду, на котором отражается высота электрооборудования, подвески ошиновки и строительных конструкций, а также опор линий электропередачи, особенно тех, которые расположены
вблизи подстанции. В некоторых местностях может иметь значение площадь, занимаемая подстанцией.
Визуальное воздействие подстанций на окружающую их среду можно свести к минимуму путем соответствующего размещения, приспособления или огораживания. Однако при перспективном проектировании подстанций следует иметь в виду увеличение их стоимости в результате учета вышеуказанных мероприятий.
- Размещение. Предпочтительно, чтобы там, где это возможно, подстанции не размещались:
среди красивых природных мест, парков, зон отдыха или поблизости от них;
среди густонаселенных районов;
на высоких отметках, например на вершинах холмов.
Там, где это возможно, предпочтение должно быть отдано участкам, которые:
обеспечивают естественное укрытие, например имеют деревья или холмы;
удобны для обеспечения искусственного укрытия земляными насыпями, зелеными насаждениями или ограждениями.
Если оборудование создает шум или радиопомехи, которые трудно ограничить, не следует размещать его вблизи жилых районов.
Выбор места и размещение подстанции должны быть тщательно увязаны с другими установками, такими, как электростанции или распределительные устройства низших напряжений. При этом площадь участка может быть сведена к минимуму, длины соединений между распределительными устройствами и электростанцией могут быть уменьшены, а подходы или пересечения линий электропередачи, имеющие некрасивый внешний вид, могут быть исключены или сведены к минимуму.
- Внешний вид. Для того чтобы «вписать» подстанцию в окружающий ландшафт, архитектор может сделать выбор между различными видами оформления некоторых элементов подстанции, не затрагивая технических решений или компоновки.
Там, где требуются выемки или насыпи, планировку следует производить с учетом топографии местности. В некоторых случаях предпочтительно устройство террас. Там, где возможен выбор материалов строительных конструкций, они должны соответствовать окружающей местности. Территория участка должна соответствовать окружающей местности, например покрыта щебнем или травой, и должна быть очищена от сорных трав. Архитектура зданий должна соответствовать окружающей местности. Строительные конструкции могут быть окрашены в цвета, либо гармонирующие с окружающей средой, либо контрастные (возможно, отражающие функции электрооборудования).
Необходимо проводить тщательные изыскания трасс подъездных дорог. Трассы по возможности должны следовать топографии местности. Материал покрытия дорог должен соответствовать окружающей местности.
Для улучшения или упрощения внешнего вида установок может быть целесообразным выполнение некоторых из их элементов подземными. Телефонные кабели и кабели низкого напряжения должны быть проложены под землей, а там, где это экономически целесообразно, все или часть линий электропередачи относительно более низкого напряжения могут быть выполнены подземными на некотором расстоянии от подстанции.
Трассы линий электропередачи на подходах к подстанции должны прокладываться так, чтобы не портить внешний вид последней. Как правило, следует избегать опор с оттяжками. В ряде случаев тщательно спроектированные осветительные установки могут улучшить внешний вид подстанции, однако не следует применять некрасивые осветительные вышки. Складские территории должны содержаться в порядке и должны быть укрыты с помощью ограждений, деревьев или кустарников.
- Огораживание применяется в течение многих лет и выполняется либо в виде сплошных ограждений, либо путем размещения подстанции в лесистой местности.
Из-за малого интереса к окружающей обстановке и нежелания затрачивать средства на огораживание лишь небольшое количество подстанций выполнено таким образом.
В 60-х годах пробудился общественный интерес к защите окружающей среды (в частности, в Великобритании и США). Это совпало с периодом создания систем более высокого напряжения (300— 500 кВ) с оборудованием значительно больших размеров. Стало значительно труднее, особенно в промышленных странах, получать разрешения на строительство воздушных линий электропередачи и подстанций, а иногда условия бывают таковы, что для получения разрешения необходимы значительные затраты на огораживание подстанций. В некоторых случаях это достигается с помощью деревьев, земляных насыпей и кустарника.
С учетом высокой стоимости огораживания особое внимание должно быть уделено методам улучшения внешнего вида и различным приемам оформления, например применению окрашенных панелей в конструкциях, как это, в частности, имеет место в США.
Особенно важно то, что это побуждает проектировщиков подстанций учитывать необходимость улучшения внешнего вида подстанций при проектировании новых установок.
- Технические решения и компоновки подстанций. Инженеры, отвечающие за проектирование и компоновку распределительных устройств, должны обеспечивать соблюдение многих технических и эксплуатационных требований. Это оказывает большое влияние на общую стоимость, которая в значительной степени зависит от размеров площадки и высоты, в частности строительных конструкций, обусловленных выбранным типом сборных шин и соединений, а следовательно, способом их крепления. Очень высокий уровень подвески ошиновки в распределительных устройствах сверхвысокого напряжения обычно требует применения очень высоких и тяжелых порталов для ее крепления, в связи с чем должен быть сделан выбор исполнения и материала таких конструкций.
Инженеры, занимающиеся проектированием и компоновкой распределительных устройств, должны уметь оценить роль окружающей среды и влияния ее на подстанцию в целом и ее связи с другими энергетическими установками.
Гораздо лучше при проектировании подстанции не ограничиваться удовлетворением только технических требований, оставляя архитектору задачу укрытия установки или приспособления ее к окружающей среде, а на всех стадиях проектирования принимать во внимание окружающую среду. Следовательно, необходимо, чтобы проектировщики подстанций имели некоторые навыки в части основных принципов строительного проектирования и ландшафтной архитектуры.
При проектировании подстанций сверхвысокого напряжения могут возникнуть противоречия между техническими требованиями и необходимостью максимального снижения стоимости или создания привлекательного внешнего вида. Прежде всего следует определить, важно ли сохранить нетронутой окружающую местность. Вопрос
о том, кто должен нести эти расходы (государство или энергоснабжающая компания), не входит в задачу настоящего доклада. Однако, если подстанция может быть спроектирована так, что ущерб окружающей местности будет ничтожным, расходы могут быть сведены к минимуму. Мастерство проектировщика подстанций может быть при этом направлено на минимизацию расходов не только за счет хороших технических решений, но и с учетом обеспечения привлекательного внешнего вида.
Во многих странах с развитой системой электроснабжения наиболее целесообразное использование мастерства проектировщиков подстанций достигается за счет применения типовых решений, когда одна основная компоновка распределительного устройства используется для десяти или двадцати установок. Так, например, узлы сборных шин и соединений, которые применяются по многу раз, выбраны на базе детальной разработки и всесторонних испытаний.
Однако у каждой подстанции имеет место свое окружение, поэтому может показаться, что есть противоречие между типизацией и индивидуальными условиями окружающей обстановки у каждой отдельной подстанции. Решение этого противоречия служит проверкой мастерства проектировщика.
Технические решения проекта подстанции имеют научную основу и должны быть объективными. Необходимо признать, что мнения относительно внешнего вида подстанций и их воздействия на окружающую среду являются субъективными. Невозможно, следовательно, установить основные принципы проектирования привлекательного внешнего вида, не учитывая, что эти принципы могут служить только руководством для проектировщика подстанций и способствовать внимательному отношению со стороны инженеров к проблеме окружающей среды.
Некоторые предлагаемые методы улучшения внешнего вида подстанций с помощью технических решений приведены ниже для стимулирования их обсуждения.
Наиболее распространенным методом улучшения внешнего вида подстанции является общее уменьшение высоты. На открытых подстанциях наиболее удобно и экономично размещать основную массу оборудования на уровне земли или возможно ближе к нему. К этой категории относятся силовые трансформаторы и их охладители, выключатели, измерительные трансформаторы, а также здания вспомогательных установок и релейных панелей, которые в связи с их количеством и расположением не имеют приятного внешнего вида. Такие элементы можно располагать за заборами, деревьями или земляными насыпями.
Сборные шины и разъединители тоже могут быть размещены низко, но при этом увеличивается площадь участка и стоимость его. Обычно оборудование размещается на трех ярусах. Разъединители и их опорные конструкции обычно массивнее сборных шин, и их предпочтительно размещать на нижнем ярусе, затем сборные шины, а ошиновка, соединяющая сборные шины с выключателями и далее с выходными порталами, обычно располагается на верхнем ярусе и выполняется из гибких проводов, подвешенных к порталам,— наиболее высоким элементам подстанции.
Такая компоновка применяется во всем мире, и именно против ее внешнего вида возражают главным образом сторонники защиты окружающей среды.
С учетом эстетических требований были разработаны новые технические решения для выполнения ошиновки. Задача заключалась том, чтобы верхний ярус ошиновки не выделялся, а там, где он видим, он должен быть красиво оформлен.
Одно из решений заключается в применении сборных шин из труб, размещенных на верхнем уровне и поддерживаемых только жесткими связями, опирающимися на шинные разъединители. Другое решение заключается в том, что одна система сборных шин, расположенная на нижнем ярусе, соединяется с выключателем аркой и перекрывает вторую систему сборных шин и ее разъединитель. Эта трехшарнирная арка имеет форму перевернутого U, выполнена в виде сварной решетчатой конструкции из алюминиевых труб и представляет собой элемент, используемый в мостовых конструкциях. Алюминиевые арки не выделяются ни в солнечную, ни в пасмурную погоду. Высота арок в распределительном устройстве 400 кВ равна 16 м, высота изоляторов, поддерживающих арки, 10,5 м над уровнем земли. Оба эти решения потребовали специальной конструкторской разработки и испытаний макетов, изготовленных в натуральную величину, однако затраты на их создание могут быть распределены между рядом типовых подстанций, и в обоих случаях экономический эффект получается за счет снижения стоимости и уменьшения площади участка.
В результате увеличения нагрузок и токов короткого, замыкания, а также и по другим причинам, в настоящее время имеет место тенденция отказа от применения гибких токопроводов и замены их в распределительных устройствах сверхвысокого напряжения жесткими, обычно трубчатыми.
Сейчас ведется дальнейшая разработка жесткой ошиновки, изучается ее поведение при воздействии на нее токов к. з. и проверяется пригодность сварных алюминиевых конструкций. Следует заметить, что при применении более длинных пролетов между опорами и самонесущих конструкций можно сократить число опорных изоляторов. При этом снижается стоимость, увеличивается надежность и улучшается внешний вид.
- Подстанции в условиях городской застройки. Большинство из сказанного выше относилось к сельским районам, но может быть применено и к городским условиям. Однако в городах имеются свои специфические проблемы. Земля здесь обычно дорогая, и ее трудно получить, тогда как потребность в электроэнергии большая и концентрированная. Городские подстанции имеют, как правило, меньшее количество присоединений, а значит, и меньший габарит, чем подстанции в сельских районах. В последние годы для городских подстанций для уменьшения площади стали применяться комплектные распределительные устройства (КРУ), причем их обычно большая стоимость компенсируется экономией за счет меньших затрат на земельный участок.
Так как размеры силовых трансформаторов сохраняются, то преимущества от применения КРУ не всегда реализуются. Положительные результаты получены при применении трансформаторов со специальными вводами; значительное уменьшение занимаемой площади ожидается при сокращении изоляционных расстоянии (например, при применении токопроводов, заполненных элегазом). Выгодно также применение бесшумных трансформаторных охладителей малого объема, например водомасляных теплообменников.
Мастерство проектировщиков должно сделать возможным разработку распределительных устройств с воздушной изоляцией для городских районов. Сооружены (например, в Японии) полностью размещенные под землей подстанции сверхвысокого напряжения, однако они очень дорогие; при этом особенно велики затраты на приспособление высоковольтного оборудования. Открытое распределительное устройство может быть размещено на крыше административного здания или многоэтажного гаража. Силовые трансформаторы при этом будут установлены на уровне земли и полностью огорожены или под землей в подвальном помещении. Распределительное устройство на крыше должно быть огорожено декоративной балюстрадой и соединено с трансформаторами кабелем.
1.6. Подстанции ультравысокого напряжения. Реально, что в будущем будут сооружаться электрические сети напряжением от 1 000 до 1 500 кВ. Линии и распределительные устройства с воздушной изоляцией будут очень больших размеров, и в некоторых странах могут возникнуть чрезвычайные сложности с получением разрешения на их сооружение. Подстанции при этом будут настолько большими, что огораживание и приспособление их к окружающей местности будут нереальными. Технические проблемы будут ограничивать выбор проектных решений.
Воздействие подстанций на окружающую среду будет почти всецело зависеть от технических решений, так что ответственность инженера будет большей, чем в прошлом. Были бы желательными разработка нескольких вариантов и обсуждение их с архитекторами, планировочными ведомствами и другими заинтересованными организациями. Важно, чтобы задача проектирования подстанций с хорошим внешним видом была признана заслуживающей специального изучения и была реализована при проектировании всех подстанций ультравысокого напряжения как можно раньше.
Если бы удалось разработать КРУ ультравысокого напряжения, проблемы защиты окружающей местности значительно бы упростились.
