В условиях постоянного развития, стремительного изменения внешних условий человеку приходится приспосабливаться, совершенствоваться и подбирать новые ключи к дверям, открывающим путь в будущее. В данной статье хотелось бы поговорить об одном из таких ключей в энергетике: современных блочно-модульных подстанциях. Какие они – подстанции сегодняшнего дня и ближайшего будущего, что можно улучшить с их помощью и какие задачи побуждают их создание? Эти и другие вопросы осветим ниже.

Трансформаторная подстанция – это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств.

Так выглядит большинство подстанций 35 кВ и выше, построенных ещё в советское время.

Современные (быстровозводимые) подстанции с высшим напряжением 35-110 кВ можно разделить на три типа: открытые блочные, закрытые блочно-модульные и мобильные. Всех их объединяет компактность и сжатые сроки строительства, что зачастую позволяет сэкономить на капитальных затратах без снижения качества продукции. Они могут создаваться как независимо друг от друга, так и в различных взаимных сочетаниях. Большинство технологических процессов при создании этих подстанций происходит на заводе-изготовителе, а на площадке строительства фактически происходит их досборка.

В этой статье рассмотрим первые два типа.

Итак, ОТКРЫТЫЕ БЛОЧНЫЕ ПОДСТАНЦИИ.

В состав этих подстанций входят трансформаторы и блочные распределительные устройства открытого типа.

Открытое блочное распределительное устройство (блочное ОРУ) – это электротехническое устройство, расположенное на открытом воздухе, служащее для приема и распределения электроэнергии трехфазного переменного тока, содержащее коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины и поставляемое в собранном или подготовленном для сборки виде.

Номинальные напряжения представленных распределительных устройств (РУ): 35 – 110 кВ.

Блоки ОРУ могут комплектоваться типовым оборудованием (выключатели, трансформаторы тока и напряжения) и реклоузерами (с использованием датчиков тока и напряжения).

Ошиновка между блоками чаще всего жёсткая, из алюминиевого сплава. Она позволяет уменьшить габариты, соблюдая изоляционные расстояния (по ПУЭ⎘). Для жёсткой ошиновки нет необходимости в проверке на допустимое сближение во время короткого замыкания и расчета стрелы провеса. Но, как и для гибких проводов, необходима проверка на электродинамическую и термическую стойкость. Электродинамический расчет необходим для определения максимального механического воздействия на опорную изоляцию при ударном токе КЗ, термический – для определения нагрева проводника при КЗ и сравнения с предельно допустимым значением. Подробные расчеты приведены в ГОСТ Р 52736⎘.

Ошиновка должна обладать высокой прочностью, стойкостью к коррозии и хорошей свариваемостью. Для исключения деформаций опорных изоляторов и вводов оборудования ошиновка комплектуется температурными компенсаторами. Присоединение линий и трансформаторов гибкое (проводом типа АС, АСО в изоляции или без неё, СИП) – для сохранения целостности при вибрациях.

На ОРУ блочного исполнения, в отличие от ОРУ классического типа, помимо нескольких индивидуальных площадок обслуживания (у каждого шкафа управления и коммутации оборудования) может применяться единая площадка, связывающая все блоки и обеспечивающая проход вдоль всего оборудования без спуска на землю. Возможен также вариант без площадок обслуживания, что позволяет снизить затраты на строительство, но в таком случае возникает вопрос безопасности при обслуживании подстанции в зимний период при условии высокого снегового покрова.

Компоновка блочных ОРУ зачастую требует установки дополнительных внутренних ограждений. Они нужны для электробезопасности персонала в местах наземной установки трансформаторов напряжения, а также над шкафами и под шинами, где в целях уменьшения габаритов не соблюдаются изоляционные расстояния.

Вариантов электроснабжения собственных нужд тоже может быть несколько. Трансформаторы собственных нужд (ТСН) могут подключаться к шинам РУ низшего напряжения через выключатель, располагаться между силовым трансформатором и РУ низшего напряжения или стоять на вводе подстанции с защитой предохранителями. Первый способ наиболее характерен сетевым компаниям, так как наличие постоянного оперативного тока и присутствие обслуживающего персонала не вызовет сложности в случае аварии возобновить электроснабжение подстанции, а выключатель обеспечит надёжную релейную защиту ТСН. В нефтегазовой сфере при наличии удалённых необслуживаемых подстанций более остро встаёт вопрос дистанционного (через систему АСУ ТП) восстановления напряжения в послеаварийном режиме. Поэтому преобладают второй и третий способ подключения ТСН, так называемый ТСН до ввода.

Низковольтные кабельные сооружения на подстанции возможны в следующих вариантах:

1) наземные:
- железобетонные лотки поверх железобетонных брусков;

2) надземные:
- металлические лотки по сваям или металлическим стойкам;
- металлические кабельные эстакады.

Данные решения напрямую зависят от свойств грунта и климатических характеристик района. В любом случае от заглубленных кабельных лотков стараются отходить.

Компоновка подстанции должна обеспечивать подъезд машин и механизмов к оборудованию во время ремонта. Для этого при количестве ячеек больше двух предусматриваются сквозные проезды.

Одним из проблемных мест при проектировании и заказе подстанций является выбор изоляции между полимерной и фарфоровой. Опыт эксплуатации объектов сетевых компаний склоняет к возвращению фарфоровой изоляции, тенденция же заводов – наращивание производства оборудования с полимерной изоляцией. У каждого вида есть свои достоинства и недостатки. Чаша весов на сегодняшний день не может склониться в сторону однозначного выбора среди представленных вариантов.

Предпочтительным вариантом заземления подстанции является организация замкнутого контура из горизонтальных и вертикальных заземлителей, выполненных из оцинкованной стали.

Второй тип современных подстанций: ЗАКРЫТЫЕ БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ ПОДСТАНЦИИ.

В состав этих подстанций входят блочно-модульные распределительные устройства закрытого типа.

Блочно-модульное здание закрытого распределительного устройства (БМЗ ЗРУ) представляет собой здание из набора нескольких блоков транспортных габаритов со всем установленным и подключенным в заводских условиях основным и вспомогательным энергетическим оборудованием (приборами освещения, охранной и пожарной сигнализации, обогрева, вентиляции, кабельной продукцией и т.д.), за исключением отдельного оборудования, которое предназначено для установки в местах стыковки блоков или не допускает транспортировку в составе блоков по условиям транспортных вибраций, что обеспечивает минимальный объем работ по досборке.

В БМЗ может располагаться оборудование напряжением 0,4 – 35 кВ. Для РУ более высоких классов напряжения, в том числе элегазовых 110, 220 кВ и др., используются более габаритные, быстровозводимые каркасные здания. В этой статье их касаться не будем.

Использование закрытых РУ позволяет оградить оборудование от воздействия внешних факторов (низкой температуры, загрязнения и пр.). При этом можно применить изоляцию с меньшей длиной пути утечки – например, оборудование ЗРУ с изоляцией 2 см/кВ, что соответствует II степени загрязнения. На ОРУ же наиболее применимы значения 2,25 см/кВ для II степени загрязнения и даже 3,1 см/кВ – IV степени загрязнения.

Блочно-модульные здания позволяют разместить РУ внутреннего исполнения с выкатными (КРУ) или стационарными (КСО) элементами. КРУ, в свою очередь, может быть одностороннего или двустороннего обслуживания.

Согласно требованию п.4.2.83 ПУЭ⎘ «закрытые РУ разных классов напряжений, как правило, следует размещать в отдельных помещениях». Для этого монтаж здания производится двухрядным набором модулей с продольным и поперечным соединениями. Но ПУЭ⎘ также допускает установку всего оборудования РУ в одном помещении, если эксплуатироваться оно будет одной организацией. В данном случае «собрать» здание можно одним рядом из модулей только с поперечными связями, а низковольтное оборудование расположить в шкафах вдоль стен, напротив высоковольтного оборудования. Последний вариант является более распространённым, необходимо лишь учитывать все требования ПУЭ⎘ к коридору обслуживания оборудования.

При необходимости в ЗРУ можно выделить следующие помещения:
- высоковольтный отсек;
- отсек низковольтного оборудования;
- отсек ТСН.

ТСН в ЗРУ устанавливается герметичного исполнения, подключается кабелями, отсек оборудуется пандусом без отвода масла в маслосборник согласно требованиям п.4.2.102 ПУЭ⎘.

Помещение аккумуляторной допускается не предусматривать. При этом должны применяться герметичные аккумуляторные батареи с расположением в шкафу и установкой над ними вентиляционного зонта.

Варианты фундаментов БМЗ: свайный с ростверком или ленточный. Ленточный, в свою очередь, может быть монолитным или сборным из фундаментных блоков типа ФБС. Высота установки здания: до 1200 мм, со входной(-ными) площадкой(-ками). Количество входов, как и площадок, определяется длиной здания (см. п. 4.2.94 ПУЭ⎘).

Прокладка высоковольтных кабелей под зданием в земле недопустима, и осуществляется кратчайшим путём по опорным конструкциям с заходом в ячейку через отверстия в раме основания. Низковольтная разводка внутри помещений осуществляется по подвесным лоткам (коробам), вывод наружу через отверстия вверху стены (при наличии кабельных эстакад) либо в полу крайнего(-них) блока(-ков) (при применении на ОРУ лотков).

В блочно-модульном здании, как и в случае с блочным ОРУ, существуют свои «тонкие места», которые нельзя не учитывать. Например, это необходимость создания модулей допустимых габаритов для транспортировки и высоковольтный воздушный ввод через крышу.

Строгое соблюдение требований п.4.2.91 ПУЭ⎘: «при наличии коридора с задней стороны КРУ и КТП для их осмотра ширина его должна быть не менее 0,8 м» и «высота помещения должна быть не менее высоты КРУ, считая от шинных вводов, перемычек или выступающих частей шкафов, плюс 0,8 м до потолка или 0,3 м до балок» способствует возникновению негабарита. Поэтому очень часто при проектировании приходится использовать допущения ПУЭ⎘: «допускаются отдельные местные сужения не более чем на 0,2 м» и «допускается меньшая высота помещения, если при этом обеспечиваются удобство и безопасность замены, ремонта и наладки оборудования КРУ, КТП, шинных вводов и перемычек». Но наиболее распространённый выход из этой ситуации – использование оборудования с односторонним обслуживанием.

Высоковольтный воздушный ввод в блочно-модульное здание можно выполнить через проходные изоляторы, установленные в стене или на крыше. Ввод через крышу исключает необходимость использования шинных мостов внутри помещения, следовательно, снижается высота здания, но это влечет за собой проблемы в эксплуатации из-за возможных протечек при атмосферных осадках. Поэтому рождаются решения с высоковольтным вводом через стену.

Степень огнестойкости здания регламентируется в соответствии с местом его установки: для месторождений – может быть второй, для отдельностоящих подстанций – достаточно четвёртой.

Наружный слой стен и кровли изготавливается из металлического листа толщиной от 0,5 мм, материал утеплителя – со степенью горючести не менее Г1, В2, Д2, Т2, что в совокупности позволяет обеспечивать ЗРУ защиту от прямых ударов молнии, без использования дополнительных средств (таких, как молниеприёмники).

СЛУЧАЙ ИЗ ПРАКТИКИ. При проектировании БМЗ ЗРУ 6 кВ Заказчик предъявляет жёсткие требования к габаритам ячеек, но не ограничивая их в размерах, а наоборот:
- Ячейки должны быть стационарные, шириной 900 мм, глубиной не менее 1100 мм.

На вопрос:
- Зачем такие габариты? Большинство современных заводов выпускают более компактные ячейки. На том же пространстве можно разместить резервные.
Последовал ответ руководителя:
- А я их обслуживать как должен? У меня электромонтёры все габаритные, - показывая на живот, - не меньше меня. Один есть маленький, так я его даже уволить не могу – он напьётся, а я терплю. В ячейку, к трансформаторам тока, никто кроме него не залезет!

РЕКОМЕНДУЕМ К ПРОЧТЕНИЮ