Конструкции распределительных устройств - ­­­Электрическая часть электростанций

Распределительным устройством (РУ) называется электрическая установка, служащая для приема и распределения электрической энергии. По существу распределительное устройство — это конструктивное выполнение принятой электрической схемы, т. е. расстановка электрических аппаратов внутри помещений или на открытом воздухе с соединениями между ними голыми (редко изолированными) шинами или проводами строго в соответствии с электрической схемой. Компоновкой РУ обеспечивается размещение всех намеченных схемой аппаратов в таком порядке, при котором вся конструкция в наибольшей степени отвечает всем действующим требованиям и правилам. Для энергетической системы распределительное устройство является узлом сети, оборудованным электрическими аппаратами и защитными устройствами, служащими для управления распределением потоков энергии, отключения поврежденных участков, обеспечения надежного электроснабжения потребителей. Каждое РУ состоит из подходящих и отходящих присоединений, которые связаны между собой сборными шинами, перемычками, кольцевыми и многоугольными соединениями, с размещением различного числа выключателей, разъединителей, реакторов, измерительных трансформаторов и прочих электрических аппаратов, обусловленных принятой схемой. Все аналогичные присоединения выполняются одинаково, так что РУ собирается из стандартных, как бы типовых, ячеек. Основным аппаратом РУ является выключатель — устройство, способное включать, нести и отключать нормальные токи нагрузки, а также включать и автоматически отключать (при заранее заданных условиях) токи аварийного режима, такие, как токи короткого замыкания. Разъединители служат для замыкания и размыкания цепей без нагрузки; в качестве оперативных они используются для переключений в схемах соединений, а как неоперативные применяются для отсоединения участков коммутации и оборудования, выводимых в ремонт.

Прочие аппараты, как то: измерительные трансформаторы напряжения и тока, реакторы, разрядники, заградители и конденсаторы высокочастотной связи, необходимые опорные и подвесные изоляторы, а также несущие и поддерживающие строительные конструкции — имеют свое обоснование, определяемое в проекте электрической установки их назначением, местом в схеме соединений и намеченными конструкциями РУ.

Распределительные устройства выполняются для всех применяемых напряжений. По аналогии с аппаратами они делятся на РУ до 1000 В, РУ высокого напряжения от 3 до 220 кВ и РУ сверхвысокого напряжения: в нашей стране на 330, 500 и 750 кВ. Разрабатываются и перспективные РУ ультравысоких напряжений 1,15 MB и выше. Распределительные устройства сооружаются как закрытые, или внутренние (ЗРУ), так и открытые, или наружные (ОРУ). ЗРУ надежнее, удобнее, безопаснее, эксплуатация их не зависит от. климатических условий и погоды, но они дороже и применяются преимущественно для схем генераторных напряжений и в установках собственных нужд, реже для напряжений 35—220 кВ. При напряжении 220 кВ и выше размеры зданий становятся очень большими. ОРУ применяются для малых установок в сельской местности при напряжениях б, 10 и 20 кВ, а главным образом для повышающих и понижающих подстанций при напряжениях 35 кВ и выше. В условиях загрязненного воздушного бассейна (дымовые и химические уносы, отложения морских солей, смог и т. п.) даже для сверхвысоких напряжений ЗРУ предпочтительны, так как загрязненная атмосфера приводит к отложениям пыли и солей на изоляторах, проводах и оборудовании, что снижает надежность изоляции, вызывает коррозию и разрушение токоведущих частей и, как следствие, приводит к меньшему сроку службы оборудования, частым отключениям для чистки и ремонтов, увеличению расходов по эксплуатации РУ. В районах Крайнего Севера с особо суровыми климатическими условиями сооружение ЗРУ имеет неоспоримые преимущества перед ОРУ. Для размещения ЗРУ обычно требуется меньшая площадь, чем для размещения ОРУ, а кроме того, при ЗРУ легче согласовать архитектурный облик здания с архитектурой и национальным колоритом прилежащих зданий и сооружений, а также пейзажем. Однако, стоимость ЗРУ обычно на 10—25 % выше стоимости соответствующих ОРУ. Косвенным образом на выбор вида РУ влияют его местоположение среди сооружений электростанции, рельеф местности, отводимая территория, требования к защищенности сооружения, направления трасс линий передачи и т. п. Иногда приходится применять многоэтажное для ЗРУ и ступенчатое для ОРУ расположение оборудования, не исключаются и подземные компоновки. В соответствии с историческим развитием энергетики страны РУ совершенствовались по конструкции. В прежнее время для каждого объекта разрабатывался подробный проек-1 РУ, содержащий в заключительной стадии рабочие чертежи установки со всеми деталями соединений и креплений. Составлялись подробные спецификации для заказ-) оборудования и материалов. Оборудование поступало на строительство от многих поставщиков разрозненно, часто планирующими органами и поставщиками производилась замена оборудования, что вызывало частичное изменение проекта. Все это создавало следующие затруднения: при строительстве для ЗРУ требовались большие объемы задании, а для ОРУ — значительные размеры площадки; выполнялись сложные и трудоемкие строительные конструкции перегородок, полок и перекрытий внутри ЗРУ толщиной 6—10 см с большим числом точно размеченных мелких отверстий для крепления аппаратов, изоляторов и т. п.; требовалось большое количество стальных конструкций для установки аппаратов, обрамления торцов железобетонных перегородок, полок, для ограждений и т. п.; монтажные работы начинались только после окончания и сдачи по акту строительных работ; на строительстве требовался технический отдел, квалифицированные монтажники, монтажное оборудование, вспомогательные мастерские, склады и кладовые, дополнительные помещения для многочисленного персонала; часто работы тормозились из-за несвоевременной и разрозненной поставки оборудования и материалов. Такая практика создавала большие трудности при монтаже, характеризовалась снижением надежности, большими сроками и повышенной стоимостью монтажа. С течением времени наметилась тенденция уменьшать объемы зданий и помещений ЗРУ и площадок ОРУ, резко упрощать строительные конструкции внутри ЗРУ, ограничиваясь помещениями зального типа с каналами для кабельных связей, переходить на индустриальные методы строительства, применяя строительные конструкции исключительно из сборного железобетона, монтаж конструкций отдельных ячеек или узлов РУ производить на специализированных заводах и поставлять на строительство собранные конструкции в виде готовых блоков, шкафов, ящиков и т. п. Таким образом, появились и широко применяются там, где это возможно и где имеется массовый спрос, сборные конструкции РУ (СБРУ), комплектные РУ внутренней и наружной установки (КРУ и КРУН), комплектные трансформаторные подстанции (КТП). КРУ выполняются для всех стандартных напряжений, включая 220 кВ (за рубежом — включая 750 кВ). Вначале СБРУ изготовлялись в монтажных мастерских самого строительства электростанций, потом их стали изготовлять в специализированных мастерских. Преимущества сборных РУ: требуемые объемы зданий и территории уменьшаются, упрощаются фундаменты и вся строительная часть; уменьшается число складируемых деталей и объем подъемно-транспортных работ, необходим меньший инженерно- технический состав технадзора, сокращаются сроки и стоимость монтажа. К недостаткам СБРУ можно отнести ограниченные возможности замены оборудования и перехода к другой схеме соединений, а также то, что конструкция не всегда пригодна к местным условиям и с точки зрения промышленной эстетики. Изготовляемые промышленностью — заводами и-, фирмами — КРУ и КТП невелики по объему, транспортабельны, обладают высокой надежностью в работе, безопасны при обслуживании, допускают расширение, их внутренние конструкции почти не подвергаются запылению и загрязнению, эксплуатация комплектных устройств дешевле, чем обычных. Различают закрытые конструкции КРУ без плотных кожухов, КРУ в плотных кожухах, не пропускающих капель воды, бронированные герметические КРУ, не пропускающие струй воды (воды под давлением). Комплектные конструкции систематизируются по типу выключателей, по способу расположения аппаратов, по применяемой изоляции, по расположению и числу систем сборных шин, по способу обслуживания (односторонние или двусторонние), по роду установки (внутренняя или наружная). Далее конструкции различают но напряжению, току, отключаемой мощности, типу приводов, вспомогательным устройствам, КРУ могут иметь голую ошиновку и изоляцию в виде сжатого воздуха, масла, компаундов, элегаза. Вся аппаратура монтируется внутри металлического каркаса с минимальными допустимыми промежутками. В конструкции применяются разделительные гипсолитовые и асбоцементные перегородки, а за рубежом — перегородки из гипса, калофрига, цементно-опилочной смеси. Взамен профильной стали применяются менее дорогие и облегченные конструкции из гнутых профилей листовой стали толщиной примерно 2 мм. Для внутренней установки желательны малогабаритные аппараты и совмещенные конструкции аппаратов, а также возможность замены трансформаторов тока, счетчиков и реле без перерыва в работе. Для мощных ЗРУ из-за больших размеров выключателей и других аппаратов и больших сечений коробчатых шин комплектные шкафы с полным оборудованием ячейки присоединения становятся трудновыполнимыми. При этом в шкафах комплектуются только отдельные узлы монтажа. На рис. 10-1 показан поперечный разрез ЗРУ-6—10 кВ из сборного железобетона, с комплектными шкафами для отдельных участков монтажных конструкций. Наконец, еще позднее появились и сейчас считаются самыми современными новые комплектные РУ, в которых аппараты, коммутация и строительные (поддерживающие и опорные) конструкции совмещены и скомпонованы в общих фигурной формы тубах, в которых часто в качестве изоляции вместо масла применяются более новые изоляционные материалы: твердые, компаунды, жидкие и газообразные. Примером могут служить рекомендуемые в настоящее время герметизированные элегазовые комплектные устройства (КРУЭ).

Рис. 10-1  Поперечный разрез ЗРУ 6—10 кВ с одной системой сборных шин

Такие герметизированные комплектные РУ, расположенные в помещениях, особенно целесообразны для районов с суровыми климатическими условиями (продолжительные низкие температуры, снежные заносы и т. п.), при стесненных условиях сооружения, на морских побережьях и т. д. В качестве главной внутренней изоляции у нас в стране и многими зарубежными фирмами: «Делль» и «Мерлеи-Жерен» (Франция), «Сименс» и «Броун-Бовери» (Германии), «Вестингауз» и «Дженерал-Электрик» (США), «Магрини» (Италия), «Мицубиси» (Япония) и другими — применяются элегаз (электротехнический газ SFe). Элегаз не горит и не поддерживает горения, следовательно, он взрыво- и пожаробезопасен, что является особо важным преимуществом для применения его в конструкциях КРУ. Элементы с выключателями и разъединителями доставляются на место полностью закрытыми и заполненными элегазом. Ячейки собираются из стандартных частей — элементов с выключателями, разъединителями, трансформаторами тока и напряжения, заземлителями, кабельными муфтами, участками сборных шин. Сборка на месте сводится к соединению отдельных элементов либо непосредственно друг с другом, либо при помощи перемычек или секций шин. Опыт работы многочисленных КРУ с элегазом во Франции, Англии, США, Италии, Японии и других странах на напряжениях от 69 до 750 кВ позволяет считать эти конструкции вполне освоенными и пригодными для промышленной эксплуатации. В конструкциях ОРУ уже давно применяются новые, более совершенные типы аппаратов. У нас в стране это выключатели серий ВВБ, ВВД, ВНВ, ВМК, У и др.; подвесные разъединители типа РПД с Г-образной тросовой системой управления, с двухлучевой гирляндой. Выпускаемые за рубежом разъединители — одноколонковые, V-образные, пантографы, консольные и прочие — допускают беепортальные конструкции сборных шин, что приводит к упрощению строительной части ОРУ и сокращению площадей. Наконец, укажем на внедрение освоенных отечественной электропромышленностью принципиально новых аппаратов для защиты от перенапряжений (ОПН), см. § 10-4. На электрических станциях РУ либо сооружаются как самостоятельные установки в отдельном здании или на открытой площадке, либо встраиваются в основные здания станции; тогда РУ является только частью сооружения. Если РУ решается как самостоятельное, то применяются уже давно разработанные ведущими проектными институтами и техническими бюро фирм многочисленные типовые конструкции для разных схем, условий и оборудования. Совмещенные с основными сооружениями станции строительные конструкции распределительных устройств чаще всего применяются на гидроэнергетических установках (РЭУ): ГЭС, ГАЭС и насосных станциях. ЗРУ генераторного (двигательного) напряжения в зависимости от типа и конструкции здания станции могут или располагаться над отсасывающими трубами (практикуется у русловых ГЭУ), или примыкать к машинному залу со стороны плотины (у приплотинных ГЭУ), или базироваться на анкерных опорах трубопроводов (у деривационных ГЭУ). При недостаточной ширине помещений расположение ячеек выключателей применяется однорядным. В отдельных случаях оказывается возможным разместить даже трансформаторы и РУ повышенных напряжений 110—220 кВ в закрытых помещениях со стороны нижнего или верхнего бьефа, при перекрытии «пазухи» между плотиной и зданием станции на приплотинных установках.