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

Обозначение на рисунке	Размер, м, при напряжении, кВ
	110	150	220	330	500
а	8,0	11,5	11,75	18,0	29,0
б	9,0	9,5	12,0	19,6	26,8
в	12,5	15,0	18,25	20,4	29,0
г	10,5	16,0	20,5	31,5	45,0
д	9,0	11,1	15,4	22,0	31,0
е	2,5	3,0	4,0	8,0	11,0
ж	2,0	2,55	3,7	4,0	5,5
3	7,5	8,0	11,0	11,0	14,5
и	11,0	13,0	16,5	16,5	23,6
к	3,0	4,25	4,0	4,5	6,0
л	1,5	2,13	3,25	3,5	—
м		—	—	—	5,0

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

Показатель	трехрядная		двух- рядная	одно рядная	четырех рядная
	по рис. 10-26	по рис. 10-27	по рис. 10-28	по рис. 10-29	по рис. 10-30
Длина ОРУ, м	249,4	232,7	247,4	206,3	255,9
Ширина ОРУ, м	112	224	252	336	163
Площадь ОРУ, м2/% Затраты металлоконструкций, шт,:	27 900/100	52 192/187	62 345/223	69 300 248	43 000/154
колонны высотой 23 м	15	34	36	31	28
колонны высотой 15 м	12	20	36	60	10
траверсы длиной 28 м	12	24	26	18	16
траверсы длиной	6	10	20	30	6
Суммарная длина колонн и траверс, м/%	993/100	1984/200	2536/255	2777/280	1374/138
Число натяжных гирлянд изоляторов, шт. / %	108/100	144/133	192/177	228/211	132/122

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.