Компоновка подземных зданий гидроэлектростанций в значительной мере зависит от принятой схемы расположения главных повышающих трансформаторов. В зависимости от местных условий главные повышающие трансформаторы размещают на поверхности земли, на площадках ОРУ или под землей в специальных трансформаторных помещениях.
Наземное расположение трансформаторов обычно применяют, когда подземные машинные залы находятся на глубине от поверхности земли не более 200 — 300 м и на поверхности имеется достаточная для размещения трансформаторов и доступная для транспорта площадка. В этом случае монтаж, ремонт и ревизию трансформаторов обычно проводят в трансформаторной мастерской, устраиваемой рядом с открытой площадкой. На некоторых гидроэлектростанциях трансформаторы, расположенные на открытых площадках, для ревизии и ремонта доставляют по транспортным туннелям на монтажные площадки подземных зданий.
При расположении трансформаторов на поверхности земли передача электрической энергии от генераторов к трансформаторам осуществляется при помощи токопроводов (шин), прокладываемых в специальных галереях или шахтах (см. рис. 18.2). Применяют как закрытые конструкции токопроводов генераторного напряжения (в специальных металлических кожухах), так и открытые токопроводы, выполненные в виде кабелей. В связи с большим тепловыделением при прохождении по токопроводам электрического тока применяют естественное или принудительное воздушное охлаждение токопроводов. В некоторых проектах рассматривались варианты охлаждения трубчатых токопроводов водой по замкнутой схеме.
Рис. 18.5. Здание ГЭС Розелан —Бати (Франция), N=500 МВт, H =1203,3
1 — коллектор, 2 — галерея шаровых затворов; 3 — трансформатор, 4 — ковшовая турбина, 5 - отводящий туннель, 6 -галерея для транспортировки рабочего колеса, 7 -пульт управления,
8 — подходный туннель; 9 — галерея для служебного персонала; 10 — кабельная галерея
Шинные шахты и галереи обычно служат также для прокладки различных электрических кабелей и вентиляции подземных помещений. В шинных шахтах для осмотра и ремонта шин и облицовки шахт устраивают лестницы, а для подъема и спуска обслуживающего персонала — пассажирские лифты. При проектировании шинных шахт большое внимание обращают на выбор их оптимальных размеров, при которых обеспечиваются минимальные объемы работ и наилучшие условия для обслуживания токопроводов и кабелей. Шинные шахты соединяются с подземными машинными залами при помощи горизонтальных или наклонных галерей, в которых обычно устанавливают вспомогательное электрическое оборудование (см. рис. 18.2).
При расположении машинного зала на глубине более 200 — 300 м от поверхности земли установка главных повышающих трансформаторов на открытых площадках становится нежелательной в связи со значительным увеличением потерь электроэнергии в токопроводах. В этом случае повышающие трансформаторы размещают под землей. На практике встречаются различные варианты подземного расположения трансформаторов: их устанавливают в специальных помещениях, расположенных на некотором расстоянии от машинного зала со стороны верхнего или нижнего бьефа; в галереях, которые одновременно используются для маневрирования затворами отсасывающих труб (см. рис. 18.1); в помещениях, примыкающих сбоку или с торца к машинным залам (см. рис. 18.3,18.7), а также в помещениях, расположенных вдоль машинного зала в пределах общей с ним выработки (рис. 18.5).
Иногда главные повышающие трансформаторы располагают в нишах боковых стен машинных залов. Эта схема обычно применяется в том случае, если высота трансформаторов, а следовательно, и высота ниш для их установки значительно меньше высоты машинного зала. При значительных размерах ниш, соизмеримых с высотой машинного зала, схема с расположением ниш в боковых стенах становится менее конструктивной, так как при проведении расчетов свода возникают трудности из-за опирания свода на перемежающиеся целики и ниши. В некоторых случаях трансформаторы устанавливают в пределах машинного зала между агрегатами или рядом с ними на отметке пола турбинного или генераторного помещения. При размещении крупных трансформаторов в машинном зале обычно приходится увеличивать расстояние между агрегатами, а следовательно, и общую длину зала несмотря на то, что используются трансформаторы уменьшенных габаритов (в трансформаторах, устанавливаемых под землей, применяют масляно-водяное принудительное охлаждение, а выводы высокого напряжения осуществляют кабелями). При установке трансформаторов между агрегатами, усложняются ограждающие их строительные конструкции (по условиям пожаро- и взрывобезопасности), а также системы пожаротушения и вентиляции.
Для передачи электроэнергии на ОРУ от главных повышающих трансформаторов, расположенных под землей, применяют кабели, работающие на повышенных напряжениях. На гидроэлектростанциях с мощными агрегатами при напряжении 110 — 500 кВ в качестве токопроводов обычно применяют маслонаполненные кабели. Эти токопроводы выполняют в виде стальных труб, заполненных изоляционным маслом, внутри которых проложены медные или алюминиевые жилы, покрытые специальной изоляцией. В маслонаполненных кабелях, так же как и в обычных электрических кабелях, возникают тепловые потери энергии*, происходит нагрев самих кабелей и окружающего воздуха. Для обеспечения нормальной эксплуатации кабелей обычно осуществляют их охлаждение при помощи принудительной вентиляции кабельных туннелей и шахт. Если при помощи вентиляции в кабельных туннелях и шахтах не удается создать требуемую (не выше 28 °С) температуру воздуха, то наряду с принудительной вентиляцией осуществляют циркуляцию охлажденного масла непосредственно в самих кабелях. Более совершенной конструкцией токопроводов высокого напряжения являются элегазовые токопроводы, в которых в качестве изоляционного материала применяется специальный газ — шестифтористая сера. Эти токопроводы являются пожаробезопасными. В конструктивном, отношении они похожи на маслонаполненные кабели — внутри стальной трубчатой оболочки, заполненной элегазом, располагается алюминиевая жила. Расчетные затраты при применении токопроводов с элегазовой изоляцией ниже, чем при применении маслонаполненных кабелей.
* На гидроэлектростанциях с мощными агрегатами тепловые потери в маслонаполненных кабелях значительны. Например, при открытой прокладке маслонаполненного кабеля в туннеле в кабеле с сечением жилы 625 мм2 при напряжении 220 кВ и пропускной способности 315 МВ-А тепловые потери энергии составляют 115 Вт на 1м длины кабеля.
В подземных зданиях ГЭС применяют различные типы повышающих трансформаторов (трехфазные, однофазные, автотрансформаторы) и различное вспомогательное оборудование. Поэтому компоновку электротехнических помещений подземных зданий, кабельных туннелей и шахт в каждом конкретном случае производят с учетом индивидуальных особенностей проектируемой станции и устанавливаемого оборудования. Выбор рациональной схемы расположения трансформаторов имеет важное значение на современных мощных гидроэлектростанциях, так как габариты подземных выработок для размещения крупных трансформаторов и галереи для их транспортировки на монтажную площадку иногда соразмерны с габаритами машинных залов.
